Egzoplanety - badania różne (zbiorczo)

[Slavin]

Astronomowie znajdują „nachylone” planety nawet w idealnych układach planetarnych.

Na ilustracji: Na tym diagramie dwie krążące wokół planety wykazują niewielkie nachylenie w porównaniu do osi obrotu ich słońca macierzystego. Źródło: Malena Rice


Zrozumienie, że nawet planety w dziewiczych układach słonecznych mają pewne nachylenie orbit, stawia nasz Układ Słoneczny w szerszej perspektywie.

Naukowcy od dawna zastanawiali się, dlaczego wszystkie planety w naszym Układzie Słonecznym mają lekko nachylone orbity. Jednak nowe badanie przeprowadzone przez badaczy z Yale sugeruje, że zjawisko to może nie być wcale takie wyjątkowe. Nawet w „dziewiczych” układach słonecznych planety wykazują pewne nachylenie.

Astronomowie od dawna zakładali, że planety o nierównych, nachylonych orbitach – takich, które nie pokrywają się z osią obrotu swojego macierzystego słońca – są wynikiem jakiegoś kosmicznego zgiełku, takiego jak pobliskie gwiazdy i planety popychające swoich sąsiadów.

Jednak wyniki badań opublikowanych w The Astronomical Journal wskazują, że jest inaczej.

W ramach badania międzynarodowy zespół pod kierownictwem astronom z Yale, Maleny Rice, przeprowadził wszechstronną analizę dziewiczych, wieloplanetarnych układów słonecznych, w których orbity planet pozostały stosunkowo niezakłócone od czasu ich powstania.

Tego typu konfiguracja, w której orbita jednej planety jest precyzyjnie ułożona względem orbity innej planety w dokładnym całkowitym stosunku okresów orbitalnych, jest prawdopodobnie często spotykana w układach słonecznych na wczesnym etapie ich rozwoju – powiedziała Rice, adiunkt astronomii na Wydziale Sztuki i Nauk Yale i główna autorka badania.

To wspaniała konfiguracja – ale tylko niewielki procent układów ją zachowuje – powiedziała Rice.

Rice i jej współpracownicy odkryli, że nawet w tych układach słonecznych planety mogą mieć nachylenie orbit do 20 stopni.

Naukowcy rozpoczęli swoją pracę od pomiaru nachylonej orbity TOI-2202 b, planety będącej „ciepłym jowiszem” w dziewiczym układzie słonecznym. Ciepły jowisz to planeta znacznie większa od Ziemi, której okres obiegu jest znacznie krótszy niż ziemskie 365 dni.

Naukowcy porównali orbitę TOI-2202 b z danymi orbit z pełnego spisu podobnych planet znalezionych w Archiwum Egzoplanet NASA. W tym szerszym kontekście, typowe nachylenie orbit takich planet wynosiło aż 20 stopni, a układ TOI-2202 b był jednym z najsilniej nachylonych tego typu układów.

Rice zauważyła, że odkrycie to dostarcza cennych informacji na temat wczesnego rozwoju układu planetarnego. Ponadto, wskazała, że niewielkie nachylenie jest powszechne w kosmosie, co ma istotne znaczenie dla naszego Układu Słonecznego.

Nowe badanie również pomaga Rice w zrozumieniu układów słonecznych zawierających tzw. „gorące jowisze” – czyli układów, w których znajdują się gazowe olbrzymy podobne do Jowisza, lecz posiadające bardzo krótkie okresy orbitalne.

Staram się dowiedzieć, dlaczego układy z gorącymi jowiszami mają tak ekstremalnie nachylone orbity – powiedziała Rice. Kiedy doszło do tego nachylenia? Czy mogą po prostu powstawać w taki sposób? Aby to zrozumieć, muszę najpierw poznać, jakie typy układów nie charakteryzują się tak dramatycznym nachyleniem.

https://news.yale.edu/2023/11/28/astronomers-find-tilted-planets-even-pristine-solar-systems

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/ad09de

[Slavin]

Tutaj życia raczej nie znajdziemy. GJ 367b to kolejny martwy glob krążący wokół czerwonego karła.



Kwestia tego, czy na planetach krążących wokół czerwonych karłów może istnieć życie, jest jedną z najciekawszych kwestii wśród wszystkich poszukiwaczy życia pozaziemskiego. Z jednej strony czerwone karły to najpowszechniej występujące gwiazdy w naszej galaktyce i wokół nich powszechnie znajduje się liczne planety skaliste zbliżone rozmiarami do Ziemi. Z drugiej jednak strony te chłodne i niepozorne gwiazdy nie należą do spokojnych i bardzo często sterylizują swoje otoczenie potężnymi rozbłyskami, które są w stanie zwiewać całe atmosfery z powierzchni planet. W tym kontekście nie są one zbyt przyjaźnie nastawione do jakichkolwiek form życia. Jeżeli zatem chcemy dowiedzieć się, jak faktycznie wygląda otoczenie czerwonego karła, to musimy uważniej przyjrzeć się atmosferom egzoplanet krążących wokół nich.

W ramach najnowszego projektu badawczego zespół astronomów postanowił przyjrzeć się atmosferze egzoplanety GJ 367b. Wyniki obserwacji nie napawają optymizmem. Mówiąc najprościej, może i planeta ta posiadała kiedyś własną atmosferę, jednak do chwili obecnej utraciła praktycznie wszystkie otaczające ją związki lotne. Z dużym prawdopodobieństwem można stwierdzić, że za zniknięcie atmosfery odpowiada czerwony karzeł, wokół którego ona krąży.

Skoro już mowa o czerwonym karle, Gliese 367 to gwiazda oddalona od nas o około 30 lat świetlnych. W toku obserwacji prowadzonych w 2021 roku za pomocą teleskopu TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) naukowcy odkryli w jej otoczeniu trzy egzoplanety. Jedną z nich jest opisywana tutaj GJ367b. Jest to planeta, której okrążenie gwiazdy macierzystej zajmuje około 7,7 godziny. Wszystko wskazuje także na to, że planeta jest zsynchronizowana pływowo ze swoją gwiazdą, a zatem wiecznie jest zwrócona tą samą stroną do niej. Problemem w przypadku tej planety jest zdecydowanie za mała odległość od gwiazdy. Oznacza to, że na powierzchnię gwiazdy pada setki razy więcej promieniowania niż na powierzchnię Ziemi. Naukowcy szacują, że na dziennej stronie planety temperatura na powierzchni wynosi około 1500 stopni Celsjusza.

GJ 367b jest planetą nieco mniejszą od Ziemi. Jej promień to około 72 proc. promienia Ziemi. Co jednak ciekawe, jest to obiekt niezwykle gęsty — jego gęstość jest dwa razy większa od średniej gęstości Ziemi. Według badaczy oznacza to, że zbudowana jest ona głównie z żelaza, a jej zewnętrzne warstwy krzemianowe zostały usunięte przez intensywne promieniowanie gwiazdy macierzystej.

