Міжнародна група вчених за допомогою телескопа Gemini Earth Observatory в Чилі вперше безпосередньо виміряла кількість води і чадного газу в атмосфері планети в іншій сонячній системі, віддаленої приблизно в 340 світлових років.
Команду очолює доцент Майкл Лейн зі Школи дослідження Землі та космосу Університету штату Арізона, результати були опубліковані сьогодні (27 жовтня 2021 р.) у журналі. темпераментний характер.
Існують тисячі відомих планет за межами нашої Сонячної системи (так звані екзопланети). Вчені використовують як космічні, так і наземні телескопи, щоб дослідити, як формуються ці екзопланети та чим вони відрізняються від планет нашої Сонячної системи.
У цьому дослідженні Лейн і його команда зосередилися на планеті «WASP-77Ab», типу позасонячна планета називається “гарячим” Юпітер«Тому що вони схожі на Юпітер у нашій Сонячній системі, але з температурою понад 2000 градусів Ф.
Потім вони зосередилися на вимірюванні складу його атмосфери, щоб визначити, які елементи були присутні в порівнянні з зіркою, навколо якої вона обертається.
«Враховуючи їхні розміри та температури, гарячі Юпітери є чудовими лабораторіями для вимірювання атмосферних газів і перевірки наших теорій утворення планет», — сказав Лейн.
Хоча ми ще не можемо відправити космічний корабель на планети за межами нашої Сонячної системи, вчені можуть вивчати світло екзопланет за допомогою телескопів. Телескопи, які вони використовують для спостереження за цим світлом, можуть бути або в космосі, наприклад Космічний телескоп Хаббл, або із Землі, наприклад, телескопи обсерваторії Джеміні.
Лейн і його команда активно брали участь у вимірюванні складу атмосфери екзопланет за допомогою Хаббла, але отримати ці вимірювання було важко. Мало того, що існує жорстка конкуренція за час телескопа, прилади Хаббла вимірюють лише воду (або кисень), а команді також потрібно зібрати вимірювання чадного газу (або вуглецю).
Саме тут команда звернулася до телескопа Gemini South.
«Нам потрібно було спробувати щось інше, щоб відповісти на наші запитання», — сказав Лейн. «І наш аналіз можливостей South Gemini показав, що ми можемо отримати дуже точні вимірювання атмосфери».
Gemini South — це 8,1-метровий телескоп, розташований на горі в чилійських Андах під назвою Серро-Пачон, де дуже сухе повітря та незначна хмарність роблять його найкращим місцем для телескопа. Нею керує NOIRLab (Національна лабораторія оптичних та інфрачервоних астрономічних досліджень) Національного наукового фонду.
Використовуючи телескоп Gemini South з інструментом, який називається інфрачервоним спектрометром із зануренням (IGRINS), команда спостерігала за тепловим світінням екзопланети, коли вона оберталася навколо своєї зірки. З цього приладу вони збирали інформацію про наявність і відносну кількість різних газів в атмосфері.
Подібно до метеорологічних і кліматичних супутників, які використовуються для вимірювання кількості водяної пари та вуглекислого газу в атмосфері Землі, вчені можуть використовувати спектрометри та телескопи, такі як IGRINS на Близнюках Південь, для вимірювання кількості різних газів на інших планетах.
«Спроба з’ясувати склад атмосфер планет – це все одно, що намагатися розкрити злочин за допомогою відбитків пальців», – сказав Лейн. «Змазаний відбиток пальця не дуже звужує його, але дуже чистий і акуратний відбиток дає унікальний ідентифікатор того, хто вчинив злочин».
Якщо космічний телескоп Хаббл надав команді один або два таємничих відбитка пальців, IGRINS в Gemini South надав команді повний набір кришталево чистих відбитків пальців.
Використовуючи явні вимірювання води та чадного газу в атмосфері WASP-77Ab, команда змогла оцінити відносну кількість кисню та вуглецю в атмосфері екзопланети.
Вимірюючи доплерівський зсув, показаний у правому стовпці цього малюнка, вчені можуть реконструювати орбітальну швидкість планети в часі до Землі або від неї. Потужність сигналу планети, як показано в середньому стовпці, вздовж прогнозованої видимої швидкості (пунктирна морська крива) планети, коли вона обертається навколо зірки, містить інформацію про кількість різних газів в атмосфері. Авторство: P. Smith/M. Lines. Селькірк / АДУ
“Ці суми відповідали нашим очікуванням і приблизно такі ж, як і у зірки-господаря”, – сказав Лейн.
Потрапляння великої кількості наддисперсних газів в атмосферу екзопланет є не тільки важливим технічним подвигом, особливо за допомогою наземного телескопа, але також може допомогти вченим шукати життя на інших планетах.
«Ця робота є демонстрацією того, як в кінцевому підсумку біосигнатурні гази, такі як кисень і метан, можна виміряти в потенційно придатних для життя світах у недалекому майбутньому», — сказав Лейн.
Далі Лайн і його команда очікують повторити цей аналіз для кількох планет і створити «зразок» атмосферних вимірювань принаймні на 15 інших планетах.
“Зараз ми знаходимося в точці, де ми можемо отримати частку газу, подібну до тих, які є на планетах нашої Сонячної системи. Вимірювання кількості вуглецю і кисню (та інших елементів) в атмосфері більшої вибірки екзопланет забезпечує так необхідне контекст для розуміння походження та еволюції наших газових гігантів, таких як Юпітер і Сатурн— сказав Ліній.
Вони також з нетерпінням чекають того, що можуть запропонувати майбутні телескопи.
«Якщо ми зможемо зробити це за допомогою сучасних технологій, подумайте, що ми зможемо зробити з новими телескопами, такими як гігантський телескоп Магеллана», — сказав Лейн. «Імовірно, що до кінця цього десятиліття ми зможемо використовувати той самий метод для дослідження потенційних сигналів життя, які також містять вуглець і кисень, на кам’янистих, схожих на Землю планетах за межами нашої Сонячної системи».
Довідка: «Сонячний C/O та квазісонячна металічність у гарячій атмосфері Юпітера» Майкла Р. Лайна, Маттео Бругі, Джейкоба Л. Пенна, Сіддхарт Ганді, Джозефа Залескі, Вівіан Парментьє, Пітера Сміта, Грегорі Н. Меган Менсфілд, Еліза М. Кімптон, Джонатан Дж. Фортні, Євгенія Школьник, Дженніфер Пасіон, Емілі Раушер, Жан-Мішель Дезерт і Джаст Б. Ворднер, 27 жовтня 2021 р., темпераментний характер.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03912-6
Окрім Line, до дослідницької групи входять Джозеф Залескі, Євгенія Школьник, Дженніфер Патченс та Пітер Сміт із Школи дослідження Землі та космосу Університету штату Арізона; Метью Бруджі та Сіддхарт Ганді з Університет Уорвіка (Об’єднане Королівство); Джейкоб Бін і Меган Менсфілд з Чиказький університет; Вів’єн Пармантьє і Йост Варденье з Оксфордський університет (Об’єднане Королівство); Грегорі Мейс з Техаського університету в Остіні. Еліза Кемптон з Університету Меріленду; Джонатан Фортні з Каліфорнійського університету, Санта-Крус; Емілі Раушер з Мічиганського університету; та Жан-Мішель Дезерт з Амстердамського університету.
“Професійний вирішувач проблем. Тонко чарівний любитель бекону. Геймер. Завзятий алкогольний ботанік. Музичний трейлер”
