Космический телескоп Джеймса Уэбба: Астрономы изучают климат на других планетах с волнением | Наука и технология

Запущенный в Рождество 2021 года космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) уже меняет наше представление о планетах в нашей Солнечной системе и за ее пределами. Универсальная спутниковая обсерватория JWST имеет четкий обзор со своего орбитального местоположения, находящегося в миллионе миль от Земля в космосе. Это дает ему значительное 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 очень мало молекул, таких как вода, монооксид углерода и натрий», — сказал Джереми 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 Основные строительные блоки жизни во Вселенной.

странное небо

Ранее в этом году телескоп Джеймса Уэбба позволил астрофизикам Наблюдение за экзопланетой вокруг солнцеподобной звезды, удаленной от нас на 700 световых лет. Звездный свет, проходящий через горячую атмосферу Юпитера, WASP-39b, дает астрономам представление о химическом составе странного неба.

С Земли телескопы изо всех сил пытаются контролировать углекислый газ на экзопланетах, поскольку они должны смотреть через углекислый газ в атмосферу планет. Обсерватория JWST позволяет обнаруживать более широкий спектр молекул, включая углекислый газ, в небе над WASP-39b. Присутствие углекислого газа в атмосфере может свидетельствовать о наличии на планете органической жизни.

«Это действительно меняет правила игры», — сказал Леконт. «Нам действительно нужно смотреть на планеты вокруг близких к нам звезд. Это лучший шанс, который у нас есть, различить их атмосферы».

В частности, его интересуют семь скалистых планет, вращающихся вокруг карликовой звезды TRAPPIST-1 в 40 световых годах от нас, и особенно их атмосферы. Планеты находятся в обитаемой зоне, а это значит, что они имеют правильную температуру, чтобы вода оставалась жидкой.

Обычно, когда ученые делают прогнозы относительно атмосферы экзопланеты, они исходят из того, что она однородна — везде присутствуют одни и те же условия. Маловероятно, что это правда.

Леконте разработал 3D-симулятор (в рамках Проект WHIPLASH финансируется Horizon) для проведения испытаний на смоделированных планетах с известными свойствами, такими как наличие жидкой воды. Использование планетарных симуляций для проведения этих тестов похоже на ответы в конце учебника по математике: можно пройти тесты и результаты, полученные с помощью моделей, можно сравнить с известными свойствами.

несколько тысяч Больше экзопланет Скорее всего, его обнаружат в ближайшие годы, в том числе с помощью нового космического телескопа. Ученые хотят увидеть, могут ли их модели дать точную информацию. Некоторые ответы на вопросы о далеких экзопланетах могут лежать недалеко от их дома в Солнечной системе, на четырех крупнейших планетах — Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне.

Орбитальная миссия Юнона С него открываются потрясающие виды на Юпитер, а Космический аппарат Кассини Раскрыты подробности о планете Сатурн. Раньше это был Космический корабль «Вояджер-2» Пролетите мимо Нептуна и Урана и сфотографируйте их атмосферу.

«Мы сделали удивительные снимки этих планет со всеми этими вращающимися штормовыми системами и полосами конфетного цвета, большими моделями атмосферной циркуляции», — сказал планетолог Ли Флетчер из Университета Лестера. «Но это всего лишь снимок его атмосферы и климата в определенный момент времени».

Четыре гиганта

Чтобы понять климат и погодные условия, Флетчер возглавляет проект под названием Гигант которая скрепляла разрозненные кусочки головоломки его постоянно меняющейся атмосферы. Они использовали предыдущие наблюдения с телескопов на Земле, чтобы понять естественные циклы на четырех планетах-гигантах в течение нескольких десятилетий. Эта работа проложила путь к долгожданным новым картам этих миров от JWST.

Уран и Нептун — две самые далекие планеты в мире Солнечная система, А так называемые «ледяные гиганты» до сих пор сохраняют ореол таинственности. Он в основном состоит из водорода, гелия и других газов, таких как метан.

«Существует большой потенциал для совершенно новых открытий [with these two planets]— сказал Флетчер. «У нас нет хорошего представления об атмосферных работах этих ледяных гигантов по сравнению с более изученными газовыми гигантами. [Jupiter and Saturn]. «

метановый снег

Между тем известно, что на Сатурне есть массивные штормовые системы, и На Нептуне могут быть метановые метели. Основной 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 высоких температур атмосферы в стратосфере Урана. Это выявило удивительные системы сезонной циркуляции и яркие пятна над полюсами.

Он также предсказывает, что у планет-гигантов, которые часто располагаются по оси, очень длинные времена года. «Мы видим времена года, которые модулируют атмосферную температуру, облака и осадки точно так же, как и на планете Земля, но мы также видим регулярные, естественные циклы в атмосфере, которые не являются сезонными. Мы только начинаем понимать, какая погода на планетах-гигантах. «, — сказал Флетчер.

Атмосфера Нептуна также демонстрировала значительную штормовую и погодную активность, но команда была удивлена, обнаружив, что летом планета, похоже, охлаждалась, а не нагревалась.

GIANTCLIMES — это работа, поддерживающая доступ JWST. Новый телескоп уже Обратите внимание на Юпитери в ближайшем будущем он направится к Урану и Сатурну, а затем к Нептуну в начале 2023 года, что позволит провести сравнение между планетами.

«То, как работает климат в Четырех Царствах, действительно лежит в основе 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 крайние границы могут рассказать нам больше о климате Земли и погодных условиях.

Чужая жизнь

Исследования четырех планет также имеют отношение к исследованию экзопланет. «В нашей Солнечной системе есть множество планетарных атмосфер, которые являются моделью того, что мы могли бы ожидать увидеть вокруг других звезд», — с энтузиазмом говорит Флетчер.

«Возможно, экзопланетные цели также демонстрируют схожие естественные циклы, и конечная цель — попытаться получить прогноз погоды или прогноз климата для всех планет, а не только для тех, которые находятся в нашей Солнечной системе», — заключил Флетчер.

JWST позволит ученым лучше рассмотреть планетарное небо в дальних уголках Солнечной системы, а также миры, удаленные на несколько световых лет, некоторые из которых могут быть окружены защитной атмосферой и Земные условия благоприятны для внеземной жизни.

В астрофизике есть две быстроразвивающиеся области. Это экзопланеты и космология, которые на самом деле сводятся к вопросу о Боге и жизни, откуда взялась Вселенная и откуда пришли мы», — сказал Леконт.

Исследование в этой статье финансировалось Европейским исследовательским советом Европейского Союза (ERC). Статья изначально была опубликована на горизонтЖурнал исследований и инноваций Европейского Союза.