Wszystkie powyższe informacje wskazują, że GJ 367b nigdy nie nadawała się do zamieszkania, ponieważ znajduje się zdecydowanie za blisko swojej gwiazdy. Nie zmienia to jednak faktu, że planety krążące wokół czerwonych karłów wciąż są dla badaczy niezwykle ciekawe. Po pierwsze, czerwonych karłów jest mnóstwo; połowa gwiazd w Drodze Mlecznej to prawdopodobnie czerwone karły. Zatem większość egzoplanet w naszej galaktyce prawdopodobnie krąży wokół czerwonych karłów. Możemy tutaj mówić o setkach miliardów egzoplanet. Dla poszukiwaczy życia zatem kluczowe będą badania atmosfer planet krążących wokół czerwonych karłów. Na szczęście czerwone karły są łatwiejsze do badania niż gwiazdy podobne do Słońca, ponieważ są ciemniejsze i mniejsze. Problemem w ich przypadku są jednak rozbłyski na powierzchni gwiazd. Jeżeli planety znajdują się zbyt blisko swojej gwiazdy, to potężny rozbłysk na powierzchni czerwonego karła może całkowicie zniszczyć ich atmosfery i zabijać jakiekolwiek formy życia na nich istniejące.

Naukowcy zbadali widmo emisji po dziennej stronie planety GJ 367b, aby ustalić, z czego zbudowana jest powierzchnia i jaką atmosferę posiada. Wyniki okazały się przewidywalne. Planeta ma zerowe albedo, nie wykazuje jakiejkolwiek recyrkulacji ciepła i nie posiada żadnej atmosfery.

Skoro ciepło ze strony dziennej w żaden sposób nie przechodzi na stronę nocną, oznacza to brak atmosfery gęstszej niż 1 bar. Widmo emisji nocnej strony planety wyklucza istnienie także rzadszej atmosfery.

Egzoplaneta GJ 367b nigdy nie nadawała się do zamieszkania. Jest o wiele za blisko swojej gwiazdy. Nie zmienia to jednak faktu, że jej obserwacje przyniosły nam wiele przydatnych informacji. Teraz astronomowie powinni skupić się na poszukiwaniu egzoplanet skalistych znajdujących się nieco dalej od macierzystego czerwonego karła i sprawdzić, jak na nich wygląda kwestia atmosfer.

Rzeczywistość jest jednak taka, że coraz więcej obserwacji prowadzi do wniosku, że czerwone karły nie sprzyjają powstawaniu życia. Z uwagi na to, że większość gwiazd tego typu jest stosunkowo ciemna i chłodna, ekosfery (czyli strefy, w których na powierzchni planety może istnieć woda w stanie ciekłym) znajdują się stosunkowo blisko gwiazdy. Tam z kolei jednak na planetę czekają potężne rozbłyski gwiezdne, których na czerwonych karłach jest znacznie więcej, niż na powierzchni gwiazd podobnych do Słońca.

[Slavin]

Na to czekaliśmy! Hubble odkrywa parę wodną w atmosferze małej egzoplanety.



Czego tak naprawdę najbardziej wyczekują zarówno astronomowie badający planety pozasłoneczne, jak i szeroka opinia publiczna? Oczywiście odkrycia planety skalistej, na której istnieje obca zaawansowana cywilizacja. Jeżeli to nie jest możliwe, to niech to będzie odkrycie planety skalistej z jakimkolwiek życiem na powierzchni. Jeżeli natomiast to jest niemożliwe, to niech chociaż będzie planeta skalista, na której powierzchni istnieją warunki sprzyjające powstaniu życia. O! I o takiej planecie już możemy mówić. Astronomowie korzystający z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a właśnie poinformowali o odkryciu najmniejszej dotąd planety pozasłonecznej, w której atmosferze potwierdzono obecność pary wodnej. Planetą tą jest GJ 9827 d, której średnicę oszacowano na dwie średnice Ziemi.

To pierwszy przypadek bezpośredniego zaobserwowania pary wodnej w atmosferze planety skalistej. Naukowcy wskazują, że jest to niezwykle ważny krok na drodze do ustalenia, jak często para wodna występuje w atmosferach planet krążących wokół gwiazd innych niż Słońce w naszej galaktyce.

Warto jednak tutaj zaznaczyć, że jak na razie nie wiadomo na pewno, czy Hubble odkrył niewielką ilość pary wodnej w atmosferze bogatej w wodór, czy też atmosfera planety składa się głównie z wody, która jest pozostałością po pierwotnej atmosferze wodorowo-helowej, która z czasem została odparowana przez promieniowanie gwiazdy macierzystej.

„Nasz program obserwacyjny został zaprojektowany specjalnie z myślą nie tylko o wykryciu cząsteczek w atmosferze planety, ale także z myślą o poszukiwaniu pary wodnej. Każdy wynik pozytywny byłby ekscytujący, niezależnie od tego, czy w atmosferze dominowałaby para wodna, czy też byłaby jedynie niewielkim elementem atmosfery zdominowanej przez wodór”

– mówi główny autor artykułu naukowego, Pierre-Alexis Roy z Université de Montréal.
„Do tej pory nie byliśmy w stanie bezpośrednio wykryć atmosfery tak małej planety. Teraz jednak to się zmienia” – dodaje Benneke. „W pewnym momencie, podczas badania tych mniejszych planet, musi nastąpić ten czas, w którym na planetach nie ma już wodoru, a ich atmosfery bardziej przypominają Wenus, w atmosferze której dominuje dwutlenek węgla”.

Ponieważ planeta GJ 9827d jest tak gorąca jak Wenus i ma temperaturę około 425 stopni Celsjusza, z pewnością byłby niegościnnym, parnym światem, gdyby atmosfera składała się głównie z pary wodnej.

W tej chwili zespołowi badawczemu pozostały dwie możliwości. Planeta wciąż posiada bogatą w wodór otoczkę wypełnioną wodą, co by oznaczało, że jest minineptunem, albo jest to cieplejsza wersja Europy, lodowego księżyca Jowisza, który ma pod skorupą dwa razy więcej wody niż wszystkie oceany na Ziemi. Planeta GJ 9827d może składać się w połowie z wody, w połowie ze skał. Możliwe zatem, że to mała planeta skalista z rozległą atmosferą z pary wodnej.

Jeśli planeta posiada resztkową atmosferę bogatą w wodę, oznaczałoby to, że uformowała się dalej od swojej gwiazdy macierzystej, gdzie temperatura jest niska, a woda jest dostępna w postaci lodu, nie tak jak w jej obecnym położeniu. W tym scenariuszu planeta przeniosłaby się bliżej gwiazdy i naraziła się na znacznie więcej promieniowania. W nowym położeniu wodór jest tam ogrzewany i ucieka z okowów słabej grawitacji planety. Alternatywna teoria głosi, że planeta powstała blisko gorącej gwiazdy, a w jej atmosferze znajdowały się śladowe ilości wody.

W ramach badań naukowcy obserwowali planetę za pomocą Hubble’a podczas 11 tranzytów rozłożonych na trzy lata. Podczas tranzytów światłom emitowane przez gwiazdę macierzystą przenika przez atmosferę planety i niesie ze sobą widmowy odcisk związków chemicznych tworzących tę atmosferę. Jeśli na planecie znajdują się chmury, są one na tyle nisko w atmosferze, że nie zasłaniają całkowicie widoku atmosfery obserwowanego przez Hubble’a, a Hubble jest w stanie dostrzec parę wodną ponad chmurami.

Odkrycie Hubble’a otwiera drzwi do bardziej szczegółowych badań planety. Jest dobrym celem dla Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, który będzie w stanie wykonać widmo atmosfery w podczerwieni w celu poszukiwania innych związków chemicznych.

