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

Pierwszy taki dowód. Naukowcy zachwyceni danymi Webba o atmosferze egzoplanety

Recommended Posts

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

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
      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
      Ziemia jest dobrze ukryta przed obcymi cywilizacjami o podobnym do naszego stopniu zaawansowania technologicznego, które wykorzystują technikę mikrosoczewkowania grawitacyjnego do poszukiwania potencjalnie zamieszkanych planet, ogłosił międzynarodowy zespół naukowy na łamach Monthly Notices of Royal Astronomical Society. Badania naukowców z Japonii, Tajlandii, Francji i Wielkiej Brytanii pomogą określić najlepsze miejsce w Drodze Mlecznej, w którym możemy poszukiwać obcych inteligencji.
      Z naszego doświadczenia wynika, że życia powinniśmy poszukiwać na niewielkich skalistych planetach. Dysponujemy kilkoma technikami poszukiwania takich planet, ale najbardziej efektywnym okazało się poszukiwanie tranzytów, czyli przejść planet na tle ich gwiazdy macierzystej. Dzięki technice tej udało się odkryć 75% ze wszystkich znanych nam egzoplanet. Polega ona na długotrwałej obserwacji gwiazdy i rejestrowaniu okresowych regularnych spadków jej jasności, spowodowanych przejściem planety.
      Metoda tranzytu ma jednak poważne ograniczenia. Najważniejszym z nich jest fakt, że pozwala zarejestrować tylko te planety, których płaszczyzna orbity jest zgodna z płaszczyzną orbity Ziemi. Takich planet jest zaś niewiele.
      Alternatywną metodą jest mikrosoczewkowanie grawitacyjne. Do mikrosoczewkowania dochodzi, gdy światło bardziej odległego obiektu – na przykład gwiazdy – biegnąc w stroną Ziemi, porusza się w pobliżu masywnego obiektu, którym może być inna gwiazda. Dochodzi wówczas do zakrzywienia światła i powiększenia obrazu bardziej odległego z obiektów. Jeśli w takim przypadku bliższa nam gwiazda – ta, która pełni rolę soczewki grawitacyjnej – posiada planetę, dojdzie do dodatkowego zaburzenia soczewkowanego światła, co możemy wykryć.
      Olbrzymią zaletą mikrosoczewkowania jest fakt, że działa na długich dystansach. O ile metoda tranzytu pozwala na obserwowanie planet odległych od nas maksymalnie o kiloparsek (ok. 3200 lat świetlnych), to dzięki mikrosoczewkowaniu możemy wykrywać planety w odległości do 7 kpc.
      Grupa astronomów postanowiła odszukać te regiony naszej galaktyki, z których najłatwiej byłoby zauważyć Ziemię metodą mikrosoczewkowania. Regiony takie nazwali roboczo „strefami mikrosoczewkowania Ziemi” (EMZ - Earth microlensing zone). EMZ możemy traktować jako strefy podobne do Earth Transit Zone, skąd obca cywilizacja może obserwować Ziemię przechodzącą na tle Słońca, wyjaśniają autorzy badań.
      Naukowcy wykorzystali dane dotyczące ponad 1,1 miliarda gwiazd i przyjęli założenie, że w pobliżu każdej z nich znajduje się cywilizacja o podobnym do naszego stopniu zaawansowania technologicznego. Z obliczeń wynika, że liczba obserwacji, podczas których można by zauważyć Ziemię metodą mikrosoczewkowania wynosi zaledwie 14,7 rocznie. Biorąc pod uwagę, jak prawdopodobnie rzadkie jest występowanie w kosmosie zaawansowanych technologicznie cywilizacji, wykrycie Ziemi tą metodą jest „bardzo wątpliwe”. Chyba, że użyje jej cywilizacja znacznie bardziej zaawansowana od nas.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Super-ziemia TOI-1452 b może być w całości pokryta oceanem, uważa międzynarodowy zespół astronomów. Na łamach The Astronomical Journal uczeni poinformowali o odkryciu planety krążącej wokół czerwonego karła TOI-1452 znajdującego się w układzie podwójnym w Gwiazdozbiorze Smoka. Układ ten jest odległy od Ziemi o 99,5 lat świetlnych.
      TOI-1452 b jest nieco większa i bardziej masywna od naszej planety. Obiega swoją gwiazdę w ciągu 11 dni. Mimo że jej gwiazda jest mniejsza i chłodniejsza od Słońca, to planeta otrzymuje mniej więcej dwukrotnie więcej promieniowania niż Ziemia. Jest go tyle, że odpowiada ono temperaturze 52,85 stopni Celsjusza na powierzchni planety.
