Vědci měří atmosféru planety v jiné sluneční soustavě vzdálené 340 světelných let

Mezinárodní tým vědců pomocí dalekohledu Gemini Earth Observatory v Chile jako první přímo změřil množství vody i oxidu uhelnatého v atmosféře planety v jiné sluneční soustavě vzdálené asi 340 světelných let.

Tým vede docent Michael Lane ze School of Earth and Space Exploration Arizonské státní univerzity a výsledky byly dnes (27. října 2021) zveřejněny v časopise. temperamentní povaha.

Existují tisíce známých planet mimo naši sluneční soustavu (tzv. exoplanety). Vědci používají vesmírné i pozemní dalekohledy, aby zkoumali, jak tyto exoplanety vznikají a jak se liší od planet v naší sluneční soustavě.

V této studii se Laine a jeho tým zaměřili na planetu „WASP-77Ab“, typ extrasolární planeta nazývaný „horký“ Jupiter„Protože jsou jako Jupiter v naší sluneční soustavě, ale s teplotou přes 2000 stupňů.“ F.

Poté se zaměřili na měření složení jeho atmosféry, aby určili, které prvky byly přítomny, v porovnání s hvězdou, kolem níž obíhá.

„Vzhledem ke své velikosti a teplotě jsou horké Jupitery vynikající laboratoří pro měření atmosférických plynů a testování našich teorií o vzniku planet,“ řekl Lane.

Zatímco zatím nemůžeme posílat kosmické lodě na planety mimo naši sluneční soustavu, vědci mohou studovat světlo z exoplanet pomocí dalekohledů. Dalekohledy, které používají k pozorování tohoto světla, mohou být buď ve vesmíru, jako např Hubbleův vesmírný dalekohled, nebo ze Země, jako jsou teleskopy Gemini Observatory.

Lane a jeho tým se intenzivně zabývali měřením složení atmosféry exoplanet pomocí HST, ale získání těchto měření bylo obtížné. Nejen, že existuje tvrdá konkurence o čas dalekohledu, Hubbleovy přístroje měří pouze vodu (nebo kyslík) a tým potřebuje také sbírat měření oxidu uhelnatého (nebo uhlíku).

Zde se tým obrátil na Gemini South Telescope.

„Potřebovali jsme zkusit něco jiného, ​​abychom odpověděli na naše otázky,“ řekl Lane. „A naše analýza schopností South Gemini ukázala, že bychom mohli získat velmi přesná měření atmosféry.“

Gemini South je 8,1metrový dalekohled umístěný na hoře v chilských Andách zvané Cerro Pachón, kde velmi suchý vzduch a zanedbatelná oblačnost z něj činí prvotřídní místo pro dalekohled. Provozuje ji NOIRLab (National Optical and Infrared Astronomy Research Laboratory) Národní vědecké nadace.

Pomocí teleskopu Gemini South s přístrojem nazvaným Immersion Grating Infrared Spectrometer (IGRINS) tým pozoroval termální záři exoplanety, když obíhala svou hostitelskou hvězdu. Z tohoto zařízení sbírali informace o přítomnosti a relativních množstvích různých plynů v atmosféře.

Stejně jako meteorologické a klimatické satelity, které se používají k měření množství vodní páry a oxidu uhličitého v zemské atmosféře, vědci mohou používat spektrometry a teleskopy, jako je IGRINS na Gemini South, k měření množství různých plynů na jiných planetách.

„Pokoušet se zjistit složení atmosféry planet je jako snažit se vyřešit zločin pomocí otisku prstu,“ řekl Lane. „Rozmazaný otisk prstu to příliš nezužuje, ale velmi čistý a úhledný otisk poskytuje jedinečný identifikátor pro toho, kdo spáchal trestný čin.“

Tam, kde Hubbleův vesmírný dalekohled poskytl týmu jeden nebo dva záhadné otisky prstů, IGRINS na Gemini South poskytl týmu úplnou sadu křišťálově čistých otisků prstů.

Pomocí explicitních měření vody a oxidu uhelnatého v atmosféře WASP-77Ab byl tým poté schopen odhadnout relativní množství kyslíku a uhlíku v atmosféře exoplanety.

„Tyto částky byly v souladu s našimi očekáváními a jsou přibližně stejné jako částky hostitelské hvězdy,“ řekl Lane.

Dostat velké množství ultrajemných plynů do atmosféry exoplanet je nejen důležitým technickým počinem, zejména s pozemským dalekohledem, ale může také pomoci vědcům při hledání života na jiných planetách.

„Tato práce představuje ukázku toho, jak lze nakonec měřit biosignální plyny, jako je kyslík a metan, v potenciálně obyvatelných světech v nepříliš vzdálené budoucnosti,“ řekl Lane.

Line a jeho tým dále očekávají, že tuto analýzu zopakují pro několik planet a vytvoří „vzorek“ atmosférických měření na nejméně 15 dalších planetách.

„Nyní jsme v bodě, kde můžeme získat frakce hojnosti plynu podobné těm na planetách v naší sluneční soustavě. Měření množství uhlíku a kyslíku (a dalších prvků) v atmosféře většího vzorku exoplanet poskytuje tolik potřebné kontext pro pochopení původu a vývoje našich plynných obrů, jako je Jupiter a Saturnřekl Line.

Také se těší na to, co jim budoucí teleskopy mohou nabídnout.

„Pokud to dokážeme s dnešní technologií, přemýšlejte o tom, co budeme schopni udělat s novými dalekohledy, jako je Giant Magellan Telescope,“ řekl Lane. „Je reálná možnost, že do konce tohoto desetiletí budeme schopni použít stejnou metodu k průzkumu potenciálních signálů života, které také obsahují uhlík a kyslík, na skalnatých planetách podobných Zemi mimo naši sluneční soustavu.“

Reference: „Solar C/O and Quasi-solar Metallicity in Jupiter’s Hot Atmosphere“ od Michaela R. Linea, Mattea Brugiho, Jacoba L. Penna, Siddhartha Gandhiho, Josepha Zaleskiho, Vivian Parmentier, Petera Smitha, Gregoryho N. Megan Mansfield, Eliza M. Kimpton, Jonathan J. Fortney, Evgenia Shkolnik, Jennifer Passion, Emily Rausher, Jean-Michel Desert a Just B Wardner, 27. října 2021, temperamentní povaha.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03912-6

Kromě Line zahrnuje výzkumný tým Joseph Zaleski, Evgenia Shkolnik, Jennifer Patchens a Peter Smith ze School of Earth and Space Exploration na Arizonské státní univerzitě; Matthew Bruggi a Siddharth Gandhi z University of Warwick (Spojené království); Jacob Bean a Megan Mansfield z University of Chicago; Vivien Parmentier a Joost Wardenier z Oxfordská univerzita (Spojené království); Gregory Mays z Texaské univerzity v Austinu. Eliza Kempton z University of Maryland; Jonathan Fortney z Kalifornské univerzity v Santa Cruz; Emily Rausher z University of Michigan; a Jean-Michel Desert z Amsterdamské univerzity.