Το Webb της NASA αποκαλύπτει λεπτομερώς την ατμώδη ατμόσφαιρα μακρινού πλανήτη

φωτο ΝASA

Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb της NASA απαθανάτισε την ευδιάκριτη υπογραφή του νερού, μαζί με στοιχεία για σύννεφα και ομίχλη, στην ατμόσφαιρα που περιβάλλει έναν καυτό, φουσκωμένο αέριο γίγαντα πλανήτη που περιστρέφεται γύρω από ένα μακρινό αστέρι που μοιάζει με Ήλιο.

Η παρατήρηση, η οποία αποκαλύπτει την παρουσία συγκεκριμένων μορίων αερίου που βασίζονται σε μικροσκοπικές μειώσεις στη φωτεινότητα των ακριβών χρωμάτων του φωτός, είναι η πιο λεπτομερής του είδους της μέχρι σήμερα, καταδεικνύοντας την άνευ προηγουμένου ικανότητα του Webb να αναλύει ατμόσφαιρες εκατοντάδες έτη φωτός μακριά.

Ενώ το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble έχει αναλύσει πολλές ατμόσφαιρες εξωπλανητών τις τελευταίες δύο δεκαετίες, καταγράφοντας την πρώτη καθαρή ανίχνευση νερού το 2013, η άμεση και πιο λεπτομερής παρατήρηση του Webb σηματοδοτεί ένα τεράστιο άλμα προς τα εμπρός στην αναζήτηση για τον χαρακτηρισμό δυνητικά κατοικήσιμων πλανητών πέρα ​​από τη Γη.

Ο WASP-96 b είναι ένας από τους περισσότερους από 5.000 επιβεβαιωμένους εξωπλανήτες στον Γαλαξία μας. Βρίσκεται περίπου 1.150 έτη φωτός μακριά στον αστερισμό του νότιου ουρανού Phoenix, αντιπροσωπεύει έναν τύπο γίγαντα αερίου που δεν έχει άμεσο ανάλογο στο ηλιακό μας σύστημα. Με μάζα μικρότερη από τη μισή από αυτή του Δία και διάμετρο 1,2 φορές μεγαλύτερη, ο WASP-96 b είναι πολύ πιο φουσκωμένος από οποιονδήποτε πλανήτη σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο μας. Και με θερμοκρασία μεγαλύτερη από 1000°F, είναι σημαντικά πιο ζεστό. Το WASP-96 b περιφέρεται πολύ κοντά στο αστέρι του που μοιάζει με τον Ήλιο, μόλις το ένα ένατο της απόστασης μεταξύ του Ερμή και του Ήλιου, ολοκληρώνοντας ένα κύκλωμα κάθε 3½ γήινες ημέρες.

Ο συνδυασμός μεγάλου μεγέθους, μικρής τροχιακής περιόδου, φουσκωμένης ατμόσφαιρας και έλλειψης μολυσμένου φωτός από αντικείμενα που βρίσκονται κοντά στον ουρανό καθιστούν το WASP-96 b ιδανικό στόχο για ατμοσφαιρικές παρατηρήσεις.

Στις 21 Ιουνίου, το Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) του Webb μέτρησε το φως από το σύστημα WASP-96 για 6,4 ώρες καθώς ο πλανήτης κινούνταν κατά μήκος του αστέρα. Το αποτέλεσμα είναι μια καμπύλη φωτός που δείχνει τη συνολική μείωση του αστρικού φωτός κατά τη διέλευση και ένα φάσμα μετάδοσης που αποκαλύπτει την αλλαγή φωτεινότητας μεμονωμένων μηκών κύματος υπέρυθρου φωτός μεταξύ 0,6 και 2,8 microns.

Ενώ η καμπύλη φωτός επιβεβαιώνει ιδιότητες του πλανήτη που είχαν ήδη προσδιοριστεί από άλλες παρατηρήσεις – την ύπαρξη, το μέγεθος και την τροχιά του πλανήτη – το φάσμα μετάδοσης αποκαλύπτει προηγουμένως κρυμμένες λεπτομέρειες της ατμόσφαιρας: η σαφής υπογραφή του νερού, ενδείξεις ομίχλης, και στοιχεία για σύννεφα που θεωρήθηκε ότι δεν υπήρχαν με βάση προηγούμενες παρατηρήσεις.

