Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Potężny wiatr i deszcz z kamieni szlachetnych, pierwszy dokładny obraz nocnej strony egzoplanety

Recommended Posts

Astronomowie z MIT uzyskali najdokładniejszy obraz atmosfery nocnej strony egzoplanety znajdującej się w obrocie synchronicznym wokół swojej gwiazdy. Przeszliśmy z etapu badania izolowanych regionów atmosfery egzoplanet, to badania ich takimi jakimi naprawdę są – trójwymiarowymi systemami, mówi Thomas Mikal-Evans, lider grupy badawczej z Kavli Institute for Astrophysics and Space Research.

Z obrotem synchronicznym mamy do czynienia na przykład w układzie Ziemia-Księżyc. Srebrny Glob, obracając się synchronicznie wokół naszej planety, jest wystawiony w jej kierunku zawsze tą samą stroną. W przypadku wspomnianej planety WASP-121b oznacza to, że po jednej jej stronie panuje wieczny dzień, a po drugiej – wieczna noc.

WASP-121b to gorący Jowisz odkryty w 2015 roku. Krąży wokół gwiazdy znajdującej się około 850 lat świetlnych od Ziemi. Ma też jedną z najciaśniejszych orbit. Pełny obieg wokół gwiazdy zajmuje planecie około 30 godzin.

Już wcześniej po dziennej stronie WASP-121b odkryto parę wodną, a naukowcy badali, jak wraz ze wzrostem wysokości zmienia się temperatura atmosfery. Teraz zaś udało się zbadać nocną stronę planety, zmapować zmiany temperatury pomiędzy stroną nocną a dzienną i pokazać, jak temperatury zmieniają się wraz ze wzrostem wysokości. Po raz pierwszy też zbadano przemieszczanie się pary wodnej pomiędzy obiema stronami egzoplanety obracającej się synchronicznie wokół gwiazdy.
Ziemia, której siły pływowe gwiazdy nie zamknęły w obrocie synchronicznym, doświadcza dnia i nocy, a cykl obiegu wody polega w dużej mierze na parowaniu, kondensacji i tworzeniu chmur oraz opadach.

Jednak na WASP-121b zachodzą niezwykle dramatyczne zjawiska. Na dziennej stronie, gdzie temperatury przekraczają 2700 stopni Celsjusza, molekuły wody są rozbijane na tworzące je atomy wodoru i tlenu. Wiatry wydmuchują te atomy na stronę nocną. Tam panują niższe temperatury i dochodzi do ponownego utworzenia molekuł wody. Te zaś ponownie wędrują na stronę dzienną i proces się powtarza. Ten gwałtowny cykl obiegu wody jest napędzany przez równie gwałtowne wiatry wiejące wokół planety z prędkością dochodzącą do 18 000 kilometrów na godzinę.

Jednak wokół planety krąży nie tylko woda. Jej nocna strona jest na tyle chłodna, że powstają tam chmury z żelaza i korundu (Al2O3), minerału tworzącego rubiny czy szafiry. Chmury te mogą również być wypychane na dzienną stronę, gdzie dochodzi do odparowywania minerału. Gdzieś po drodze mogą spaść deszcze. Ale na WASP-121b nie pada woda. Z nieba mogą tam lecież kamienie szlachetne.

Dzięki tym obserwacjom mamy obraz atmosfery całej planety, cieszy się Mikal-Evans. A obserwacji dokonano za pomocą spektroskopu znajdującego się na pokładzie Teleskopu Hubble'a. Analizuje on światło pochodzące z atmosfery, rozbija je na składowe długości fali i na tej podstawie dostarcza danych, dzięki którym astronomowie mogą określić temperaturę i skład atmosfery. Wielokrotnie w ten sposób obserwowano dzienną stronę różnych egzoplanet. Badanie strony nocnej jest znacznie trudniejsze. Wymaga bowiem śledzenia niewielkich zmian w spektrum światła z planety, do których dochodzi, gdy okrąża ona swoją gwiazdę. Naukowcom z MIT ta sztuka się udała.