GJ 9827d została odkryta przez należący do NASA Kosmiczny Teleskop Keplera w 2017 roku. Okrąża czerwonego karła w czasie 6,2 dnia. Gwiazda GJ 9827 znajduje się 97 lat świetlnych od Ziemi, w gwiazdozbiorze Ryb.

[Slavin]

Hubble znajduje parę wodną w atmosferze małej egzoplanety.

Na ilustracji: Wizja artystyczna egzoplanety GJ 9827 d, najmniejszej egzoplanety, w której atmosferze wykryto parę wodną. Źródło: NASA, ESA, Leah Hustak (STScI), Ralf Crawford (STScI)


Korzystając z Teleskopu Hubble’a astronomowie zaobserwowali najmniejszą egzoplanetę, w której atmosferze wykryto parę wodną.

Egzoplaneta GJ 9827 d, której średnica jest w przybliżeniu dwa razy mniejsza od średnicy Ziemi, może być przykładem potencjalnych planet z bogatymi w wodę atmosferami w innych częściach naszej Galaktyki.

Członek zespołu Björn Benneke z Trottier Institute for Research on Exoplanets na Université de Montréal powiedział: To byłby pierwszy raz, kiedy moglibyśmy bezpośrednio wykazać poprzez detekcję atmosfery, że te planety z bogatymi w wodę atmosferami mogą faktycznie istnieć wokół innych gwiazd. Dodał również: Jest to ważny krok w kierunku określenia występowania i różnorodności atmosfer na planetach skalistych.

Woda na tak małej planecie to przełomowe odkrycie – dodała Laura Kreidberg z Instytutu Astronomicznego Maxa Plancka w Heidelbergu w Niemczech. To przybliża nas bardziej niż kiedykolwiek do scharakteryzowania prawdziwie podobnych od Ziemi światów.

Jest jednak zbyt wcześnie, aby stwierdzić, czy spektroskopia Hubble’a zmierzyła niewielką ilość pary wodnej w puszystej atmosferze bogatej w wodór, czy też atmosfera planety składa się głównie z wody, pozostałej po pierwotnej atmosferze wodorowo-helowej, która wyparowała pod wpływem promieniowania jej gwiazdy macierzystej.

Nasz program obserwacyjny, prowadzony przez głównego naukowca Iana Crossfielda z Uniwersytetu Kansas w Lawrecne, został zaprojektowany specjalnie w celu nie tylko wykrycia cząsteczek w atmosferze planety, ale także poszukiwania pary wodnej. Oba wyniki były ekscytujące, niezależnie od tego, czy para wodna jest dominującym, czy tylko niewielkim gatunkiem w atmosferze zdominowanej przez wodór – powiedział główny autor artykułu naukowego, Pierre-Alexis Roy z Trottier Institute for Research on Exoplanets na Université de Montréal.

Do tej pory nie byliśmy w stanie bezpośrednio wykryć atmosfery tak małej planety. Teraz powoli wchodzimy w ten reżim – dodał Benneke. W pewnym momencie, gdy badamy mniejsze planety, musi nastąpić przejście, w którym na tych małych światach nie ma już wodoru, a ich atmosfery bardziej przypominają Wenus (która jest zdominowana przez dwutlenek węgla).

Ponieważ planeta jest tak gorąca jak Wenus i ma temperaturę 420 oC, z pewnością byłaby niegościnnym, parnym światem, gdyby atmosfera składała się głównie z pary wodnej.

Obecnie zespołowi pozostają dwie możliwości. Jednym ze scenariuszy jest to, że planeta wciąż trzyma się bogatej w wodór atmosfery wypełnionej wodą, co czyni ją minineptunem. Alternatywnie, może to być cieplejsza wersja Europy – księżyca Jowisza, który ma pod skorupą dwa razy więcej wody niż Ziemia. Planeta GJ 9827 d mogłaby składać się w połowie z wody, w połowie ze skał. A na szczycie jakiegoś mniejszego ciała skalistego znajdowałoby się dużo pary wodnej – powiedział Benneke.

W przypadku, gdy planeta posiada szczątkową atmosferę bogatą w wodę, prawdopodobnie uformowała się dalej od swojej gwiazdy macierzystej niż jej obecna lokalizacja, gdzie temperatura jest niska, a woda jest dostępna w postaci lodu. W takim scenariuszu planeta mogła migrować bliżej gwiazdy, co skutkowałoby większym nasłonecznieniem. Wodór zostałby wówczas podgrzany i mógł uciec lub nadal uciekać z powodu słabej grawitacji planety. Alternatywna teoria zakłada, że planeta uformowała się blisko gorącej gwiazdy, co oznaczałoby, że ma tylko niewielką ilość wody w atmosferze.

GJ 9827 d została odkryta przez Kosmiczny Teleskop Keplera w 2017 roku. Wykonuje ona orbitę wokół czerwonego karła co 6,2 dnia. Gwiazda GJ 9827 znajduje się 97 lat świetlnych od Ziemi w kierunku konstelacji Ryb.

https://hubblesite.org/contents/news-releases/2024/news-2024-007

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/acebf0

[Slavin]

Poszukiwanie życia w atmosferach egzoplanet trwa. Co nas czeka w najbliższej przysłości?



Poszukiwanie życia we wszechświecie trwa w najlepsze od kilkudziesięciu lat. Poza ekscytującym, ale jednak nic nieznaczącym sygnałem Wow! jak na razie niczego we wszechświecie nie usłyszeliśmy, niezależnie od tego, jak bardzo nadstawiamy ucha. Najnowsze badania sugerują jednak, że następna generacja zaawansowanych teleskopów może znacząco zwiększyć nasze szanse powodzenia, bowiem jako pierwsza będzie w stanie precyzyjnie analizować atmosfery pobliskich egzoplanet

Artykuł opublikowany niedawno w periodyku naukowym The Astronomical Journal szczegółowo opisuje wysiłki zespołu naukowców z Ohio State University, którzy badali zdolność przyszłych teleskopów do wykrywania chemicznych śladów tlenu, dwutlenku węgla, metanu i wody na dziesięciu pobliskich egzoplanetach skalistych. Pierwiastki te są biosygnaturami występującymi również w atmosferze ziemskiej, które mogą dostarczyć kluczowych naukowych dowodów na istnienie życia.

Badanie wykazało, że w przypadku pary pobliskich światów, Proxima Centauri b i GJ 887 b, teleskopy te są bardzo skuteczne w wykrywaniu obecności potencjalnych biosygnatur. Z tych dwóch ustaleń wynika, że tylko w przypadku Proxima Centauri b maszyny byłyby w stanie wykryć dwutlenek węgla, gdyby był obecny w jej atmosferze. Chociaż nie odkryto żadnej egzoplanety, która dokładnie odzwierciedlałaby warunki życia na Ziemi we wczesnych fazach rozwoju, praca ta sugeruje, że po bardziej szczegółowym zbadaniu takie wyjątkowe superziemie – planety masywniejsze od Ziemi, ale mniejsze od Neptuna – mogłyby stanowić odpowiedni cel przyszłych misji badawczych.



Ekstremalnie Wielki Teleskop

Aby zintensyfikować poszukiwania planet nadających się do zamieszkania, Huihao Zhang, główny autor opracowania i student astronomii w Ohio State, wraz ze współpracownikami postanowił określić skuteczność wyspecjalizowanych instrumentów obserwacyjnych, takich jak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) i inne niezwykle duże teleskopy, takie jak Ekstremalnie Wielki Teleskop, Teleskop Trzydziestometrowy i Gigantyczny Teleskop Magellana, które umożliwią nam bezpośrednie obrazowanie egzoplanet.

