Телескоп Уэбба для беспрецедентного взгляда на экзопланеты

«Мы собираемся посмотреть на все объекты Солнечной системы, начиная с Марса и заканчивая дальше», — сказал Джон Мэзер, главный научный сотрудник проекта Уэбб в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. Он отметил, что некоторые из основных целей Уэбба включают океанические миры в нашей солнечной системе, такие как спутник Юпитера Европа и спутник Сатурна Титан. В будущих миссиях будет выяснено, возможна ли в этих мирах жизнь или химия, ведущая к жизни.

Вглядываясь в атмосферы планет

За пределами нашей солнечной системы остаются более серьезные вопросы. Уэбб мог бы пролить больше света на типы планет, которые существуют за пределами нашего маленького уголка Вселенной. Но он не будет исследовать атмосферы планет земного типа вокруг звезд, подобных Солнцу.

Вместо этого планеты, которые будет наблюдать Уэбб, расположены вокруг гораздо меньших и более холодных звезд, которые очень распространены в нашей галактике. «Возможно, эти планеты все еще могут быть обитаемыми», — сказал Клаус Понтопедан, научный сотрудник проекта Уэбба из Научного института космического телескопа в Балтиморе.

Помимо наблюдения за экзопланетами и их поверхностями, Уэбб действительно мог бы заглядывать внутрь их атмосферы, если бы они были на этих планетах. Там вас ждет настоящая радуга информации. Газы внутри атмосферы планеты поглощают свет определенных цветов, что позволяет ученым идентифицировать их и видеть состав атмосферы экзопланеты.

«Интернет означает разные вещи для разных ученых, занимающихся экзопланетами, но для многих из них это изучение атмосферы экзопланет», — сказал Сигер. «И когда планета проходит перед своей звездой, часть света проникает сквозь атмосферу. И, видя свет, который проходит и что блокируется, мы можем идентифицировать газы в атмосфере».

Космический телескоп Хаббла уже позволил ученым сделать это, но новый телескоп «выведет нас на новый уровень», — сказал Сигер.

Представьте, что вы видите Землю издалека. С этой точки зрения наша атмосфера выглядела бы как небольшой слой тумана над планетой. Вот почему так сложно почувствовать атмосферу.

«Мы мечтали изучить скалистые планеты и увидеть водяной пар, который указывает на присутствие жидкой воды в океанах», — сказал Сигер. «Если мы сможем показать, что каменистые планеты с водяным паром являются обычным явлением, это предполагает, что каменистые планеты с водянистыми океанами являются обычным явлением. Вода необходима для всей жизни, какой мы ее знаем. Так что это будет огромной вехой».

По ее словам, открытие неожиданных или непонятных газов может быть более интересным открытием, которое вызывает больше вопросов, чем ответов.

Уэбб также предоставит больше данных, которые помогут ученым увидеть планеты в 3D, сказала Николь Льюис, астрофизик и доцент астрономии Корнельского университета. Это включает в себя температуру, состав облаков и даже способность понимать погоду, которая бывает на других планетах, чтобы создать лучшую картину внеземного климата.

«Это десятилетие действительно будет десятилетием понимания малых планет вокруг молодых звезд, а затем в следующие десятилетия мы обратим свой взор на маленькие планеты вокруг звезд, похожих на Солнце».

Увеличьте TRAPPIST-1

Три планеты находятся в обитаемой зоне звезды, где жидкая вода может собираться на поверхности планеты и, возможно, поддерживать жизнь.

Первый шаг — определить, есть ли у планет атмосферы. В настоящее время планеты вращаются вокруг супер-крутой карликовой звезды, но они не всегда находились в таких благоприятных условиях. Звезда имеет половину температуры и одну десятую массы Солнца. Но в начале его жизни было намного жарче, что могло привести к тому, что близлежащие планеты потеряли свою атмосферу, океаны или лед.

«Эти маленькие красные карлики, вы должны думать о них, как если бы они прошли через очень долгий и очень плохой отрочество», — сказал Сигер. «В то время они были очень горячими и выделяли много энергии. Итак, планета, которая сегодня находится в обитаемой зоне, подверглась бомбардировке высокой температурой и высокой энергией, и люди думают, что за это время она могла потерять свою атмосферу. невозможно восстановить атмосферу, мы не уверены ».