      Woda stanowi mniej niż 1% masy Ziemi. Gęstość niektórych egzoplanet wskazuje, że w większym stopniu zbudowane są z lżejszych materiałów niż nasza planeta. Najprawdopodobniej znaczy to, że zawierają więcej wody.
      TOI-1452 to jedna z najlepszych znanych nam kandydatek na wodny świat. Jej średnica i masa wskazują, że ma ona znacznie mniejszą gęstość niż planeta zbudowana ze skał i metali, jak Ziemia, stwierdził główny autor badań, Charles Cadieux. Analizy wykazały, że planeta może aż w 30% składać się z wody.
      TOI-1452 b z pewnością będzie badana za pomocą Teleskopu Webba. Znajduje się bowiem stosunkowo blisko Ziemi, co ułatwia badanie jej atmosfery, ponadto jest w takim miejscu nieboskłonu, który jest widoczny dla Webba przez większą część roku. Jak tylko zarezerwujemy sobie czas obserwacyjny na JWST rozpoczniemy pracę nad lepszym zrozumieniem tej planety, dodaje profesor René Doyon z Uniwersytetu w Montrealu.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Teleskop Webba (JWST) od kilku tygodni przysyła wspaniałe zdjęcia przestrzeni kosmicznej. JWST może pracować nawet przez 20 lat i w tym czasie będzie badał też egzoplanety. Dzięki olbrzymiej czułości, dostarczy niedostępnych dotychczas informacji o świetle docierającym z ich atmosfer, co pozwoli określenie ich składu, historii i poszukiwanie śladów życia. Jednak, jak się okazuje, teleskop jest tak doskonały, że obecnie stosowane narzędzia mogą niewłaściwe interpretować przesyłane dane.
      Grupa naukowców z MIT opublikowała na łamach Nature Astronomy artykuł, w którym informuje, że obecnie używane przez astronomów narzędzia do interpretacji danych ze światła mogą dawać niewłaściwe wyniki w przypadku JWST. Chodzi konkretnie o modele nieprzezroczystości, narzędzia opisujące, jak światło wchodzi w interakcje z materią w zależności od jej właściwości. Mogą one wymagać znacznych zmian, by dorównać precyzji danym z JWST. Jeśli nie zostaną odpowiednio dostosowane to – jak ostrzegają autorzy badań – informacje dotyczące takich właściwości atmosfer egzoplanet jak temperatura, ciśnienie i skład mogą różnić się od rzeczywistych o cały rząd wielkości.
      Z punktu widzenia nauki istnieje olbrzymia różnica, czy np. woda stanowi 5% czy 25% składu. Obecne modele nie są w stanie tego odróżnić, stwierdza profesor Julien de Wit. Obecnie używany przez nas model interpretujące dane ze spektrum światła nie przystaje precyzją i jakością do danych, jakie napływają z Teleskopu Webba. Musimy rozwiązać ten problem, wtóruje mu student Prajwal Niraula.
      Nieprzezroczystość określa, na ile łatwo foton przechodzi przez badany ośrodek, jak jest absorbowany czy odbijany. Interakcje te zależą też od temperatury i ciśnienia ośrodka. De Wit mówi, że obecnie używany najdoskonalszy model badania nieprzezroczystości bardzo dobrze się sprawdził w przypadku takich instrumentów jak Teleskop Hubble'a. Teraz jednak weszliśmy na kolejny poziom precyzji danych. Wykorzystywany przez nas sposób ich interpretacji nie pozwoli nam wyłapać drobnych subtelności, które mogą decydować np. o tym, czy planeta nadaje się dla życia czy nie.
      Uczeni z MIT po analizie najpowszechniej używanego obecnie modelu nieprzezroczystości stwierdzili, że jego wykorzystanie do danych z Webba spowoduje, iż trafimy na „barierę precyzji”. Model ten nie będzie na tyle dokładny, by stwierdzić, czy temperatura na planecie wynosi 27 czy 327 stopni Celsjusza, a stężenie jakiegoś gazu w atmosferze to 5 czy 25 procent.
      Wit i jego zespół uważają, że aby poprawić obecnie używane modele konieczne będzie przeprowadzenie więcej badań laboratoryjnych, obliczeń teoretycznych oraz poszerzenie współpracy pomiędzy specjalistami z różnych dziedzin, szczególnie astronomami i ekspertami od spektroskopii.
      Możemy wiele zrobić, jeśli będziemy dobrze rozumieli, jak światło wchodzi w interakcje z materią. Dobrze rozumiemy warunki panujące wokół Ziemi. Jednak tam, gdzie mamy do czynienia z innymi typami atmosfery, wszystko się zmienia. A teraz dysponujemy olbrzymią ilością danych o coraz lepszej jakości, więc istnieje ryzyko błędnej interpretacji, wyjaśnia Niraula.

      « 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...