Byli w stanie określić profil temperatury całej atmosfery. Dowiedzieli się, że w najgłębszych warstwach atmosfery po stronie dziennej temperatura nieco przekracza 2200 stopni Celsjusza, a w warstwach najwyższych wynosi ona ponad 3200 stopni. Natomiast po stronie nocnej temperatura warstwy najniższej wynosi nieco ponad 1500 stopni Celsjusza, by w warstwie najwyższej spaść do około 1200 stopni. Model komputerowy użyty do zbadania gradientu temperatur na różnych wysokościach wykazał, że po stronie nocnej mogą istnieć chmury złożone m.in. z żelaza, korundu i tytanu.

Najgorętsze miejsce planety znajduje się bezpośrednio pod jej gwiazdą, jednak region ten jest przesuwany przez silne wiatry na wschód, zanim ciepło zdąży uciec w przestrzeń kosmiczną. To właśnie z wielkości tego przesunięcia wyliczono prędkość wiatru. Wiejące tam wiatry są znacznie potężniejsze niż ziemski prąd strumieniowy. Prawdopodobnie może on przemieścić chmury wokół całej planety w czasie około 20 godzin, mówi współautor badań, Tansu Daylan.

Naukowcy już zarezerwowali sobie czas obserwacyjny na Teleskopie Kosmicznym Jamesa Webba. Mają nadzieję, że za jego pomocą będą mogli obserwować nie tylko przemieszczanie się wody, ale i dwutlenku węgla w atmosferze. Ilość węgla i tlenu w atmosferze może znam zdradzić, gdzie dochodzi do formowania się tego typu planet, wyjaśnia Mikal-Evans.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Teleskop Webba wykrył w atmosferze planety K2-18b molekuły zawierające węgiel, w tym metan oraz dwutlenek węgla. Odkrycie to kolejna wskazówka, że K2-18b może być planetą hiaceańską (hycean planet). To termin zaproponowany niedawno przez naukowców z Uniwersytetu w Cambridge na określenie hipotetycznej klasy planet. Pochodzi od połączenia słów „wodór” (hydrogen) i „ocean”. Oznacza potencjalnie nadające się do zamieszkania gorące planety pokryte oceanami, które posiadają bogatą w wodór atmosferę. Zdaniem brytyjskich uczonych mogą być bardziej powszechne niż planety typu ziemskiego.
      Jeśli przyjmiemy, że planety hiaceańskie rzeczywiście istnieją i stanowią nową klasę planet, oznacza to, że ekosfera – czyli obszar wokół gwiazdy, w którym istniejące planety mogą podtrzymać życie – jest większy, niż ekosfera oparta wyłącznie na istnieniu wody w stanie ciekłym.
      K2-18b krąży w ekosferze chłodnego karła K2-18 znajdującego się w odległości 120 lat świetlnych od Ziemi w Gwiazdozbiorze Lwa. Jest ona 8,6 razy bardziej masywna od Ziemi. Rozmiary plasują ją pomiędzy wielkością Ziemi a Neptuna. W Układzie Słonecznym nie istnieje żaden „mini-Neptun”, dlatego słabo rozumiemy takie światy. Jeśli zaś K2-18b jest rzeczywiście planetą hiaceańską, jeśli taki typ planet istnieje, mogą być one dobrym celem poszukiwania życia. Tradycyjnie życia poszukiwaliśmy na mniejszych skalistych planetach, jednak atmosfery większych światów hiaceańskich jest łatwiej badać, mówi Nikku Madhusudhan z Uniwersytetu w Cambridge. Kierował on pracami zespołu, który zaproponował istnienie światów hiaceańskich. Właśnie zresztą na podstawie badań K2-18b.
      Obecność w atmosferze tej planety dużych ilości metanu i dwutlenku węgla przy braku amoniaku wspiera hipotezę, że istnieje tam ocean przykryty bogatą w wodór atmosferę. Jakby tego było mało, wstępne dane przekazane przez Webba mogą wskazywać na obecność w atmosferze siarczku dimetylu (DMS). Na Ziemi związek ten jest wytwarzany wyłącznie przez organizmy żywe, a większość DMS obecnego w atmosferze naszej planety zostało wyemitowane przez fitoplankton. Jednak ewentualne potwierdzenie istnienia tego związku w atmosferze K2-18b wymaga dalszych badań.