Исследователи, открывшие планеты TRAPPIST, обнаружили, что они используют метод транзита. Астрономы видели тени, похожие на небольшие затмения, периодически прерывающие устойчивый узор звездного света, когда они наблюдали за звездой в свой телескоп. Это называется транзитом. Тени указали на присутствие планет, дальнейшие наблюдения подтвердили это.

Тот же звездный свет, который используется для обнаружения планет, проходит через атмосферу планеты. Когда это происходит, астрономы могут определить состав атмосферы, если таковой имеется. Этот метод также позволяет выявлять цвета, которые представляют разные длины волн света.

Одна из запланированных целей Уэбба — TRAPPIST-1e, потенциально обитаемый. По словам Льюиса, исследователи будут искать сигналы из атмосферы, а затем конкретные компоненты, такие как сигналы от углекислого газа или воды.

«Природа дала нам образец из семи планет размером примерно с Землю в одной системе», — сказал Льюис. «В науке о солнечной системе мы сравниваем планеты друг с другом, и это помогает нам понять, как они образовались и почему Земля — ​​единственная известная в настоящее время планета, на которой обитает жизнь в Солнечной системе. Таким образом, TRAPPIST предоставит нам такую ​​же возможность в системе экзопланет. посмотреть на обе планеты «.

Телескоп Уэбба может увидеть потенциальные атмосферы всех семи планет TRAPPIST. Сигер сказал, что наблюдение за этими мирами может помочь ученым лучше понять эволюцию планет.

Исследуй загадочные миры

Диапазон планет, которые увидит Уэбб, удивительно разнообразен, в том числе «горячие Юпитеры», «теплый Нептун», планеты, которые взрываются теплом, когда они вращаются вокруг своей звезды, и даже миры, вращающиеся вокруг мертвых белых карликовых звезд.

Уэбб может выявить физические процессы, которые приводят к разнообразию экзопланет, сказала Натали Баталья, профессор астрономии и астрофизики Калифорнийского университета в Санта-Крус. Баталья также служил соисследователем и ученым миссии Кеплера в миссии Кеплера, которая помогла найти тысячи экзопланет.

«Одна из вещей, которая отнимает у Кеплера, — это то, что разнообразие планет в галактике намного перевешивает разнообразие планет в нашей солнечной системе», — сказал Баталья. «Так что я думаю, что это имеет очень большое значение для изучения обитаемости планет и наиболее вероятных мест для жизни. Я надеюсь, что Уэбб разберется с этим и даст нам новый взгляд на разнообразие».

Одна из загадок — это так называемые планеты с голым ядром. Представьте себе планету, которая сформировалась как ледяной гигант Нептун, но находится близко к своей звезде. Со временем, сказал Баталья, водородная атмосфера планеты исчезла, оставив скалистое ядро, которое напоминает Землю, но должно сильно отличаться внутри.

«Способствует ли эта голая сущность жизни? Это дополнительный наркотик жизненного потенциала? Я не знаю», — сказал Паталха.

Они отличаются от того, как была сформирована атмосфера Земли. Идентификация атмосферных трассеров с помощью Уэбба может раскрыть больше об этих мирах с голым ядром.

Еще одна загадка, открытая Кеплером, — это существование планет размером с Землю и Нептун. В зависимости от его точного размера, его называют суперземлей или суб-Нептуном, сказала Джоанна Теске, ученый из Лаборатории Земли и планет Научного института Карнеги в Вашингтоне, округ Колумбия.

Кеплер помог ученым осознать, что «наиболее распространенный тип планет (из всех) — это тот, которого у нас даже нет в нашей солнечной системе, своего рода мост между небольшими планетами земной группы, которые вращаются вокруг своих звезд, и планетами-гигантами, которые являются планетами-гигантами. немного далеко », — сказала Натали Баталья.

По словам Тиши, эти планеты часто встречаются вокруг звезд, подобных Солнцу, часто появляются в многопланетных системах и, по-видимому, являются очень частым результатом образования планет.

Теске сказал, что ученые хотят понять, похожи ли эти миры на Землю или Нептун — или это что-то совершенно другое. Их проект предназначен для изучения того, как формируются эти планеты, а также их возможного образования и атмосфер.

Планеты, вероятно, будут газообразными, земными или даже водяными мирами, поэтому команда будет искать, есть ли вода в их атмосфере.

Тески сказал, что космический телескоп Джеймса Уэбба «откроет поле для характеристики атмосфер экзопланет».