Ένα φάσμα μετάδοσης δημιουργείται συγκρίνοντας το αστρικό φως που φιλτράρεται μέσω της ατμόσφαιρας ενός πλανήτη καθώς κινείται κατά μήκος του αστέρα με το αφιλτράριστο αστρικό φως που ανιχνεύεται όταν ο πλανήτης βρίσκεται δίπλα στο αστέρι. Οι ερευνητές είναι σε θέση να ανιχνεύσουν και να μετρήσουν την αφθονία των βασικών αερίων στην ατμόσφαιρα ενός πλανήτη με βάση το πρότυπο απορρόφησης - τις θέσεις και τα ύψη των κορυφών στο γράφημα. Με τον ίδιο τρόπο που οι άνθρωποι έχουν διακριτικά δακτυλικά αποτυπώματα και αλληλουχίες DNA, τα άτομα και τα μόρια έχουν χαρακτηριστικά μοτίβα μηκών κύματος που απορροφούν.

Το φάσμα του WASP-96 b που καταγράφηκε από το NIRISS δεν είναι μόνο το πιο λεπτομερές φάσμα μετάδοσης κοντά στο υπέρυθρο μιας ατμόσφαιρας εξωπλανήτη που έχει καταγραφεί μέχρι σήμερα, αλλά καλύπτει επίσης ένα εξαιρετικά μεγάλο εύρος μηκών κύματος, συμπεριλαμβανομένου του ορατού κόκκινου φωτός και ενός μέρους του φάσματος που δεν ήταν προηγουμένως προσβάσιμο από άλλα τηλεσκόπια (μήκη κύματος μεγαλύτερα από 1,6 μικρά). Αυτό το τμήμα του φάσματος είναι ιδιαίτερα ευαίσθητο στο νερό καθώς και σε άλλα βασικά μόρια όπως το οξυγόνο, το μεθάνιο και το διοξείδιο του άνθρακα, τα οποία δεν είναι άμεσα εμφανή στο φάσμα WASP-96 b, αλλά θα πρέπει να ανιχνευθούν σε άλλους εξωπλανήτες που σχεδιάζονται για παρατήρηση από τον Webb. .

Οι ερευνητές θα μπορούν να χρησιμοποιήσουν το φάσμα για να μετρήσουν την ποσότητα των υδρατμών στην ατμόσφαιρα, να περιορίσουν την αφθονία διαφόρων στοιχείων όπως ο άνθρακας και το οξυγόνο και να εκτιμήσουν τη θερμοκρασία της ατμόσφαιρας με το βάθος. Στη συνέχεια, μπορούν να χρησιμοποιήσουν αυτές τις πληροφορίες για να βγάλουν συμπεράσματα σχετικά με τη συνολική σύνθεση του πλανήτη, καθώς και πώς, πότε και πού σχηματίστηκε. Η μπλε γραμμή στο γράφημα είναι ένα μοντέλο με την καλύτερη εφαρμογή που λαμβάνει υπόψη τα δεδομένα, τις γνωστές ιδιότητες του WASP-96 b και του αστέρα του (π.χ. μέγεθος, μάζα, θερμοκρασία) και τα υποτιθέμενα χαρακτηριστικά της ατμόσφαιρας.

Η εξαιρετική λεπτομέρεια και η σαφήνεια αυτών των μετρήσεων είναι δυνατές λόγω του υπερσύγχρονου σχεδιασμού της Webb. Ο καθρέφτης του με επικάλυψη χρυσού μήκους 270 τετραγωνικών ποδιών συλλέγει αποτελεσματικά το υπέρυθρο φως. Οι φασματογράφοι ακριβείας του διαχέουν το φως σε ουράνια τόξα χιλιάδων υπέρυθρων χρωμάτων. Και οι ευαίσθητοι υπέρυθροι ανιχνευτές του μετρούν εξαιρετικά λεπτές διαφορές στη φωτεινότητα. Το NIRISS είναι σε θέση να ανιχνεύσει χρωματικές διαφορές μόνο περίπου του ενός χιλιοστού του μικρού (η διαφορά μεταξύ πράσινου και κίτρινου είναι περίπου 50 μικρά) και διαφορές στη φωτεινότητα μεταξύ αυτών των χρωμάτων μερικών εκατοντάδων μερών ανά εκατομμύριο.

