Astronomen werden ein hochauflösendes James-Webb-Spektrometer auf zwei interessante felsige Exoplaneten trainieren

Abbildung des Exoplaneten 55 Cancri E, eines Gesteinsplaneten, der etwa doppelt so groß ist wie die Erde und nur 0,015 AE von seinem sonnenähnlichen Stern entfernt umkreist. Aufgrund seiner engen Umlaufbahn ist der Planet extrem heiß, wobei die Temperaturen den ganzen Tag über 4.400 Grad Fahrenheit (etwa 2.400 Grad Celsius) erreichen. Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, Danny Player (STScI)

Mit seinen wunderschön ausgerichteten Spiegelteilen und seinen kalibrierten wissenschaftlichen Instrumenten ist das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA nur noch wenige Wochen von der vollständigen Inbetriebnahme entfernt. Kurz nachdem die ersten Beobachtungen in diesem Sommer enthüllt wurden, wird Webbs eingehende Wissenschaft beginnen.

Zu den für das erste Jahr geplanten Untersuchungen gehören Untersuchungen zweier heißer Exoplaneten, die aufgrund ihrer Größe und Gesteinszusammensetzung als „Supererden“ eingestuft werden: 55 Cancri e lavabedeckt und LHS 3844 b. Die Forscher werden ein hochauflösendes Webb-Spektrometer auf diesen Planeten trainieren, um die geologische Vielfalt von Planeten in der gesamten Galaxie und die Entwicklung von Gesteinsplaneten wie der Erde zu verstehen.

Überhitzte Erde 55 Cancri E

55 Cancri E umkreist weniger als 1,5 Millionen Meilen von seinem sonnenähnlichen Stern (einundzwanzig die Entfernung zwischen Merkur und Sonne) und vollendet einen Umlauf in weniger als 18 Stunden. Mit Oberflächentemperaturen weit über dem Schmelzpunkt typischer gesteinsbildender Mineralien wird angenommen, dass die tagaktive Seite des Planeten von Lavaozeanen bedeckt ist.

Es wird angenommen, dass Planeten, die ihren Stern so nahe umkreisen, zunehmend gesperrt sind, wobei eine Seite immer dem Stern zugewandt ist. Infolgedessen sollte der heißeste Punkt auf dem Planeten derjenige sein, der direkt dem Stern zugewandt ist, und die Wärmemenge, die vom Tag kommt, sollte sich im Laufe der Zeit nicht wesentlich ändern.

Dies scheint aber nicht der Fall zu sein. Beobachtungen von 55 Cancri e vom Spitzer-Weltraumteleskop der NASA zeigen, dass die heißeste Region durch den Teil versetzt wird, der direkt dem Stern zugewandt ist, während die Gesamtmenge der von der Tagseite erfassten Wärme variiert.

Astronomen werden ein hochauflösendes James-Webb-Spektrometer auf zwei interessante felsige Exoplaneten trainieren

Illustration zum Vergleich der felsigen Exoplaneten LHS 3844 b und 55 Cancri e mit Erde und Neptun. Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, Danny Player (STScI)

Hat 55 Cancri e eine dicke Atmosphäre?

Eine Erklärung für diese Beobachtungen ist, dass der Planet eine dynamische Atmosphäre hat, die Wärme um ihn herum bewegt. „55 Cancri e könnte eine dichte Atmosphäre haben, die 55 Cancri e dominiert“, Renew Ho vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien, der ein Team leitet, das die Nahinfrarot-Webcam (NIRCam) und das mittlere Infrarot (MIRI) verwenden wird. Instrumentierung, erklärt. Sauerstoff oder Stickstoff”. ), um das Wärmeemissionsspektrum der Tagseite des Planeten zu erfassen. “Wenn er eine Atmosphäre hätte, [Webb] Es hat die Empfindlichkeit und den Wellenlängenbereich, um seine Komponenten zu erkennen und zu identifizieren.“

Oder regnet es am Abend des 55. Cancri e Lava?

Eine andere interessante Möglichkeit ist jedoch, dass die 55 Cancri e nicht mit einer Lünette verriegelt ist. Alternativ könnte es wie Merkur sein, der sich dreimal pro zwei Umlaufbahnen dreht (was als 3:2-Resonanz bekannt ist). Infolgedessen wird der Planet einen Tag- und Nachtzyklus haben.

“Dies könnte erklären, warum sich der heißere Teil des Planeten dreht”, erklärte Alexis Brandecker, ein Forscher der Universität Stockholm, der ein anderes Team leitet, das den Planeten untersucht. „Genau wie auf der Erde wird es einige Zeit dauern, bis sich die Oberfläche erwärmt. Die heißeste Zeit des Tages wird am Nachmittag sein, nicht direkt am Mittag.“

Brandekers Team plant, diese Hypothese mit NIRCam zu testen, um die Wärme zu messen, die von der beleuchteten Seite von 55 Cancri e über vier verschiedene Umlaufbahnen abgegeben wird. Wenn ein Planet ein 3:2-Echo hätte, würden sie jede Hemisphäre zweimal beobachten und sollten in der Lage sein, jeden Unterschied zwischen den beiden Hemisphären zu erkennen.