      Mimo, że planeta znajduje się w ekosferze, a jej atmosfera zawiera molekuły z węglem, nie oznacza to jeszcze, że może na niej istnieć życie. Promień K2-18b jest o 2,6 razy większy od promienia Ziemi. To oznacza, że jej wnętrze prawdopodobnie stanowi lód poddany wysokiemu ciśnieniu, na jego powierzchni znajduje się ocean, a planetę otacza atmosfera cieńsza niż atmosfera Ziemi. Temperatura oceanu może być zbyt wysoka, by mogło powstać w nim życie. Być może jest na tyle wysoka, że nie ma tam wody w stanie ciekłym.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Z galaktyki NGC 253, położonej o 11,4 miliona lat świetlnych od nas, wieje wiatr o temperaturze milionów stopni. Każdego roku wywiewa on z centrum galaktyki gaz o masie dwukrotnie większej od masy Ziemi. Wiatr ten wzbogaca przestrzeń międzygwiezdną w materiał, z którego mogą powstać gwiazdy, planety oraz w składniki niezbędne do powstania życia.
      NGC 253 to galaktyka spiralna, jest zatem podobna do Drogi Mlecznej, jednak gwiazdy tworzą się w niej 2 do 3 razy szybciej niż w naszej galaktyce. Naukowcy z Ohio wykorzystali teraz obserwacje wiatru galaktycznego do sprawdzenia źródła jego pochodzenia.
      Uczeni zauważyli, że gęstość i temperatura wiatru są najwyższe w odległościach nie przekraczających 800 lat świetlnych od centrum galaktyki, później zaś zmniejszają się. Obserwacja ta nie zgadza się z wcześniejszymi modelami przewidującymi, że wiatry pochodzące z galaktyk gwiazdotwórczych mają sferyczny kształt. Są za to zgodne z nowszymi przewidywaniami, mówiącymi, że wiatry takie pochodzą z pierścieni wielkich gromad młodych masywnych gwiazd. Jednak i tutaj zgodność nie jest pełna, co sugeruje, że mamy do czynienia z mechanizmami, których współczesna nauka nie rozumie.
      Być może tym brakującym elementem jest fakt, że w pewnym momencie temperatura wiatru zaczyna gwałtownie spadać. To może wskazywać, że wiatr „wbija się” w zimny gaz, który go ochładza i spowalnia. Uwzględnienie takiego mechanizmu mogłoby ewentualnie wyjaśnić rozbieżność pomiędzy modelami a obserwacjami.
      Sebastian Lopez i jego zespół z Ohio State University przyjrzeli się też składowi tego wiatru i stwierdzili, że zawiera on tlen, neon, magnes, krzem, siarkę i żelazo. Co interesujące, zawartość tych pierwiastków w wietrze szybko spada w miarę zwiększania się odległości do centrum galaktyki. Takiego zjawiska nie zaobserwowano wcześniej w przypadku dobrze przestudiowanej galaktyce gwiazdotwórczej M82. Dlatego też potrzebne są kolejne badania, które pozwolą stwierdzić, skąd biorą się te różnice.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Teleskop Kosmiczny Jamesa Webba (JWST) dostarczył pierwszy w historii pełny profil molekularny i chemiczny atmosfery planety pozasłonecznej. Inne teleskopy przekazywały już wcześniej dane dotyczące pojedynczych składników atmosfer, jednak dzięki Webbowi poznaliśmy wszystkie atomy, molekuły, a nawet aktywne procesy chemiczne obecne w atmosferze odległej planety. Przekazane dane dają nam nawet wgląd w ukształtowanie chmur, dowiedzieliśmy się, że są one pofragmentowane, a nie pokrywają planety nieprzerwaną warstwą.