Nie każda planeta nadaje się do bezpośredniego obrazowania, ale właśnie dlatego symulacje dają nam przybliżone pojęcie o tym, co taki wielki teleskop mógłby nam pokazać.

Bezpośrednia metoda obrazowania egzoplanet polega na użyciu koronografu do blokowania światła gwiazdy macierzystej, co pozwala naukowcom uchwycić delikatny obraz właściwej planety krążącej wokół niej. Ponieważ jednak zlokalizowanie ich w ten sposób może być trudne i czasochłonne, badacze chcieli sprawdzić, jak dobrze teleskopy tego typu poradzą sobie z tym wyzwaniem.

W tym celu przetestowano zdolność instrumentów każdego teleskopu do odróżniania uniwersalnego szumu tła od sygnału planetarnego, który chcieli uchwycić podczas wykrywania biosygnatur. Taki stosunek sygnału do szumu określa bowiem, jak łatwo można wykryć i przeanalizować sygnał pochodzący z danego obiektu.

Wyniki pokazały, że tryb bezpośredniego obrazowania jednego z instrumentów ELT, zwanego Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph, działał lepiej w przypadku trzech planet (GJ 887 b, Proxima b i Wolf 1061 c) w wykrywaniu obecności metanu, węgla dwutlenek węgla i wodę, podczas gdy jego monolityczny optyczny spektrograf polowy o wysokiej rozdzielczości kątowej i integralny spektrograf polowy bliskiej podczerwieni mógł wykrywać metan, dwutlenek węgla, tlen i wodę, ale wymagał znacznie dłuższego czasu obserwacyjnego.



Teleskop Trzydziestometrowy

Dodatkowo, ponieważ wnioski te dotyczyły instrumentów, które będą musiały zajrzeć przez chemiczną mgłę atmosfery ziemskiej, aby poczynić postępy w poszukiwaniu życia kosmicznego, porównano je z obecnymi możliwościami JWST w przestrzeni kosmicznej, powiedział Zhang.

„Trudno powiedzieć, czy teleskopy kosmiczne są lepsze od teleskopów naziemnych, ponieważ są inne” – powiedział.

W tym przypadku odkrycia ujawniły, że chociaż GJ 887 b jest jednym z najodpowiedniejszych celów do bezpośredniego obrazowania przez wielkie teleskopy naziemne, ponieważ jej lokalizacja i rozmiar powodują szczególnie wysoki stosunek sygnału do szumu, w przypadku niektórych planet tranzytujących, takich jak planety układu TRAPPIST-1, teleskop Jamesa Webba bardziej nadaje się do ich wykrywania niż bezpośrednie obrazowanie za pomocą teleskopów naziemnych.



Gigantyczny Teleskop Magellana

Ponieważ jednak w badaniu przyjęto bardziej konserwatywne założenia dotyczące danych, prawdziwa skuteczność przyszłych narzędzi astronomicznych może w dalszym ciągu zaskakiwać naukowców. Pomijając subtelne różnice w wydajności, te potężne instrumenty przysłużą się poszerzaniu naszej wiedzy o wszechświecie i mają się wzajemnie uzupełniać, powiedział Ji Wang, współautor badania i adiunkt astronomii w Ohio State. Dlatego właśnie potrzebne są badania takie jak to, które oceniają ich ograniczenia.

„Nie można wystarczająco podkreślić znaczenia symulacji, zwłaszcza w przypadku misji, które kosztują miliardy dolarów” – powiedział Wang. „Ludzie nie tylko muszą budować sprzęt, ale także bardzo się starają symulować wydajność i być przygotowani na osiągnięcie tak wspaniałych wyników”.

Najprawdopodobniej, jako że żaden z gigantycznych teleskopów naziemnych nie zostanie ukończony przed końcem tej dekady, kolejne kroki badaczy będą opierały się na symulacjach tego, jak dobrze przyszłe teleskopy poradzą sobie z badaniem zawiłości licznych dowodów życia na naszej planecie.

„Chcemy zobaczyć, w jakim stopniu możemy zbadać naszą atmosferę z niezwykłą szczegółowością i ile informacji możemy z niej wydobyć” – powiedział Wang. „Ponieważ jeśli nie będziemy w stanie odpowiedzieć na pytania dotyczące możliwości zamieszkania w atmosferze ziemskiej, nie będziemy mogli zacząć odpowiadać na te pytania wokół innych planet”.

[Slavin]

TOI-1136: Wokół tej burzliwej gwiazdy krąży co najmniej sześć planet.



Układ ten nie tylko może zapewnić bardzo potrzebny wgląd w to, jak powstają i ewoluują planety krążące wokół młodej gwiazdy. Mało tego, jego podobieństwo do Układu Słonecznego może zapewnić astronomom wgląd w to, jak mogło wyglądać nasze bezpośrednie otoczenie jakieś 4 miliardy lat temu.

Sześć, prawdopodobnie siedem egzoplanet krąży wokół stosunkowo bliskiego nam karła w Drodze Mlecznej zwanego TOI-1136. Gwiazda ta znajduje się około 270 lat świetlnych od Ziemi. To jeden z niewielu znanych tak licznych układów planetarnych. Na swój sposób pod wieloma względami jest bardzo podobny do Układu Słonecznego, a pod innymi bardzo od niego odmienny. Właśnie to sprawia, że możemy się z niego naprawdę dużo dowiedzieć.

Naukowcy początkowo badali układ planetarny TOI-1136 za pomocą satelity Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) szukając w jego otoczeniu planet. Kiedy te już udało się dostrzec, inny zespół badaczy wziął się za opisanie mas i orbit odkrytych planet, a nawet za próbę przyjrzenia się ich atmosferom.

Planety w tym układzie, oznaczone nazwami od TOI-1136 b do TOI-1136 g, są klasyfikowane jako podneptuny. Najmniejszy z sześciu potwierdzonych światów ma średnicę dwukrotnie większą od Ziemi, podczas gdy niektóre z jego rodzeństwa planety są aż czterokrotnie większe od naszej planety – mniej więcej wielkości Urana i Neptuna.

Wszystkie egzoplanety TOI-1136 znajdują się tak blisko swojej gwiazdy macierzystej, że okrążają ją w mniej niż 88 ziemskich dni. Tutaj warto zauważyć, że 88 dni to okres obiegu Merkurego, planety znajdującej się najbliżej Słońca, co oznacza, że wszystkie te planety mogą znajdować się bliżej swojej gwiazdy niż najbliższa planeta krążąca wokół Słońca. Jak wskazują badacze, są to dla nas nietypowe planety, bowiem w Układzie Słonecznym nie mają one swojego odpowiednika. To zdumiewające, bowiem ogólnie z poszukiwań egzoplanet wychodzi, że są to jedne z najczęściej występujących egzoplanet w Drodze Mlecznej.

Tym, co naprawdę wyróżnia TOI-1136, jest to, jak młode są planety, jak i sama gwiazda macierzysta. TOI-1136 ma zaledwie 700 milionów lat. W porównaniu z liczącym 4,5 miliarda lat Układem Słonecznym i jego gwiazdą, Słońcem, jest to dosłownie noworodek.

„Dzięki temu możemy przyjrzeć się planetom zaraz po ich powstaniu” – mówi autor opracowania. „Za każdym razem, gdy znajdujemy układ składający się z wielu planet, dostarcza nam to więcej informacji, które pozwalają nam uzasadnić nasze teorie na temat tego, jak powstają układy planetarny i jak wyglądała przeszłość Układu Słonecznego”.