In diesem Szenario würde sich die Oberfläche tagsüber aufheizen, schmelzen und sogar verdampfen und eine extrem dünne Atmosphäre bilden, die Webb erkennen könnte. Am Abend kühlt der Dampf ab und kondensiert zu Lavatropfen, die zurück an die Oberfläche regnen und bei Einbruch der Nacht wieder fest werden.

Astronomen werden ein hochauflösendes James-Webb-Spektrometer auf zwei interessante felsige Exoplaneten trainieren

Das Wärmepotential-Emissionsspektrum des heißen Exoplaneten LHS 3844 b auf der Supererde, gemessen mit dem Mittelinfrarot-Instrument von Webb. Das thermische Emissionsspektrum zeigt die Lichtmenge verschiedener infraroter Wellenlängen (Farben), die der Planet aussendet. Forscher verwenden Computermodelle, um vorherzusagen, wie das Wärmeemissionsspektrum eines Planeten unter bestimmten Bedingungen aussehen wird, beispielsweise ob es eine Atmosphäre gibt oder nicht und woraus die Oberfläche des Planeten besteht. Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, Danny Player (STScI)

LHS 3844 ist etwas kühler

Während 55 Cancri e einen Einblick in die besondere Geologie einer mit Lava bedeckten Welt geben wird, bietet LHS 3844 b eine einzigartige Gelegenheit, hartes Gestein auf der Oberfläche eines Exoplaneten zu analysieren.

Wie 55 Cancri e umkreist LHS 3844 b seinen Stern sehr nahe und vollendet eine Umdrehung in 11 Stunden. Da sein Stern jedoch klein und relativ kalt ist, ist der Planet nicht heiß genug, dass die Oberfläche schmelzen würde. Darüber hinaus deuten Spitzers Beobachtungen darauf hin, dass der Planet wahrscheinlich keine große Atmosphäre hat.

Woraus besteht die Oberfläche von LHS 3844 b?

Obwohl wir die Oberfläche von LHS 3844 b nicht direkt mit Webb abbilden können, macht es das Fehlen einer dunklen Atmosphäre möglich, die Oberfläche spektroskopisch zu untersuchen.

„Es stellt sich heraus, dass verschiedene Gesteinsarten unterschiedliche Spektren haben“, erklärt Laura Kreidberg vom Max-Planck-Institut für Astronomie. „Man kann mit eigenen Augen sehen, dass Granit eine hellere Farbe hat als Basalt. Ähnliche Unterschiede gibt es im Infrarotlicht, das die Felsen aussenden.“

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Abbildung des Exoplaneten LHS 3844 b, eines Gesteinsplaneten mit dem 1,3-fachen Durchmesser der Erde, der etwa 0,006 AE seines kühlen roten Zwergsterns umkreist. Der Planet ist heiß und die durchschnittlichen Tagestemperaturen liegen weit über 1.000 Grad Fahrenheit (mehr als etwa 525 Grad Celsius). Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, Danny Player (STScI)

Das Kreidberg-Team wird MIRI verwenden, um das thermische Emissionsspektrum der Tagesseite von LHS 3844 b zu erfassen und es dann mit Spektren bekannter Gesteine ​​wie Basalt und Granit zu vergleichen, um seine Zusammensetzung zu bestimmen. Wenn der Planet vulkanisch aktiv ist, kann das Spektrum auch Spuren von vulkanischen Gasen zeigen.

Die Bedeutung dieser Beobachtungen geht über nur zwei der mehr als 5.000 bestätigten Exoplaneten in der Galaxie hinaus. „Sie werden uns faszinierende neue Perspektiven auf erdähnliche Planeten im Allgemeinen geben und uns helfen zu lernen, wie die frühen Erden ausgesehen haben, als es so heiß war wie diese Planeten heute“, sagte Kreidberg.

Diese Beobachtungen werden für 55 Cancri e und LHS 3844 b als Teil des Webb-Programms für den ersten Zyklus allgemeiner Beobachter durchgeführt. Allgemeine Beobachterprogramme wurden kompetitiv unter Verwendung eines anonymen doppelten Überprüfungssystems ausgewählt, das gleiche System, das für die Zuweisung von Zeit auf Hubble verwendet wurde.


Lava oder nicht, der Exoplanet 55 Cancri e hat möglicherweise eine Atmosphäre


Präsentiert vom Space Telescope Science Institute

das Zitat: Astronomen trainieren ein hochauflösendes James-Webb-Spektrometer auf zwei interessanten felsigen Exoplaneten (27. Mai 2022) Abgerufen am 28. Mai 2022 von https://phys.org/news/2022-05-astronomers-james-webb -telescope- hochpräzise.html

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