Medzinárodný tím vedcov pomocou teleskopu Gemini Earth Observatory v Čile ako prvý priamo zmeral množstvo vody aj oxidu uhoľnatého v atmosfére planéty v inej slnečnej sústave vzdialenej asi 340 svetelných rokov.

Tím vedie docent Michael Lane zo Školy prieskumu Zeme a vesmíru na Arizonskej štátnej univerzite a výsledky boli zverejnené dnes (27. októbra 2021) v časopise. temperamentná povaha.

Existujú tisíce známych planét mimo našej slnečnej sústavy (nazývajú sa exoplanéty). Vedci používajú vesmírne aj pozemné teleskopy, aby preskúmali, ako tieto exoplanéty vznikajú a ako sa líšia od planét našej slnečnej sústavy.

V tejto štúdii sa Laine a jeho tím zamerali na planétu „WASP-77Ab“, typ extrasolárna planéta nazývaný „horúce“ Jupiter„Pretože sú ako Jupiter v našej slnečnej sústave, ale s teplotou nad 2000 stupňov.“ F.

Potom sa zamerali na meranie zloženia jeho atmosféry, aby určili, ktoré prvky boli prítomné v porovnaní s hviezdou, okolo ktorej obieha.

„Vzhľadom na ich veľkosti a teploty sú horúce Jupitery vynikajúcimi laboratóriami na meranie atmosférických plynov a testovanie našich teórií o vzniku planét,“ povedal Lane.

Zatiaľ čo kozmické lode zatiaľ nemôžeme posielať na planéty mimo našej slnečnej sústavy, vedci môžu študovať svetlo z exoplanét pomocou ďalekohľadov. Teleskopy, ktoré používajú na pozorovanie tohto svetla, môžu byť buď vo vesmíre, ako napr Hubblov vesmírny teleskop, alebo zo Zeme, ako sú teleskopy Gemini Observatory.

Lane a jeho tím sa vo veľkej miere podieľali na meraní zloženia atmosféry exoplanét pomocou Hubbleovho teleskopu, ale získanie týchto meraní bolo ťažké. Nielenže existuje tvrdá súťaž o čas ďalekohľadu, prístroje Hubble merajú iba vodu (alebo kyslík) a tím musí zbierať aj merania oxidu uhoľnatého (alebo uhlíka).

Tu sa tím obrátil na Gemini South Telescope.

„Potrebovali sme skúsiť niečo iné, aby sme odpovedali na naše otázky,“ povedal Lane. „A naša analýza schopností South Gemini ukázala, že by sme mohli získať veľmi presné merania atmosféry.“

Gemini South je 8,1-metrový ďalekohľad, ktorý sa nachádza na hore v čilských Andách zvanej Cerro Pachón, kde veľmi suchý vzduch a zanedbateľná oblačnosť z neho robia prvotriedne miesto pre teleskop. Prevádzkuje ho NOIRLab (National Optical and Infrared Astronomy Research Laboratory) Národnej vedeckej nadácie.

Pomocou Gemini South Telescope s prístrojom nazývaným Immersion Grating Infrared Spectrometer (IGRINS) tím pozoroval tepelnú žiaru exoplanéty, keď obiehala okolo svojej hostiteľskej hviezdy. Z tohto zariadenia zbierali informácie o prítomnosti a relatívnom množstve rôznych plynov v atmosfére.

Podobne ako meteorologické a klimatické satelity, ktoré sa používajú na meranie množstva vodnej pary a oxidu uhličitého v zemskej atmosfére, môžu vedci použiť spektrometre a teleskopy, ako napríklad IGRINS na Gemini South, na meranie množstva rôznych plynov na iných planétach.

„Pokúšať sa zistiť zloženie atmosfér planét je ako snažiť sa vyriešiť zločin pomocou odtlačku prsta,“ povedal Lane. „Rozmazaný odtlačok prsta to príliš nezužuje, ale veľmi čistý a úhľadný odtlačok poskytuje jedinečný identifikátor pre toho, kto trestný čin spáchal.“

Tam, kde Hubbleov vesmírny teleskop poskytol tímu jeden alebo dva záhadné odtlačky prstov, IGRINS v Gemini South poskytol tímu kompletnú sadu krištáľovo čistých odtlačkov prstov.