Podobnie jak nadpobudliwe ludzkie małe dzieci, młode gwiazdy mogą być trudne do śledzenia ze względu na ich nadpobudliwość. W przypadku małych gwiazd ta nadmierna aktywność objawia się intensywnym magnetyzmem, częstszymi i intensywniejszymi plamami słonecznymi oraz silnymi rozbłyskami słonecznymi.

Promieniowanie emitowane przez młode gwiazdy nie tylko utrudnia ich obserwację, ale także kształtuje krążące wokół nich planety, kształtując w szczególności charakterystykę ich atmosfer.

„Młode gwiazdy cały czas łobuzują. Są bardzo aktywne, zupełnie jak małe dzieci. To może utrudniać precyzyjne pomiary” – powiedział w oświadczeniu Stephen Kane, kierownik zespołu i profesor astrofizyki planetarnej na Uniwersytecie Kalifornijskim w Riverside. „Pomoże nam to nie tylko dokonać bezpośredniego porównania zmian planet w czasie, ale także ewolucji ich atmosfer w różnych odległościach od gwiazdy, co jest być może najważniejszą rzeczą”.

Czy na którejkolwiek z planet TOI-1136 może istnieć życie?

Wszystkie planety w układzie TOI-1136 są nie tylko stosunkowo w tym samym wieku, ale także znajdują się blisko siebie pod względem odległości fizycznej. Dało to badaczom szansę zbadania czegoś, co nie jest łatwe do zbadania w innym układzie planetarnym.

„Zwykle, gdy szukamy planet, przyglądamy się wpływowi, jaki planety wywierają na swoją gwiazdę. Obserwujemy ruch gwiazdy i interpretujemy to jako wpływ grawitacyjny, jaki wywierają na nią planety” – powiedział Kane. „Tutaj możemy również zobaczyć planety przyciągające się nawzajem”.

Korzystając z teleskopu Automated Planet Finder w Obserwatorium Lick, zlokalizowanego na kalifornijskiej górze Hamilton, oraz wysokorozdzielczego spektrometru Echelle w W.M. Kecka na nieaktywnym wulkanie Mauna Kea na Hawajach zespołowi udało się zaobserwować „kołysanie się” karłowatej gwiazdy TOI-1136 spowodowane przyciąganiem grawitacyjnym krążących wokół niej planet.

Połączenie obserwacji tego „wahania się” z modelami komputerowymi i danymi planet przecinających twarz swojej gwiazdy pozwoliło naukowcom określić masy planet z niespotykaną dotąd precyzją.

Uważa się, że pierwsze pierwsze oznaki życia pojawiły się na Ziemi około 600 milionów lat po powstaniu Układu Słonecznego, w okresie historii naszej planety zwanym archaikiem. Widzimy egzoplanety układu TOI-1136 w podobnym momencie swojej historii.

Szanse na to, że planety w tym układzie będą w stanie utrzymać życie, wydają się jednak w najlepszym razie nikłe ze względu na ich bliskość do gwiazdy macierzystej. Oznacza to, że intensywne promieniowanie gwiazdy prawdopodobnie odziera te planety z atmosfer, odparowując przy tym wszelką wodę w stanie ciekłym, czyli kluczowy składnik życia, jakie znamy.

„Czy jesteśmy zatem czymś wyjątkowym? Jestem coraz bardziej przekonany, że nasz układ planetarny jest bardzo nietypowym tworem we wszechświecie” – podsumował Kane. „Odkrywanie układów tak odmiennych od naszego sprawia, że coraz wyraźniej widać, jak nasz Układ Słoneczny wpisuje się w szerszy kontekst powstawania się wokół innych gwiazd”.

Zespół zamierza teraz dalej badać układ TOI-1136, miejmy nadzieję, potwierdzając obecność siódmej planety, a także określając skład atmosfer planet. Teoretycznie mógłby tego dokonać Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba.

[Slavin]

Superziemia TOI-715 b. Rok na niej trwa 19 ziemskich dni.



Sto trzydzieści siedem lat świetlnych od Ziemi, a więc nie za blisko i nie za daleko, znajduje się gwiazda typu M, wokół której krąży planeta skalista o masie trzykrotnie większej od Ziemi.

Jak przekonują odkrywcy, planeta ta może być interesującym celem badań dla naukowców zajmujących się poszukiwaniem życia pozaziemskiego. Mowa tutaj o planecie o mało romantycznej czy prowokującej wyobraźnię nazwie TOI-715 b. Planeta należy do kategorii tak zwanych superziem, co oznacza, że po prostu jest większa od naszej planety, ale jednocześnie znacznie mniejsza od gazowych olbrzymów. Naukowcy zwracają, że powierzchnię planety ogrzewa czerwony karzeł, czy gwiazda znacznie mniejsza i chłodniejsza od Słońca.

Co jednak niezwykle ciekawe, owa planeta znajduje się w ekosferze swojej gwiazdy macierzystej i najprawdopodobniej ma jeszcze jedną towarzyszkę. Badacze podejrzewają, że w układzie planetarnym TOI-715 znajduje się jeszcze jedna planeta, nieco większa od Ziemi. Także i ona miałaby znajdować się w ekosferze swojej gwiazdy. Oczywiście jak zwykle w przypadku czerwonych karłów, mamy tutaj do czynienia z dobrą i złą informacją. Dobra informacja jest taka, że obie planety znajdują w takim przedziale odległości od gwiazdy, w którym na powierzchni planety może znajdować się woda w stanie ciekłym. Zła informacja jest natomiast taka, że ekosfera czerwonego karła znajduje się bardzo blisko gwiazdy, a tym samym każda planeta znajdująca się w niej narażona jest na silne rozbłyski gwiezdne, które na powierzchni czerwonego karła są znacznie silniejsze i częstsze niż na Słońcu.

TOI-715 b została odkryta przez kosmiczne obserwatorium TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), skanujące niebo w poszukiwaniu planet przelatujących przed swoimi gwiazdami, powodując niewielki spadek jasności gwiazdy. Od czasu wystrzelenia w 2018 roku TESS odkrył setki nowych planet, wiele z nich wokół czerwonych karłów, które są najpowszechniejszym typem gwiazd w galaktyce. Czerwone karły mają pewne zalety i wady, jeśli chodzi o utrzymywanie planet nadających się do zamieszkania. Z jednej strony są długotrwałe i stabilne, co daje planetom więcej czasu na ewolucję. Z drugiej strony są one często aktywne i podatne na rozbłyski, które mogą zaszkodzić atmosferze planet i istniejącym na ich powierzchniach formom życia.

TOI-715 b to jedna z niewielu planet krążących w konserwatywnej ekosferze czerwonego karła. Jest to bardziej rygorystyczna definicja niż optymistyczna ekosfera nadająca się do zamieszkania, która obejmuje planety, które mogą być zbyt gorące lub zimne dla wody w stanie ciekłym. TOI-715 b okrąża swoją gwiazdę w ciągu 19 dni, co oznacza, że jest zablokowana pływowo i zawsze skierowana jest tą samą stroną do gwiazdy. Może to spowodować ekstremalne różnice temperatur między dzienną i nocną stroną planety, co może mieć wpływ na klimat i pogodę.

