Спектрографы телескопа Уэбба будут тренировать на двух экзопланетах
Сегменты зеркала прекрасно выровнены, а научные инструменты проходят калибровку. Космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба находится всего в нескольких неделях от полноценной работы. Вскоре после того, как этим летом будут обнародованы первые наблюдения, Уэбб начнет углубленную работу. Среди исследований, запланированных на первый год, — изучение двух горячих экзопланет, классифицированных как «суперземли» из-за их размера и каменистого состава: покрытой лавой 55 Cancri e и безвоздушной LHS 3844 b. Исследователи будут тренировать высокоточные спектрографы Уэбба на этих планетах, чтобы понять геологическое разнообразие планет по всей галактике и эволюцию скалистых планет, таких как Земля.
Супергорячая суперземля 55 Cancri e
55 Cancri e вращается на расстоянии менее 1,5 миллиона миль от своей солнцеподобной звезды (одна двадцать пятая часть расстояния между Меркурием и Солнцем), совершая 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. Планеты, которые вращаются так близко к своей звезде, считаются заблокированными приливами, причем одна сторона всегда обращена к звезде. В результате самой горячей точкой на планете должна быть та, которая обращена к звезде наиболее прямо, а количество тепла, поступающего с дневной стороны, 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 от той части, которая обращена к звезде наиболее прямо, в то время как общее количество тепла, обнаруженное с дневной стороны, действительно варьируется.
У 55 Cancri e плотная атмосфера?
Одно из объяснений этих наблюдений состоит в том, что планета имеет динамическую атмосферу, которая перемещает тепло. «У 55 Cancri e может быть плотная атмосфера, в которой преобладают кислород или азот», — объяснил Реню Ху из Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии, который возглавляет группу, которая будет использовать камеру ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam) и прибор среднего инфракрасного диапазона (MIRI). ) для захвата спектра теплового излучения дневной стороны планеты. «Если у него есть атмосфера, [Уэбб] обладает чувствительностью и диапазоном длин волн, чтобы обнаружить ее и определить, из чего она состоит», — добавил Ху.
Или вечером на 55 Cancri e идет дождь из лавы?
Другая интригующая возможность, однако, заключается в том, что 55 Cancri e не заперта приливом. Вместо этого он может быть похож на Меркурий, совершающий три оборота за каждые два оборота (так называемый резонанс 3:2). В результате планета будет иметь цикл дня и ночи. «Это может объяснить, почему смещается самая горячая часть планеты», — объяснил Алексис Брандекер, исследователь из Стокгольмского университета, возглавляющий другую группу, изучающую планету. «Как и на Земле, для нагревания поверхности потребуется время. Самое жаркое время дня будет после полудня, а не прямо в полдень». Команда Брандекера планирует проверить эту гипотезу, используя NIRCam для измерения тепла, излучаемого освещенной стороной 55 Cancri e на четырех различных орбитах. Если планета имеет резонанс 3:2, они будут наблюдать за каждым полушарием дважды и должны быть в состоянии обнаружить любую разницу между полушариями. В этом сценарии поверхность будет нагреваться, плавиться и даже испаряться в течение дня, образуя очень тонкую атмосферу, которую Уэбб мог обнаружить. Вечером пар охлаждался и конденсировался, образуя капли лавы, которые стекали обратно на поверхность и снова становились твердыми с наступлением ночи.
Несколько круче суперземли LHS 3844 b
В то время как 55 Cancri e даст представление об экзотической геологии мира, покрытого лавой, LHS 3844 b дает уникальную возможность проанализировать твердую породу 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 мала и холодна, планета недостаточно горячая, чтобы ее поверхность могла расплавиться. Кроме того, наблюдения Спитцера показывают, что планета вряд ли имеет существенную атмосферу.
Из чего сделана поверхность LHS 3844 b?
Хотя мы не сможем получить изображение поверхности LHS 3844 b непосредственно с помощью Уэбба, отсутствие затемняющей атмосферы позволяет изучать поверхность с помощью спектроскопии. «Оказывается, разные типы горных пород имеют разные спектры», — объяснила Лаура Крейдберг из Института астрономии Макса Планка. «Глазами видно, что гранит светлее базальта. Аналогичные различия наблюдаются в инфракрасном свете, излучаемом камнями». Команда Крейдберга будет использовать MIRI для захвата спектра теплового излучения дневной стороны 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, спектр также может показать наличие следовых количеств вулканических газов. Важность этих наблюдений выходит далеко за рамки двух из более чем 5000 подтвержденных экзопланет в галактике. «Они дадут нам фантастический новый взгляд на похожие на Землю планеты в целом, помогая нам узнать, какой могла быть ранняя Земля, когда она была такой горячей, как эти планеты сегодня», — сказал Крейдберг. Эти наблюдения за 55 Cancri e и LHS 3844 b будут проводиться в рамках программы Webb's Cycle 1 General Observers. Программы General Observers были отобраны на конкурсной основе с использованием двойной анонимной системы обзора, той же системы, которая использовалась для распределения времени на Хаббле.