Pomocou explicitných meraní vody a oxidu uhoľnatého v atmosfére WASP-77Ab bol tím potom schopný odhadnúť relatívne množstvo kyslíka a uhlíka v atmosfére exoplanéty.

Meraním Dopplerovho posunu zobrazeného v pravom stĺpci tohto obrázku môžu vedci rekonštruovať obežnú rýchlosť planéty v čase smerom k Zemi alebo od nej. Sila signálu planéty, ako je znázornená v strednom stĺpci, pozdĺž projektovanej zdanlivej rýchlosti (prerušovanej morskej krivky) planéty, keď obieha okolo hviezdy, obsahuje informácie o množstvách rôznych plynov v atmosfére. Poďakovanie: P. Smith/M. Lines. Selkirk / ASU

„Tieto sumy boli v súlade s našimi očakávaniami a sú približne rovnaké ako sumy hostiteľskej hviezdy,“ povedal Lane.

Dostať veľké množstvo ultrajemných plynov do atmosféry exoplanét nie je len dôležitý technický výkon, najmä s pozemným teleskopom, ale môže tiež pomôcť vedcom pri hľadaní života na iných planétach.

„Táto práca predstavuje ukážku toho, ako možno v konečnom dôsledku merať biosignálne plyny, ako je kyslík a metán, v potenciálne obývateľných svetoch v nie príliš vzdialenej budúcnosti,“ povedal Lane.

Čo ďalej očakáva Line a jeho tím, je zopakovať túto analýzu pre niekoľko planét a vytvoriť „vzorku“ meraní atmosféry na najmenej 15 ďalších planétach.

„Teraz sme v bode, kde môžeme získať frakcie množstva plynu podobné tým, ktoré majú planéty v našej slnečnej sústave. Meranie množstva uhlíka a kyslíka (a iných prvkov) v atmosfére väčšej vzorky exoplanét poskytuje veľmi potrebné kontext pre pochopenie pôvodu a vývoja našich plynných obrov, ako sú Jupiter a SaturnPovedal Line.

Tiež sa tešia na to, čo môžu ponúknuť budúce teleskopy.

„Ak to dokážeme s dnešnou technológiou, premýšľajte o tom, čo budeme môcť urobiť s novými teleskopmi, ako je Giant Magellan Telescope,“ povedal Lane. „Je reálna možnosť, že do konca tohto desaťročia budeme môcť použiť rovnakú metódu na skúmanie potenciálnych signálov života, ktoré tiež obsahujú uhlík a kyslík, na skalnatých planétach podobných Zemi mimo našej slnečnej sústavy.“

Odkaz: „Solar C/O and Quasi-solar Metallicity in Jupiter’s Hot Atmosphere“ od Michaela R. Linea, Mattea Brugiho, Jacoba L. Penna, Siddhartha Gandhiho, Josepha Zaleskiho, Vivian Parmentier, Petera Smitha, Gregoryho N. Megan Mansfield, Eliza M. Kimpton, Jonathan J. Fortney, Evgenia Shkolnik, Jennifer Passion, Emily Rausher, Jean-Michel Desert a Just B Wardner, 27. októbra 2021, temperamentná povaha.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03912-6

Okrem Line zahŕňa výskumný tím Joseph Zaleski, Evgenia Shkolnik, Jennifer Patchens a Peter Smith zo Školy prieskumu Zeme a vesmíru Arizona State University; Matthew Bruggi a Siddharth Gandhi z University of Warwick (Spojene kralovstvo); Jacob Bean a Megan Mansfield z University of Chicago; Vivien Parmentier a Joost Wardenier z Oxfordská univerzita (Spojene kralovstvo); Gregory Mays z Texaskej univerzity v Austine. Eliza Kempton z University of Maryland; Jonathan Fortney z Kalifornskej univerzity v Santa Cruz; Emily Rausher z University of Michigan; a Jean-Michel Desert z Amsterdamskej univerzity.