Następnym krokiem dla astronomów jest lepsze poznanie właściwości i atmosfer TOI-715 b oraz możliwej planety towarzyszącej. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba wprost idealnie się do tego nadaje. Wszystko wskazuje na to, że byłby on w stanie powiedzieć nam, czy na powierzchni lub w atmosferze tych planet występuje woda, tlen, metan lub jakiekolwiek inne związki wskazujące na obecność tam życia.

Odkrycie TOI-715 b i jej potencjalnego rodzeństwa jest niezwykłym osiągnięciem TESS, który przekroczył swoje oczekiwania, znajdując planetę wielkości Ziemi w ekosferze pobliskiej gwiazdy. Odkrycie zostało ogłoszone przez międzynarodowy zespół badaczy pod kierownictwem Georginy Dransfield z Uniwersytetu w Birmingham w Wielkiej Brytanii w artykule opublikowanym w styczniu 2024 roku w czasopiśmie Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

[Slavin]

To może być pierwsza egzoplaneta z ciekłą wodą na powierzchni. Zaledwie 50 lat świetlnych stąd.



Wszystkie odległości w kosmosie zdają się względne. Jeżeli wyjdziemy od tego, że nasza Galaktyka ma średnicę 100 000 lat świetlnych, to planeta znajdująca się 50 lat świetlnych od nas wydaje się dosłownie rzut beretem od Ziemi. Z drugiej strony najbliższe egzoplanety znajdują się nieco ponad 4 lata świetlne od nas. W tym kontekście 50 lat świetlnych to już całkiem daleko. To zresztą tylko liczby. Z obecną technologią nie dolecimy na odległość ani 50, ani 5, ani 1 roku świetlnego, skoro nawet na Księżyc nie potrafimy dotrzeć bez problemu. Nieistotna jest jednak odległość, jeżeli chodzi o odkrycie planety, która na swojej powierzchni może mieć wodę w stanie ciekłym. Najnowsze badania jednak wskazują, że właśnie 50 lat świetlnych od nas może znajdować się planeta, na której powierzchni jest woda. Więcej, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba będzie w stanie to potwierdzić.

Planeta, o której mowa — LHS 1140b – krąży w ekosferze małej, słabej gwiazdy zwanej LHS 1140, która leży w gwiazdozbiorze Wieloryba. Egzoplaneta została odkryta w 2017 roku i od tego czasu jest obserwowana przez wielu astronomów za pomocą wielu teleskopów.

W toku obserwacji udało się ustalić, że LHS 1140b jest planetą skalistą o średnicy 1,7 razy większej od średnicy Ziemi. Najnowsza analiza wszystkich dostępnych obserwacji wykazała, że LHS 1140b nie jest wystarczająco gęsta, aby była czysto skalista i musi albo zawierać znacznie więcej wody niż Ziemia, albo posiadać rozległą atmosferę pełną lekkich pierwiastków, takich jak wodór i hel.

Naukowcy nie są jeszcze w stanie stwierdzić, która z tych dwóch opcji jest prawidłowa, ale Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) być może ustali to w nadchodzących latach. Jeśli LHS 1140b jest wodnym światem, planeta stanie się celem numer jeden w poszukiwaniu życia poza naszym Układem Słonecznym.

Ponieważ planeta znajduje się w ekosferze swojej gwiazdy, to można się spodziewać, że przynajmniej część znajdującej się na niej wody występuje w stanie ciekłym — przyznają badacze. To niezwykle ekscytujące odkrycie. Jakby nie patrzeć, choć astronomowie odkryli już ponad 5500 egzoplanet, to tylko kilka z nich wydaje się przyjazna dla życia.



Przez lata najbardziej obiecującym celem poszukiwań życia pozasłonecznego był intrygujący układ wokół małej, czerwonej gwiazdy zwanej TRAPPIST-1 oddalony od nas o 40 lat świetlnych. TRAPPIST-1 kryje imponującą kolekcję siedmiu znanych egzoplanet wielkości Ziemi, z których trzy krążą wokół gwiazdy w jej ekosferze. Jednak najnowsze obserwacje przeprowadzone za pomocą JWST przyniosły rozczarowujące wyniki, sugerując, że planety te mogą być całkowicie jałowe, pozbawione atmosfery i wody na powierzchni. Nie ma w tym nic dziwnego. TRAPPIST-1 to czerwony karzeł, który na dodatek jest bardzo aktywny i bezustannie bombarduje swoje planety silnymi rozbłyskami.

LHS 1140 jest gwiazdą znacznie mniej aktywną niż TRAPPIST-1. Mając około 20% wielkości i masy naszego Słońca, LHS 1140 emituje ledwo wystarczającą ilość energii, aby wytworzyć warunki nadające się do zamieszkania w obszarze położonym bliżej jego powierzchni niż Merkury. W rzeczywistości uważa się, że planeta LHS 1140b jest chłodniejsza od Ziemi, mimo że krąży wokół swojej gwiazdy w odległości cztery razy mniejszej niż odległość Słońce-Merkury. Naukowcy są jednak przekonani, że LHS 1140b to jeden z najciekawszych, jeżeli nie najciekawszy układ planetarny dla poszukiwaczy życia pozaziemskiego.

Badacze złożyli wniosek o zbadanie układu LHS 1140 za pomocą JWST w celu sprawdzenia, czy egzoplaneta ma atmosferę pełną wodoru i helu, czy też wydaje się, że jest na niej dużo wody. Jak dotąd jednak nie zaplanowano żadnych konkretnych obserwacji.

„Jeśli w przyszłości uda się potwierdzić, że jest to świat wodny, będziemy mogli stworzyć model klimatu tej planety, aby sprawdzić, czy na powierzchni znajduje się woda w stanie ciekłym” – powiedział Cadieux. „Byłoby to pierwsze pośrednie wykrycie wody w stanie ciekłym na egzoplanecie i byłoby to ekscytujące odkrycie”.

https://www.pulskosmosu.pl/2024/01/lhs-1140b-egzoplaneta-woda/

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad1691

[Slavin]

Naukowcy odkrywają planetę pokrytą oceanem. Woda w nim… wrze.



Choć na przestrzeni ostatnich trzech dekad astronomowie odkryli już ponad 5500 planet krążących wokół innych gwiazd niż Słońce, to wciąż odkrywają takie, które potrafią ich zaskoczyć swoimi cechami. Tym razem Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba odkrył świat, który może być pokryty bardzo nietypowym oceanem.

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba przyjrzał się ostatnio egzoplanecie odkrytej przez kosmiczne obserwatorium TESS i skatalogowanej pod numerem TOI-270 d. Wyniki tych obserwacji wskazują na coś nietypowego. Wszystko wskazuje na to, że planeta ta pokryta jest oceanem ciekłej wody. Ze względu jednak na panujące na powierzchni planety temperatury, ów ocean… wrze.

TOI-270 d to odległy podneptun krążący wokół gwiazdy TOI-270. Dzięki instrumentom zainstalowanym na pokładzie Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba astronomowie byli w stanie ustalić, że z dużym prawdopodobieństwem mamy tutaj do czynienia z planetą hyceańską, a więc w całości pokrytą oceanem ciekłej wody. Co więcej, instrument NIRSpec obserwujący przestrzeń kosmiczną w zakresie bliskiej podczerwieni odkrył w atmosferze planety duże stężenia metanu i dwutlenku węgla. Pewnym zaskoczeniem był jednak całkowity brak amoniaku w atmosferze. To właśnie ta wyraźna luka wskazuje na to, że powierzchnię planety pokrywa ocean. Zazwyczaj bowiem, jeżeli w atmosferze planety znajduje się dużo wodoru, znajduje się tam także sporo amoniaku. Wyjątkiem jest obecność dużej ilości wody, w której amoniak się bardzo dobrze rozpuszcza. Możemy mieć zatem do czynienia z planetą pokrytą oceanem, nad którym z kolei znajduje się atmosfera bogata w wodór.