      Przekazane informacje dotyczą atmosfery planety WASP-39b, na której trenowano instrumenty Webba. To gorący saturn, zatem planeta o masie dorównującej Saturnowi, ale znajdująca się na orbicie bliższej gwiazdy niż Merkury. WASP-39b oddalona jest od Ziemi o około 700 lat świetlnych.
      Natalie Batalha z University of California w Santa Cruz (UC Santa Cruz), która brała udział w koordynacji badań, mówi, że dzięki wykorzystaniu licznych instrumentów Webba działających w podczerwieni udało się zdobyć dane, które dotychczas były dla ludzkości niedostępne. Możliwość uzyskania takich informacji całkowicie zmienia reguły gry, stwierdza uczona.
      Badania zaowocowały przygotowaniem pięciu artykułów naukowych, z których trzy są właśnie publikowane, a dwa recenzowane.
      Jednym z bezprecedensowych odkryć dokonanych przez Webba jest zarejestrowanie obecności dwutlenku siarki, molekuły powstającej w wyniku reakcji chemicznych zapoczątkowywanych przez wysokoenergetyczne światło docierające od gwiazdy macierzystej. Na Ziemi w podobnym procesie powstaje ochronna warstwa ozonowa.
      Po raz pierwszy w historii mamy dowód na reakcję fotochemiczną na egzoplanecie, mówi Shang-Min Tasi z Uniwersytetu Oksfordzkiego, który jest głównym autorem artykułu na temat pochodzenia dwutlenku siarki w atmosferze WASP-39b. Odkrycie to jest niezwykle ważne dla zrozumienia atmosfer egzoplanet. Informacje dostarczone przez Webba zostaną użyte do zbudowania fotochemicznych modeli komputerowych, które pozwolą nam wyjaśnić zjawiska zachodzące w atmosferze egoplanet. To z kolei zwiększy nasze możliwości poszukiwania życia na planetach pozasłonecznych. Planety są zmieniane i modelowane przez promieniowanie ich gwiazd macierzystych. Takie właśnie zmiany umożliwiły powstanie życia na Ziemi, wyjaśnia Batalha.
      WASP-39b znajduje się aż ośmiokrotnie bliżej swojej gwiazdy niż Merkury Słońca. To zaś okazja do zbadania wpływu gwiazd na egzoplanety i lepszego zrozumienia związków pomiędzy gwiazdą a planetą. Specjaliści będą mogli dzięki temu lepiej pojąć zróżnicowanie planet we wszechświecie.
      Poza dwutlenkiem siarki Webb wykrył też obecność sodu, potasu, pary wodnej, dwutlenku węgla oraz tlenku węgla. Nie zarejestrował natomiast oczywistych śladów obecności metanu i siarkowodoru. Jeśli gazy te są obecne w atmosferze, to jest ich niewiele.
      Astrofizyk Hannah Wakeford z University of Bristol w Wielkiej Brytanii, która specjalizuje się w badaniu atmosfer egzoplanet jest zachwycona danymi z Webba. Przewidywaliśmy, co może nam pokazać, ale to, co otrzymaliśmy, jest bardziej precyzyjne, zróżnicowane i piękne niż sądziliśmy, stwierdza.
      Teleskop dostarczył tak szczegółowych informacji, że specjaliści mogą też określać wzajemne stosunki pierwiastków, np. węgla do tlenu czy potasu do tlenu. Tego typu informacje pozwalają zrekonstruować sposób tworzenia się planety z dysku protoplanetarnego otaczającego jej gwiazdę macierzystą.
      Skład atmosfery WASP-39b wskazuje, że w procesie powstawania dochodziło do licznych zderzeń i połączeń z planetozymalami, czyli zalążkami planet. Obfitość siarki w stosunku do tlenu wskazuje prawdopodobnie, że doszło do znaczącej akrecji planetozymali. Dane pokazują też, że tlen występuje w znacznie większej obfitości niż węgiel, a to potencjalnie oznacza, że WASP-39b uformowała się z daleka od gwiazdy, mówi Kazumasa Ohno z UC Santa Cruz.
