Naukowcy mierzą atmosferę planety odległej o 340 lat świetlnych

Międzynarodowy zespół naukowców, korzystając z teleskopu Gemini Earth Observatory w Chile, jako pierwszy bezpośrednio zmierzył ilość zarówno wody, jak i tlenku węgla w atmosferze planety w innym układzie słonecznym, około 340 lat świetlnych od nas.

Zespołem kieruje profesor Michael Lane z Wydziału Eksploracji Ziemi i Kosmosu Uniwersytetu Stanowego Arizony, a wyniki zostały niedawno opublikowane w czasopiśmie. charakter temperamentu.

Istnieją tysiące znanych planet poza naszym Układem Słonecznym (zwanych egzoplanetami). Naukowcy wykorzystują zarówno teleskopy kosmiczne, jak i naziemne, aby zbadać, jak formują się te egzoplanety i czym różnią się od planet w naszym Układzie Słonecznym.

W tym badaniu Lane i jego zespół skupili się na WASP-77Ab, rodzaju egzoplanety zwanej „gorącym Jowiszem”, ponieważ jest ona podobna do Jowisza w naszym Układzie Słonecznym, ale ma temperaturę ponad 2000 stopni Fahrenheita.

Następnie skupili się na pomiarze jego składu Atmosfera Aby określić, które pierwiastki są obecne, w porównaniu z gwiazdą, wokół której krąży.

„Ze względu na swoje rozmiary i temperatury gorące jowisze są doskonałymi laboratoriami do pomiaru gazów atmosferycznych i testowania teorii powstawania planet” – powiedział Lane.

Chociaż nie możemy jeszcze wysłać statku kosmicznego na planety poza Układem Słonecznym, naukowcy mogą badać światło z egzoplanet za pomocą teleskopów. Teleskopy, których używają do obserwacji tego światła, mogą pochodzić z kosmosu, takie jak Kosmiczny Teleskop Hubble’a, lub z Ziemi, takie jak teleskopy Obserwatorium Gemini.

Lane i jego zespół byli intensywnie zaangażowani w pomiary formacji atmosferycznych egzoplanet za pomocą Hubble’a, ale uzyskali je Pomiary To było trudne. Nie tylko istnieje zacięta konkurencja o czas teleskopu, instrumenty Hubble’a mierzą tylko wodę (lub tlen), a zespół musi również zbierać pomiary tlenku węgla (lub węgla).

W tym miejscu zespół zwrócił się do Południowego Teleskopu Gemini.

„Musieliśmy spróbować czegoś innego, aby odpowiedzieć na nasze pytania” – powiedział Lane. „A nasza analiza możliwości Południowych Bliźniąt wykazała, że ​​możemy uzyskać bardzo dokładne pomiary atmosfery”.

Gemini South to teleskop o średnicy 8,1 metra znajdujący się na górze Cerro Pachón w chilijskich Andach, gdzie bardzo suche powietrze i znikome zachmurzenie czynią go doskonałą lokalizacją dla teleskopu. Jest obsługiwany przez NOIRLab Narodowej Fundacji Nauki (National Optical and Infrared Astronomy Research Laboratory).

Używając Południowego Teleskopu Gemini wraz z instrumentem zwanym Immersion Grating Infrared Spectrometer (IGRINS), zespół zaobserwował poświatę termiczną egzoplanety podczas jej orbitowania wokół swojej gwiazdy macierzystej. Z tego urządzenia zebrali informacje o obecności i względnych ilościach różnych gazów w atmosferze.

Podobnie jak satelity pogodowe i klimatyczne, które służą do pomiaru ilości pary wodnej i dwutlenku węgla w ziemskiej atmosferze, naukowcy mogą używać spektrometrów i teleskopów, takich jak IGRINS na Gemini South, do pomiaru ilości różnych gazów na innych planetach.

„Próba ustalenia składu atmosfer planet jest jak próba rozwiązania przestępstwa za pomocą odcisku palca” – powiedział Lane. „Rozmazany odcisk palca nie zawęża zbytnio tego, ale bardzo czysty i schludny odcisk palca stanowi unikalny identyfikator dla tego, kto popełnił przestępstwo”.

Podczas gdy Kosmiczny Teleskop Hubble’a dostarczył zespołowi jednego lub dwóch tajemniczych odcisków palców, IGRINS z Gemini South dostarczył zespołowi pełnego zestawu krystalicznie czystych odcisków palców.

Korzystając z jednoznacznych pomiarów zarówno wody, jak i tlenku węgla w atmosferze WASP-77Ab, zespół był następnie w stanie oszacować względne ilości tlenu i węgla w atmosferze egzoplanety.

„Te ilości były zgodne z naszymi oczekiwaniami i są mniej więcej takie same jak w przypadku gwiazdy macierzystej” – powiedział Lane.

Uzyskiwanie precyzyjnych ilości gazu w planeta pozasłoneczna Atmosfera to nie tylko ważne osiągnięcie techniczne, zwłaszcza w przypadku osiągnięć naziemnych teleskopMoże również pomóc naukowcom w poszukiwaniu życia na innych planetach.

„Ta praca stanowi demonstrację, jak ostatecznie mierzyć gazy biosygnaturowe, takie jak tlen i metan, w potencjalnie nadających się do zamieszkania światach w niezbyt odległej przyszłości” – powiedział Lane.

Line i zespół spodziewają się, że w następnej kolejności powtórzą tę analizę dla kilku planet i stworzą „próbkę” pomiarów atmosferycznych na co najmniej 15 innych planetach.

„Jesteśmy teraz w punkcie, w którym możemy uzyskać pomiary obfitości gazu podobne do tych na planetach w naszym Układzie Słonecznym. Pomiar obfitości węgla i tlenu (i innych pierwiastków) w atmosferach większej próbki egzoplanet zapewnia bardzo potrzebny kontekst za zrozumienie pochodzenia i ewolucji naszych gazowych gigantów, takich jak Jowisz i Saturn”.

Czekają również na to, co mogą zaoferować przyszłe teleskopy.

„Jeśli możemy to zrobić za pomocą dzisiejszej technologii, zastanówmy się, co będziemy w stanie zrobić z powstającymi teleskopami, takimi jak Giant Magellan Telescope” – powiedział Lane. „Jest realna możliwość, że pod koniec tej dekady będziemy mogli użyć tej samej metody do zbadania potencjalnych sygnałów życia, które również zawierają węgiel i tlen, na skalistych, podobnych do Ziemi planetach poza naszym Układem Słonecznym”.