Tutaj należy także zauważyć, że TOI-270 d to planeta zablokowana pływowo, czyli stale zwrócona jest jedną stroną w stronę swojej gwiazdy. Druga połowa planety skąpana jest w wiecznej ciemności, przez co między dwiema półkulami występuje duża różnica temperatur. Efekt? Po dziennej stronie planety mamy do czynienia z gorącym, wrzącym i parującym oceanem. Po drugiej stronie teoretycznie warunki są bardziej sprzyjające dla życia. Problem jednak w tym, że para wodna napływająca z drugiej strony planety powodowałaby występowanie ciśnienia tysiące razy wyższego niż na Ziemi.

Autorzy najnowszego opracowania wskazują, że po stronie dziennej ocean może mieć temperaturę przekraczającą 100 stopni Celsjusza. Jeżeli ciśnienie jest tam odpowiednio wysokie, to ocean może wciąż znajdować się w stanie ciekłym, ale z pewnością nie nadaje się do zamieszkania.

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba dostarczył jednak jeszcze jednej niezwykłej informacji. W atmosferze planety wykryto także dwusiarczek węgla, który na Ziemi powiązany jest z procesami biologicznymi. Warto tutaj jednak pamiętać, że na innych planetach związki chemiczne kojarzone na Ziemi z procesami biologicznymi, mogą mieć pochodzenie całkowicie naturalne i niezwiązane z jakimkolwiek życiem. Astronomowie wskazują, że potrzeba znacznie więcej obserwacji TOI-270 d, aby ostatecznie potwierdzić istnienie oceanu na powierzchni tej planety.

https://www.pulskosmosu.pl/2024/03/toi-270-d-wrzacy-wodny-swiat/

[Slavin]

Chmury pokrywają nocną stronę gorącej egzoplanety WASP-43b.

Na ilustracji: Wizja artystyczna gorącego jowisza WASP-43b krążącego blisko swojej gwiazdy macierzystej. Źródło: T. Müller


Wysokie temperatury i ekstremalne prędkości wiatru wpływają na skład chemiczny atmosfer planet.

Korzystając z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST), zespół astronomów stworzył globalną mapę temperatur gorącej, gazowej egzoplanety WASP-43b. Pobliska gwiazda macierzysta nieustannie oświetla dzienną półkulę, podnosząc temperaturę do 1250 stopni Celsjusza. Tymczasem po przeciwnej stronie panuje wieczna noc. Gwałtowne wiatry przenoszą gorące powietrze na nocną stronę, gdzie ochładza się do 600 stopni, umożliwiając tworzenie się chmur pokrywających całą półkulę. Nawałnice te osłabiają reakcje chemiczne do tego stopnia, że metan ledwo może się wytworzyć, mimo że w spokojniejszych warunkach powinno go być pod dostatkiem.

Gorące jowisze to ekstremalne gazowe olbrzymy, które krążą wokół swoich gwiazd macierzystych w bliskiej odległości, co prowadzi do kilku egzotycznych właściwości dotyczących temperatury, gęstości, składu, chemii i pogody. Wraz z pojawieniem się przełomowo czułych teleskopów, takich jak JWST, astronomowie zaczęli szczegółowo badać ich atmosfery.

W ramach międzynarodowej współpracy, zespół JWST Transiting Exoplanet Early Release Science (JTEC-ERS), obserwował gorącego jowisza WASP-43b za pomocą instrumentu średniej podczerwieni (MIRI) JWST w celu zbadania jego klimatu. Wyniki badań prowadzonych przez Taylor J. Bell (BEAR Institute and Space Science and Astrobiology Division) zostały opublikowane w Nature Astronomy.

Ekstremalny świat niepodobny do niczego w Układzie Słonecznym

Głównym wynikiem jest mapa przedstawiająca globalny rozkład temperatury uzyskany ze światła podczerwonego emitowanego przez WASP-43b w odpowiedzi na promieniowanie gwiazdy macierzystej. Obejmując zakres widmowy wrażliwy na ciepłe materiały, MIRI działa podobnie do bezdotykowego termometru używanego do pomiaru temperatury ciała, ale na dużych odległościach, wynoszących 280 lat świetlnych dla WASP-43b. Na tej mapie zmierzone temperatury wynoszą od 600 do 1250 stopni Celsjusza. Przy użyciu porównywalnych obserwacji, Jowisz, gazowy olbrzym w Układzie Słonecznym, osiąga mroźne -135 stopni Celsjusza.

Choć pod względem wielkości i masy przypomina Jowisza, jest to zupełnie inny świat. WASP-43b utrzymuje wyjątkowo ciasną orbitę wokół swojej gwiazdy macierzystej, WASP-43, poruszając się zaledwie dwie średnice gwiezdne nad powierzchnią gwiazdy, wykonując orbitę w zaledwie 19,5 godziny. Niewielka separacja spowodowała, że dzień i rok planety zostały zsynchronizowane. Innymi słowy, obrót wokół gwiazdy zajmuje tyle samo czasu, ile planeta potrzebuje na obrót wokół własnej osi. W rezultacie gwiazda zawsze oświetla i ogrzewa tę samą stronę planety.

Wiatry na WASP-43b są niezwykle gwałtowne, a ich prędkość sięga prawie 9000 km/h. Jest to znacznie szybsze niż jakiekolwiek wiatry obserwowane w Układzie Słonecznym. Dla porównania, nawet najsilniejsze wiatry na Jowiszu są jedynie łagodną bryzą.

Te ekstremalne wiatry przenoszą powietrze na przeciwległą półkulę planety, gdzie ochładza się ono podczas wiecznej nocy.

Para wodna, chmury ciekłych skał i zaskakujący brak metanu

Dzięki teleskopowi Hubble’a mogliśmy wyraźnie zobaczyć, że po stronie dziennej znajduje się para wodna. Zarówno Hubble, jak i Spitzer sugerowały, że po nocnej stronie mogą znajdować się chmury – powiedziała Taylor Bell. Potrzebowaliśmy jednak bardziej precyzyjnych pomiarów z JWST, aby naprawdę zacząć mapować temperaturę, zachmurzenie, wiatry i bardziej szczegółowy skład atmosfery wokół planety.

Obserwacje dokonane przez teleskop kosmiczny Jamesa Webba (JWST) ujawniły, że kontrast temperatur między stroną dzienną i nocną planety WASP-43b jest większy, niż można by się spodziewać w przypadku planety pozbawionej chmur. Modele komputerowe potwierdzają, że nocna strona planety jest pokryta grubą warstwą wysoko położonych chmur, które blokują znaczną część promieniowania podczerwonego pochodzącego z niższych warstw atmosfery i które w przeciwnym razie można by zaobserwować. Dokładny skład tych chmur nie jest jeszcze znany. Oczywiście nie są to chmury wodne, takie jak te występujące na Ziemi, ani chmury amoniaku, które obserwujemy na Jowiszu, ponieważ planeta jest zbyt gorąca, aby woda i amoniak mogły się skroplić. W takich temperaturach bardziej prawdopodobne jest występowanie chmur złożonych ze skał i minerałów. Dlatego można przypuszczać, że są to chmury złożone z kropelek ciekłej skały. Z kolei cieplejsza strona dzienna WASP-43b wydaje się być pozbawiona chmur.