      Dzięki Webbowi będziemy mogli dokładnie przyjrzeć się atmosferom egzoplanet. To niezwykle ekscytujące, bo całkowicie zmieni naszą wiedzę. I to jedna z najlepszych stron bycia naukowcem, dodaje Laura Flagg z Cornell University.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Atmosfera Jowisza słynna jest ze swoich wielkich kolorowych wirów. Ma też jednak mniej znaną niezwykłą cechę. Jej górna część jest wyjątkowo gorąca. O setki stopni cieplejsza, niż być powinna. Teraz naukowcy poinformowali o odkryciu gigantycznej, rozciągającej się na 130 000 kilometrów fali ciepła o temperaturze przekraczającej 700 stopni.
      Do Jowisza dociera ponad 25-krotnie mniej promieniowania słonecznego niż do Ziemi. Z obliczeń wynika, że górne partie jego atmosfery powinny mieć temperaturę -70 stopni Celsjusza. Tymczasem pomiary wykonywane w różnych miejscach wskazują, że w górnych partiach chmur panują temperatury powyżej 400 stopni Celsjusza.
      James O'Donoghue z Japońskiej Agencji Kosmicznej (JAXA) stworzył wraz z kolegami pierwszą mapę górnych warstw atmosfery Jowisza, która pozwalała na zidentyfikowanie dominujących źródeł ciepła w atmosferze. Teraz uczeni poinformowali, że za podgrzewanie atmosfery mogą odpowiadać zorze polarne.
      Zorze znamy też z Ziemi, jednak o ile na Błękitnej Planecie jest to zjawisko czasowe, do którego dochodzi podczas zwiększonej aktywności Słońca, o tyle na Jowiszu zorze istnieją bez przerwy, zmienia się tylko ich intensywność. Naukowcy z JAXA zauważyli, że potężne zorze rozgrzewają atmosferę wokół biegunów Jowisza do temperatury ponad 700 stopni Celsjusza, a później ciepło to jest roznoszone przez wiatr wokół całej planety.
      Uczeni odkryli, wspomnianą na wstępie, szczególnie intensywną falę gorąca bezpośrednio pod zorzą północną i stwierdzili, że fala ta przemieszcza się w stronę równika z prędkością tysięcy kilometrów na godzinę. Pojawiła się ona prawdopodobnie w wyniku silniejszego impulsu wiatru słonecznego, który zderzył się z polem magnetycznym Jowisza i dodatkowo podgrzał atmosferę.
      Zorze bez przerwy podgrzewają atmosferę Jowisza, a fale, jak ta przez nas odkryta, są dodatkowym ważnym źródłem energii, stwierdził O'Donoghoue podczas odczytu wygłoszonego w trakcie Europlanet Science Congress (EPSC) 2022 w Granadzie.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Od niemal 1,5 roku na powierzchni Marsa pracuje MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment), które wytwarza tlen z marsjańskiej atmosfery. Urządzenie, znajdujące się na pokładzie łazika Perseverance, trafiło na Czerwoną Planetę w lutym 2021, a pierwszy tlen wytworzyło 20 kwietnia.
      Naukowcy z MIT i NASA informują, że do końca 2021 roku MOXIE uruchamiano siedmiokrotnie, podczas różnych pór roku, w różnych warunkach atmosferycznych, zarówno w ciągu dnia jak i nocy. Za każdym razem eksperymentalny instrument osiągał swój cel i produkował 6 gramów tlenu na godzinę. To mniej więcej tyle co średniej wielkości drzewo na Ziemi.
      Badacze przewidują, że zanim na Marsie wyląduje pierwszy człowiek, zostanie tam wysłana większa wersja MOXIE, zdolna do produkcji kilkunastu lub kilkudziesięciu kilogramów tlenu na godzinę. Takie urządzenie zapewniałoby nie tylko tlen do oddychania, ale również tlen potrzebny do wyprodukowania paliwa, dzięki któremu astronauci mogliby wrócić na Ziemię. MOXIE to pierwszy krok w kierunku realizacji tych zamierzeń.