Επιπλέον, η εξαιρετική σταθερότητα του Webb και η τροχιακή του θέση γύρω από το Σημείο Lagrange 2 περίπου ένα εκατομμύριο μίλια μακριά από τις μολυσματικές επιδράσεις της ατμόσφαιρας της Γης δημιουργεί μια αδιάκοπη θέαση και καθαρά δεδομένα που μπορούν να αναλυθούν σχετικά γρήγορα

Το εξαιρετικά λεπτομερές φάσμα – που δημιουργήθηκε με την ταυτόχρονη ανάλυση 280 μεμονωμένων φασμάτων που συλλαμβάνονται από την παρατήρηση – παρέχει απλώς μια υπόδειξη του τι επιφυλάσσει ο Webb για την έρευνα εξωπλανητών. Κατά τη διάρκεια του επόμενου έτους, οι ερευνητές θα χρησιμοποιήσουν φασματοσκοπία για να αναλύσουν τις επιφάνειες και τις ατμόσφαιρες πολλών δεκάδων εξωπλανητών, από μικρούς βραχώδεις πλανήτες έως γίγαντες πλούσιους σε αέρια και πάγους. Σχεδόν το ένα τέταρτο του χρόνου παρατήρησης του Κύκλου 1 του Webb διατίθεται για τη μελέτη εξωπλανητών και των υλικών που τους σχηματίζουν.

Αυτή η παρατήρηση NIRISS καταδεικνύει ότι ο Webb έχει τη δύναμη να χαρακτηρίζει τις ατμόσφαιρες των εξωπλανητών —συμπεριλαμβανομένων εκείνων των δυνητικά κατοικήσιμων πλανητών— με εξαιρετική λεπτομέρεια.

Πίστωση εικόνας: NASA, ESA, CSA και STScI

Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb είναι το κορυφαίο παρατηρητήριο διαστημικής επιστήμης στον κόσμο. Ο Webb θα λύσει μυστήρια στο ηλιακό μας σύστημα, θα κοιτάξει πέρα ​​από μακρινούς κόσμους γύρω από άλλα αστέρια και θα διερευνήσει τις μυστηριώδεις δομές και την προέλευση του σύμπαντός μας και τη θέση μας σε αυτό. Το Webb είναι ένα διεθνές πρόγραμμα με επικεφαλής τη NASA με τους εταίρους της, την ESA (Ευρωπαϊκή Διαστημική Υπηρεσία) και την CSA (Καναδική Διαστημική Υπηρεσία).

Τα κεντρικά γραφεία της NASA επιβλέπουν την αποστολή για τη Διεύθυνση Επιστημονικής Αποστολής του οργανισμού. Το Κέντρο Διαστημικών Πτήσεων Goddard της NASA στο Greenbelt του Μέριλαντ, διαχειρίζεται τον Webb για τον οργανισμό και επιβλέπει τις εργασίες για την αποστολή που εκτελείται από το Επιστημονικό Ινστιτούτο Διαστημικού Τηλεσκοπίου, το Northrop Grumman και άλλους εταίρους της αποστολής. Εκτός από τον Γκόνταρντ, πολλά κέντρα της NASA συνέβαλαν στο έργο, συμπεριλαμβανομένου του Διαστημικού Κέντρου Τζόνσον της υπηρεσίας στο Χιούστον. Εργαστήριο Jet Propulsion Laboratory (JPL) στη Νότια Καλιφόρνια. Marshall Space Flight Center στο Χάντσβιλ της Αλαμπάμα. Ερευνητικό Κέντρο Ames στη Silicon Valley της Καλιφόρνια. και άλλοι.

Το NIRISS συνεισέφερε η Καναδική Διαστημική Υπηρεσία. Το όργανο σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε από τη Honeywell σε συνεργασία με το Université de Montréal και το Εθνικό Συμβούλιο Έρευνας του Καναδά.

Πραγματοποιήστε λήψη πλήρους ανάλυσης, μη συμπιεσμένες εκδόσεις και υποστηρικτικές εικόνες αυτής και άλλων "Webb First Images" από το Επιστημονικό Ινστιτούτο του Διαστημικού Τηλεσκοπίου