Aby dokładniej zbadać skład atmosfery, zespół naukowców stworzył widma, czyli rozłożył otrzymane światło podczerwone na małe odcinki długości fal, podobnie jak tęcza rozkłada światło słoneczne na poszczególne kolory. Ta metoda pozwoliła im zidentyfikować sygnatury określonych związków chemicznych, które emitują promieniowanie na określonych długościach fal. W rezultacie astronomowie potwierdzili wcześniejsze pomiary pary wodnej, ale teraz na całej planecie. Kosmiczny Teleskop Hubble'a był w stanie badać tylko stronę dzienną, ponieważ strona nocna była zbyt ciemna, aby móc wykryć tam obecność cząsteczek. JWST, dzięki swojej większej czułości, uzupełnia teraz ten obraz.

Dodatkowo, gorące jowisze zazwyczaj zawierają duże ilości wodoru molekularnego i tlenku węgla, których zespół nie mógł zbadać za pomocą swoich obserwacji. Jednakże, gdy wodór i tlenek węgla są wystawione na działanie chłodniejszej nocnej strony, wchodzą w szereg reakcji, tworząc metan i wodę. Jednak instrument MIRI nie wykrył żadnego metanu. Astronomowie tłumaczą tę niespodziankę ogromnymi prędkościami wiatru na WASP-43b. Partnerzy reakcji przechodzą przez chłodniejszą stronę nocną tak szybko, że pozostaje niewiele czasu na oczekiwane reakcje chemiczne, które mogłyby wytworzyć wykrywalne ilości metanu. Każda niewielka ilość metanu, która powstanie, zostaje dokładnie wymieszana z innymi gazami. Szybko przemieści się z powrotem na stronę dzienną, gdzie będzie narażona na niszczące ciepło.

Dzięki nowej mocy obserwacyjnej JWST, WASP-43b został pokazany z niespotykaną dotąd szczegółowością – powiedziała Laura Kreidberg, dyrektor Instytutu Astronomii Maxa Plancka (MPIA) w Heidelbergu w Niemczech. Jest ona współautorką artykułu naukowego i bada planetę od dekady. Widzimy złożony, niegościnny świat, z gwałtownymi wiatrami, ogromnymi zmianami temperatury i niejednolitymi chmurami prawdopodobnie zbudowanymi z kropelek skał. WASP-43b przypomina o szerokim zakresie klimatów, które mogą występować na egzoplanetach i o tym, pod jak wieloma względami Ziemia jest wyjątkowa.

https://www.mpg.de/21875918/0424-astr-jwst-wasp43b-clouds-150980-x

https://arxiv.org/abs/2401.13027

https://www.urania.edu.pl/wiadomosci/chmury-pokrywaja-nocna-strone-goracej-egzoplanety-wasp-43b

[Slavin]

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba odkrywa atmosferę na egzoplanecie skalistej!



Choć planety pozasłoneczne naukowcy odkrywają już od dobrych trzech dekad, a katalog takich obiektów, i to już potwierdzonych, rozrósł się do niemal sześciu tysięcy, to do teraz wciąż czegoś brakowało. Odkrywamy planety gazowe oraz skaliste, ale jak dotąd nie udawało się odkryć atmosfer pokrywających egzoplanety skaliste. Teraz się to jednak zmieniło.

Nie jest to jednak jakaś nowa planeta. Wręcz odwrotnie, najnowsze odkrycie dotyczy planety badanej już na tyle długo, że jako jedna z nielicznych doczekała się już własnej nazwy. Mowa tutaj o planecie Janssen, skatalogowanej pod numerem 55 Cancri e. Jest to superziemia, która krąży w niewielkiej odległości od swojej gwiazdy. Nie jest to bynajmniej atrakcyjny cel jakiejkolwiek podróży załogowej. Planeta jest bowiem rozpalona do czerwoności, a wiele wskazuje, że jej połowa zwrócona do gwiazdy pokryta jest globalnym oceanem stopionej lawy. Można nawet powiedzieć, że przy niej to i Wenus jest przyjazna dla życia.

Nie zmienia to jednak faktu, że odkrycie jest imponujące. Skoro bowiem udało się odkryć atmosferę, to wchodzimy w nową erę badania egzoplanet, gdzie nie tylko będziemy w stanie charakteryzować je globalnie, ale także szczegółowo.

Słońcem dla Janssena jest Kopernik, gwiazda podobna do Słońca stanowiąca element układu podwójnego oddalonego od nas o 41 lat świetlnych. Kopernik był jedną z pierwszych gwiazd, wokół których odkryto planetę. Samego Janssena odkryto dokładnie dwadzieścia lat temu i od samego momentu odkrycia jest ona dla naukowców naprawdę fascynująca.

Choć mamy tu do czynienia z planetą skalistą, to jednak ma ona średnicę dwa razy większą od średnicy Ziemi, a jej masa jest 9 razy większa od masy naszej planety. Co jednak szokuje, cała ta planeta okrąża Kopernika w ciągu zaledwie 18 godzin. Na powierzchni strony dziennej planety temperatura wynosi 2300 stopni Celsjusza, a na nocnej kilkaset stopni mniej.

Wiadomo zatem, że jej atmosfera nie przypomina atmosfery ziemskiej, która w takich warunkach momentalnie by zniknęła. Nie zmienia to jednak faktu, że w otoczeniu Janssena już kilka lat temu odkryto zarówno wodór, jak i hel. Teraz badacze postanowili sprawdzić to odkrycie za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba.



Wyniki obserwacji kolejnych tranzytów planety i porównanie widma samej gwiazdy i gwiazdy z przechodzącą na jej tle planetą pozwoliły ustalić, że wokół planety znajduje się gęsta warstwa gazowa bogata w tlenek węgla i dwutlenek węgla. Co więcej, mogą tam istnieć także woda, dwutlenek siarki i nawet znane z Wenus fosfiny.

Wyjaśnienie istnienia tej atmosfery było jednak nieco trudniejsze. Planeta jest bezustannie bombardowana silnym strumieniem promieniowania emitowanego z gwiazdy macierzystej. Od momentu powstania planety, to promieniowanie dawno już by rozwiało taką atmosferę na cztery wiatry. Z tego też powodu naukowcy wskazują, że jest ona wynikiem odgazowywania oceanu magmy na powierzchni planety.

Naukowcy twierdzą, że może to wyjaśniać różnice w emisji promieniowania cieplnego przez egzoplanetę, wykrywane przez kosmiczny teleskop Spitzera. Dane pasowałyby do tworzenia i rozpraszania przejściowej atmosfery, ale także do zmian w składzie atmosfery, ponieważ różne pierwiastki pochłaniają promieniowanie o różnej długości fali.

Apetyt rośnie w miarę jedzenia, więc teraz czekamy na odkrycie atmosfery na planecie skalistej znajdującej się w ekosferze swojej gwiazdy. Zapewne będziemy musieli na to poczekać jeszcze kilka lat, ale czy nie warto?

https://www.pulskosmosu.pl/2024/05/pierwsza-atmosfera-egzoplanety-skalistej-55-cancri-e/