      MOXIE to jednocześnie pierwsze urządzenie na Marsie, które wykorzystuje lokalne surowce – w tym przypadku dwutlenek węgla – do produkcji potrzebnych nam zasobów. To pierwsza w historii praktyczna demonstracja wykorzystania zasobów z innej planety i przekształcenia ich w coś, co można wykorzystać podczas misji załogowej, mówi profesor Jeffrey Hoffman z Wydziału Aeronautyki i Astronautyki MIT. Nauczyliśmy się bardzo wielu rzeczy, dzięki którym będziemy mogli przygotować większy system tego typu, dodaje Michael Hecht z Haystack Observatory na MIT, główny badacz misji MOXIE.
      Obecna wersja MOXIE jest niewielka. Urządzenie ma się zmieścić na pokładzie łazika. Ponadto zaprojektowano je z myślą o działaniu przez krótki czas. Prowadzenie eksperymentów z użyciem MOXIE zależy od innych badań prowadzonych przez łazik. Docelowa pełnowymiarowa wersja urządzenia miałaby pracować bez przerwy.
      MOXIE najpierw pobiera gaz z atmosfery Marsa. Przechodzi on przez filtr usuwający zanieczyszczenia. Gaz jest następnie kompresowany i przesyłany do instrumentu SOXE (Solid OXide Electrolyzer), który elektrochemicznie rozbija CO2 na jony tlenu i tlenek węgla. Jony są następnie izolowane i łączone, by uzyskać tlen molekularny O2. Jest ona następnie badany pod kątem ilości i czystości, a później uwalniany wraz z innymi gazami do atmosfery Marsa.
      Po uruchomieniu MOXIE najpierw przez kilka godzin się rozgrzewa, później przez godzinę produkuje tlen, a następnie kończy pracę. Każdy z siedmiu eksperymentów zaplanowano tak, by odbywał się w różnych warunkach. Naukowcy chcieli sprawdzić, czy urządzenie poradzi sobie z takim wyzwaniem. Atmosfera Marsa jest znacznie bardziej zmienna niż atmosfera Ziemi. Jej gęstość w ciągu roku może zmieniać się o 100%, a zmiany temperatury dochodzą do 100 stopni Celsjusza. Jednym z celów naszych eksperymentów było sprawdzenie, czy MOXIE będzie działało o każdej porze roku, wyjaśnia Hoffman. Dotychczas urządzenie produkowało tlen niemal o każdej porze dnia i nocy. Nie sprawdzaliśmy jeszcze, czy może pracować o świcie lub zmierzchu, gdy dochodzi do znacznych zmian temperatury. Ale mamy asa w rękawie. Testowaliśmy MOXIE w laboratorium i sądzę, że będziemy w stanie udowodnić, iż rzeczywiście radzi sobie o każdej porze doby, zapowiada Michael Hecht.
      Na tym jednak ambitne plany się nie kończą. Inżynierowie planują przeprowadzenie testów marsjańską wiosną, gdy gęstość atmosfery i poziom CO2 są najwyższe. Uruchomimy MOXIE przy największej gęstości atmosfery i spróbujemy pozyskać najwięcej tlenu jak to tylko będzie możliwe. Ustawimy najwyższą moc na jaką się odważymy i pozwolimy urządzeniu pracować tak długo, jak będziemy mogli, dodaje menedżer.
      MOXIE jest jednym z wielu eksperymentów na pokładzie Perseverance, nie może więc pracować bez przerwy, energia potrzebna jest też do zasilania innych urządzeń. Dlatego tez instrument jest uruchamiany i zatrzymywany, to zaś prowadzi do dużych zmian temperatury, które z czasem mogą niekorzystnie wpływać na urządzenie. Dlatego też inżynierowie analizują prace MOXIE pod kątem zużycia. To bardzo potrzebne badania. Jeśli bowiem mała wersja MOXIE wytrzyma wielokrotne uruchamianie, ogrzewanie, pracę i schładzanie się, to duża wersja, działająca bez przerwy, powinna być w stanie pracować przez tysiące godzin.
      Na potrzeby misji załogowej będziemy musieli przywieźć na Marsa wiele różnych rzeczy, jak komputery, skafandry czy pomieszczenia mieszkalne. Po co więc brać jeszcze ze sobą tlen, skoro można go wytworzyć na miejscu, mówi Hoffman.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...