Космический телескоп Джеймса Уэбба готовится к изучению геологии странных новых миров

Согласно пресс-релизу НАСА, с прекрасно выровненными зеркальными частями и откалиброванными научными инструментами космический телескоп Джеймса Уэбба находится всего в нескольких неделях от своих первых исследований.

В первый год работы исследователи сосредоточатся на двух экзопланетах: 55 Cancri e и LHS 3844 b. Две экзопланеты будут использоваться для калибровки инструментов телескопа и изучения геологического разнообразия и эволюции скалистых планет в нашей галактике.

55 Cancri E вращается на расстоянии менее 1,5 миллиона километров от своей солнцеподобной звезды (двадцать один от Меркурия до нашего Солнца) и совершает один оборот менее чем за 18 часов. Поскольку температура поверхности намного выше точки плавления типичных породообразующих минералов, считается, что дневная сторона планеты покрыта океанами лавы.

Хотя в нашей Солнечной системе такого нет, считается, что планеты, подобные этой — скалистые, размером с Землю, очень горячие и близкие к своим звездам — встречаются очень часто.

Предполагается, что планеты, вращающиеся так близко к своей звезде, постепенно запираются, причем одна сторона всегда обращена к звезде. В результате самой горячей точкой на планете должна быть та, которая обращена прямо к звезде, и количество тепла, поступающего в течение дня, не должно сильно меняться с течением времени.

Но, похоже, это не так. Наблюдения за 55 Cancri e с помощью космического телескопа Спитцер НАСА показывают, что самая горячая область смещена частью, обращенной непосредственно к звезде, в то время как общее количество тепла, обнаруженного с дневной стороны, варьируется.

Одно из объяснений этих наблюдений состоит в том, что планета имеет динамическую атмосферу, которая перемещает вокруг себя тепло.

«У 55 Cancri e может быть плотная атмосфера, которая доминирует над 55 Cancri e», — говорит Ренью Хо из Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии, возглавляющий группу, которая будет использовать веб-камеру ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam) и среднего инфракрасного диапазона (MIRI). ) прибор, объясненный кислородом или азотом». ) для улавливания тепловых выбросов дневной стороны планеты.

Однако еще одна интересная возможность заключается в том, что у 55 Cancri e нет блокировки безеля. В качестве альтернативы он может быть похож на Меркурий, вращающийся очень медленно, с дневным и ночным циклом, длящимся более одного оборота.

«Это может объяснить, почему вращается более горячая часть планеты», — объяснил Алексис Брандекер, исследователь из Стокгольмского университета, возглавляющий другую группу, изучающую планету. “Как и на Земле, для нагрева поверхности потребуется время. Самое жаркое время дня будет после обеда, а не в полдень”. Команда Брандекера планирует проверить эту гипотезу, используя NIRCam для измерения тепла, излучаемого освещенной стороной 55 Cancri e на разных орбитах.

В этом сценарии поверхность будет нагреваться, плавиться и даже испаряться в течение дня, образуя чрезвычайно разреженную атмосферу, которую мог обнаружить Уэбб. Вечером пар остывает и конденсируется, образуя капли лавы, которые падают обратно на поверхность и снова затвердевают с наступлением ночи.

В то время как 55 Cancri e даст представление об особенностях геологии покрытого лавой мира, LHS 3844 b предоставит уникальную возможность проанализировать твердые породы на поверхности экзопланеты.

Как и 55 Cancri e, LHS 3844 b вращается очень близко к своей звезде, совершая один оборот за 11 часов. Однако, поскольку ее звезда относительно молода и холодна, планета недостаточно горячая, чтобы расплавить ее поверхность. Кроме того, наблюдения Спитцера указывают на то, что планета вряд ли имеет большую атмосферу.

Хотя мы не сможем напрямую сфотографировать поверхность LHS 3844 b с помощью Уэбба, отсутствие таинственной атмосферы позволяет изучать поверхность с помощью спектроскопии.

«Оказывается, разные типы горных пород имеют разные спектры», — объяснила Лаура Крейдберг из Института астрономии Макса Планка. “Вы можете своими глазами увидеть, что гранит светлее базальта по цвету. Есть аналогичные различия в инфракрасном свете, излучаемом горными породами”.

Команда Крайдберга будет использовать MIRI для захвата дневного спектра теплового излучения LHS 3844 b, а затем сравнить его со спектрами известных горных пород, таких как базальт и гранит, чтобы определить их состав. Если планета вулканически активна, в спектре также могут быть обнаружены следовые количества вулканических газов.

Значение этих наблюдений выходит за рамки только двух из более чем 5000 подтвержденных экзопланет. «Они дадут нам новые захватывающие взгляды на похожие на Землю планеты в целом, помогая нам узнать, какой была бы ранняя Земля, когда она была такой же горячей, как сегодня», — сказал Крейдберг.