Как James Webb изучит атмосферы газовых экзопланет

0
19

В апреле 2018 года NASA запустило обсерваторию TESS. Ее главная цель – найти планеты размером с Землю и более крупные «суперземли», вращающиеся вокруг близлежащих звезд для дальнейшего изучения. Один из самых мощных инструментов, который будет исследовать атмосферы некоторых планет, обнаруженных TESS, – это супертелескоп James Webb. Поскольку наблюдение за маленькими экзопланетами с тонкими атмосферами, такими как у Земли, будет сложным в случае с Webb, астрономы будут ориентироваться на газовые гигантские экзопланеты.

Как James Webb изучит атмосферы газовых экзопланетКоманда специалистов по экзопланетам планирует провести три различных типа наблюдений, которые обеспечат как новые научные знания, так и лучшее понимание эффективности научных инструментов Webb.

«У нас есть две основные цели: первая заключается в том, чтобы как можно скорее получить транзитные данные от Webb. Во-вторых, сделать открытия, чтобы астрономы и общественность могли увидеть, насколько мощная эта обсерватория.

«Цель нашей команды – предоставить критические знания астрономическому сообществу, которые помогут катализировать исследования экзопланет и наилучшим образом использовать Webb за ограниченное время, которое у нас есть».

Транзит – атмосферный спектр

Когда планета пересекает перед собой свою материнскую звезду, свет звезды проходит через атмосферу планеты. Молекулы в атмосфере поглощают определенные длины волн или цвета света. Разделив свет звезды на спектр радуги, астрономы могут обнаружить эти участки отсутствующего света и определить, какие молекулы находятся в атмосфере планеты.

Для этих наблюдений команда проекта выбрала WASP-79b, планету типа Юпитера, расположенную на расстоянии около 780 световых лет от Земли. Команда ожидает обнаружить и измерить обилие воды, окиси углерода и двуокиси углерода в WASP-79b. Webb также может обнаружить новые молекулы, еще не замеченные в атмосфере экзопланет.

Фазовая кривая – карта погоды

Планеты, которые очень близки к своим звездам, как правило, приливно закреплены. В этом случае одна сторона планеты постоянно обращена к звезде, так же как одна сторона Луны всегда обращена к Земле. Когда планета находится перед звездой, мы видим ее более холодную заднюю часть. Но по мере того, как она вращается вокруг звезды, для нас все больше и больше открывается горячая сторона. Наблюдая за всей орбитой, астрономы могут наблюдать эти вариации (называемые фазовой кривой) и использовать данные для сопоставления температуры, облачности и химии планеты.

Команда будет наблюдать фазовую кривую «горячего Юпитера», известного как WASP-43b, который вращается вокруг своей звезды менее чем за 20 часов. Рассматривая разные длины волн света, они могут рассмотреть атмосферу на разные глубины и получать более полную картину ее структуры. «Мы уже видели драматические и неожиданные изменения для этой планеты с помощью Хаббла и Спитцера. С Webb мы раскроем эти вариации значительно более подробно, чтобы понять тамошние физические процессы».

Затмение – свечение планеты

Самая большая проблема при наблюдении экзопланеты заключается в том, что свет звезды намного ярче, затмевая слабый свет планеты. Чтобы обойти эту проблему, одним из способов является наблюдение транзитной планеты, когда она исчезает за звездой, а не когда она находится перед звездой. Сравнивая два измерения, принимаемых, когда видны как звезда, так и планета, а другая, когда видна только звезда, астрономы могут подсчитать, сколько света исходит от планеты.

Этот метод лучше всего подходит для очень горячих планет, которые ярко светятся в инфракрасном диапазоне. Команда планирует изучить WASP-18b, планету, которая запекается до температуры почти 2900 K. Среди других вопросов – они надеются определить, существует ли стратосфера планеты из-за присутствия оксида титана или оксида ванадия .

Обитаемые планеты

В конечном счете, астрономы хотят использовать Webb для изучения потенциально пригодных для жизни планет. В частности, Webb будет нацелен на планеты, вращающиеся вокруг звезд типа красные карлики, поскольку эти звезды меньше и тусклее, что облегчает получить сигнал от планеты. Красные карлики также являются наиболее распространенными звездами в Галактике.

«TESS должен найти более дюжины планет, вращающихся в обитаемых зонах красных карликов, некоторые из которых могут быть пригодными для жизни. Мы хотим узнать, есть ли у этих планет атмосфера, а Webb будет тем, кто нам это скажет».