|
Когда астрономы изучают климат на экзопланетах
|
|
|
|
Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), запущенный в Рождество 2021 года, уже меняет наше представление о планетах в нашей Солнечной системе и далеко за ее пределами. Универсальная спутниковая обсерватория JWST имеет четкое представление со своей орбитальной позиции, находящейся на расстоянии 1,5 миллиона километров от Земли в космосе. Это дает ему большое преимущество перед наземными телескопами, которые должны смотреть в космос сквозь туманную атмосферу Земли. JWST собирает в пять раз больше света, чем космический телескоп Хаббла (HST), что позволяет ему обнаруживать слабые сигналы от далеких миров, используя свои спектроскопические возможности.
|
|
|
|
«До космического телескопа Джеймса Уэбба можно было наблюдать лишь очень небольшое количество молекул, таких как вода, монооксид углерода и натрий», — сказал Жереми Леконт, астрофизик из Университета Бордо во Франции. Предыдущие миссии и наблюдения с Земли открыли тысячи экзопланет (находящихся за пределами нашей Солнечной системы), и астрономы уже используют уникальные возможности JWST для изучения строительных блоков жизни во Вселенной. Ранее в этом году телескоп Джеймса Уэбба позволил астрофизикам наблюдать экзопланету вокруг солнцеподобной звезды, находящейся на расстоянии 700 световых лет. Звездный свет, проходящий через атмосферу горячей, похожей на Юпитер планеты WASP-39b, дает астрономам возможность заглянуть в химию инопланетного неба.
|
|
|
С Земли телескопы изо всех сил пытаются наблюдать углекислый газ на экзопланетах, поскольку они должны смотреть сквозь углекислый газ в атмосфере планет. Обсерватория JWST позволяет обнаруживать в небе WASP-39b более широкий спектр молекул, включая углекислый газ. Наличие углекислого газа в атмосфере может указывать на существование органической жизни на планете. «Это действительно меняет правила игры», — сказал Леконт. «Нам действительно нужно смотреть на планеты вокруг близких к нам звезд. Это наш лучший шанс охарактеризовать их атмосферу». В частности, его интересуют семь скалистых планет, вращающихся вокруг карликовой звезды TRAPPIST-1, находящейся в 40 световых годах от нас, и особенно их атмосферы. Планеты существуют в обитаемой зоне, а это означает, что на них есть подходящие температуры, чтобы вода оставалась жидкой.
|
|
|
|
Обычно, когда ученые делают прогнозы относительно атмосферы экзопланеты, они исходят из того, что она однородна — везде существуют одни и те же условия. Это вряд ли верно. Леконте разработал 3D-симулятор (в рамках проекта WHIPLASH) для проведения испытаний на смоделированных планетах с известными характеристиками, такими как наличие жидкой воды. Использование смоделированных планет для проведения этих тестов похоже на то, что ответы лежат в конце учебника по математике: можно запускать тесты и результаты, которые дают модели, можно сравнивать с известными характеристиками.
|
|
|
|
Вероятно, в ближайшие годы будут обнаружены еще многие тысячи экзопланет, в том числе обнаруженные с помощью нового космического телескопа. Ученые хотят знать, могут ли их модели дать точную информацию. Некоторые ответы на вопросы о далеких экзопланетах могут лежать в Солнечной системе, на четырех крупнейших планетах — Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне. Миссия орбитального аппарата «Юнона» предоставила захватывающий вид на Юпитер, а космический корабль «Кассини» раскрыл подробности о планете Сатурн. Ранее космический аппарат «Вояджер-2», пролетевший мимо Нептуна и Урана, сделал снимки их атмосфер.
|
|
|
|
«Мы сделали великолепные снимки этих планет со всеми этими крутящимися штормовыми системами и полосами конфетного цвета, которые представляют собой крупномасштабные модели атмосферной циркуляции, — сказал планетолог Ли Флетчер из Лестерского университета. — Но это всего лишь снимок». их атмосферы и климата в конкретный момент времени». Чтобы понять климат и погодные условия, Флетчер возглавляет проект под названием GIANTCLIMES, в котором собраны воедино разрозненные кусочки головоломки их постоянно меняющихся атмосфер. Они использовали прошлые наблюдения с телескопов на Земле, чтобы понять естественные циклы на четырех планетах-гигантах на протяжении многих десятилетий. Эта работа подготовила почву для долгожданных новых карт этих миров от JWST.
|
|
|
|
Уран и Нептун — самые далекие планеты Солнечной системы, и эти так называемые «ледяные гиганты» до сих пор сохраняют атмосферу таинственности. Они состоят в основном из водорода, гелия и других газов, таких как метан. «Существует так много возможностей для совершенно новых открытий (с этими двумя планетами)», — сказал Флетчер. «Мы плохо разбираемся в работе атмосфер этих ледяных гигантов по сравнению с более изученными газовыми гигантами (Юпитер и Сатурн)». Между тем известно, что на Сатурне есть массивные штормовые системы, а на Нептуне могут быть метановые метели. Ключевой переменной в погодных условиях всегда является температура, с холодными холодными температурами на далеких Нептуне и Уране.
|
|
|
|
Уже достигнут прогресс с публикацией первых в истории карт атмосферных температур при высоких температурах в стратосфере Урана. Это выявило удивительные системы сезонной циркуляции и яркие пятна над полюсами. Он также предсказывает, что у планет-гигантов, часто расположенных вокруг своей оси, очень длинные времена года. «Мы видим сезоны, модулирующие атмосферную температуру, облака и осадки, как и на планете Земля, — сказал Флетчер, — но мы также видим регулярные естественные циклы в атмосфере, которые не являются сезонными». Мы только начинаем понимать погоду на планетах-гигантах». Кроме того, атмосфера Нептуна демонстрировала значительную штормовую и погодную активность, но команда была удивлена, обнаружив, что летом планета, похоже, охлаждается, а не нагревается.
|
|
|
|
GIANTCLIMES разогревают прибытие JWST. Новый телескоп уже наблюдал за Юпитером, и в ближайшем будущем он повернется к Урану и Сатурну, а затем к Нептуну в начале 2023 года, что позволит провести сравнение между планетами. «То, как климат влияет на четыре мира, — это суть того, что мы пытаемся понять», — сказал Флетчер. Ожидается, что это позволит лучше понять естественные циклы изменчивости климата, обнаруженные на Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне. Их экстремальные значения могут даже рассказать нам больше о собственном климате Земли и погодных условиях. Исследования четырех гигантов также имеют отношение к исследованию экзопланет. «У нас есть набор различных планетных атмосфер в нашей Солнечной системе, которые формируют шаблон того, что мы могли бы ожидать увидеть вокруг других звезд», — сказал Флетчер.
|
|
|
|
«Возможно, эти экзопланетные цели также демонстрируют схожие естественные циклы, и конечная цель состоит в том, чтобы попытаться прогнозировать погоду или климат для всех планет, а не только для тех, которые находятся в нашей Солнечной системе», — заключил Флетчер. JWST позволит ученым лучше рассмотреть небо планет в дальних уголках Солнечной системы, а также миры, удаленные на несколько световых лет, некоторые из которых могут быть окружены защитной атмосферой и земными условиями, благоприятными для внеземной жизни. «Две области быстро развиваются в астрофизике. Это экзопланеты и космология, которые на самом деле сводятся к вопросу о Боге и жизни, откуда взялась Вселенная и откуда пришли мы», — сказал Леконт.
|
|
|
|
Источник
|
