Cyklón vo vesmíre? Pozrite sa, ako HST odhalil extrémne počasie na vzdialenej planéte

Ukážka búrlivého počasia na „horúcom Jupiteri“

JupiterPlanéta WASP-121 b s veľkosťou K nie je miestom, ktoré by sa dalo nazývať domovom. Pre začiatok obieha veľmi blízko hviezdy, ktorá je jasnejšia a teplejšia ako Slnko. Planéta je tak nebezpečne blízko svojej hviezdy, že jej horná atmosféra dosahuje horiacich 3400 stupňov Celzia Fahrenheita – Horšie ako oceľová vysoká pec.

Prúd ultrafialového svetla z hostiteľskej hviezdy ohrieva hornú vrstvu atmosféry planéty, čo spôsobuje únik horčíka a železa do vesmíru. Silné gravitačné slapové sily hviezdy zmenili tvar planéty tak, že vyzerá viac futbalovo. počas mnohých rokov Hubblov vesmírny teleskop Z pozorovaní a počítačového modelovania astronómovia našli dôkazy o veľkých cyklónoch rotujúcich na pekelnej planéte. Cyklóny sa často tvoria a kolabujú kvôli veľkému teplotnému rozdielu medzi hviezdnou stranou a tmavou nočnou stranou. exoplanéta,

Toto je umelecký koncept exoplanéty WASP-121 b, známej aj ako Tylos. Vzhľad exoplanéty je založený na údajoch o objekte zo simulácie Hubbleovho teleskopu. Pomocou pozorovaní z Hubbleovho teleskopu iný tím vedcov predtým oznámil, že odhalil ťažké kovy, ako je horčík a železo, ktoré vychádzajú z hornej atmosféry ultra horúcej exoplanéty Jupiter; Toto znamenalo prvú takúto identifikáciu. Exoplanéta obieha nebezpečne blízko svojej hostiteľskej hviezdy, asi 2,6 % vzdialenosti od Zeme k Slnku, čo ju privádza na pokraj roztrhnutia slapovými silami hviezdy. Silné gravitačné sily zmenili tvar planéty. Poďakovanie: NASA, ESA, Quentin Changet (ESA/STSCI), Mahdi Zamani (ESA/Hubble)

Hubbleov vesmírny teleskop pozoruje meniace sa prostredie exoplanét v priebehu 3 rokov

Kombinácia pozorovaní počas mnohých rokov NASAVedením počítačového modelovania spolu s Hubblovým vesmírnym teleskopom astronómovia našli dôkazy o veľkých cyklónoch a inej dynamickej poveternostnej aktivite na horúcej planéte veľkosti Jupitera vzdialenej 880 svetelných rokov.

Planéta s názvom WASP-121 b nie je obývateľná. Tento výsledok je však dôležitým počiatočným krokom pri štúdiu vzorcov počasia na vzdialených svetoch a možno nakoniec nájdení potenciálne obývateľných exoplanét so stabilným a dlhodobým podnebím.

Za posledných niekoľko desaťročí podrobné pozorovania susedných planét v našej slnečnej sústave pomocou ďalekohľadov a kozmických lodí ukázali, že ich turbulentné prostredie nie je statické, ale neustále sa mení, ako je počasie na Zemi. Táto variabilita by sa mala týkať aj planét okolo iných hviezd. Skutočné meranie takýchto zmien však vyžaduje veľa podrobných pozorovaní a výpočtového modelovania.

Prelom v pozorovaní počasia exoplanét

Aby sa tento objav uskutočnil, medzinárodný tím astronómov zhromaždil a opätovne spracoval pozorovania WASP-121 b z Hubbleovho teleskopu z rokov 2016, 2018 a 2019.

Zistili, že planéta má dynamickú atmosféru, ktorá sa časom mení. Tím použil sofistikované modelovacie techniky, aby demonštroval, že tieto dramatické časové variácie možno vysvetliť vzormi počasia v atmosfére exoplanéty.

Táto vizualizácia zobrazuje 130 denných predpovedí teploty exoplanéty počas východu, poludnia, západu slnka a polnoci pre exoplanétu WASP-121 b, tiež známu ako Tylos. Jasne žlté oblasti označujú dennú časť exoplanéty, kde sú teploty výrazne nad 2 100 stupňov Kelvina (3 320 stupňov Fahrenheita); Vzhľadom na blízkosť hostiteľskej hviezdy je to približne 2,6 % vzdialenosti od Zeme k Slnku. Kvôli extrémnym rozdielom denných a nočných teplôt majú astronómovia podozrenie, že odparené železo a iné ťažké kovy cez deň unikajú do horných vrstiev atmosféry a čiastočne sa vracajú do spodných vrstiev, čo spôsobuje hromadenie železa v noci. Niektoré ťažké kovy tiež unikajú gravitácii planéty z hornej atmosféry. Poďakovanie: NASA, ESA, Quentin Changet (ESA/STSCI), Mahdi Zamani (ESA/Hubble)

Tím zistil, že atmosféra WASP-121 b vykazuje výrazné rozdiely medzi pozorovaniami. Najdramatickejšie môžu byť masívne fronty počasia, búrky a veľké cyklóny, ktoré sa opakovane tvoria a ničia v dôsledku veľkého teplotného rozdielu medzi odkrytou stranou hviezdy a temnou stranou exoplanéty. Zistili tiež zjavný posun medzi najhorúcejšou oblasťou exoplanéty a najbližším bodom planéty k hviezde, ako aj variabilitu v chemickom zložení atmosféry exoplanéty (merané pomocou spektroskopie).

Tím dospel k týmto zisteniam pomocou výpočtových modelov, ktoré pomáhajú vysvetliť pozorované zmeny v atmosfére exoplanéty. „Pozoruhodný detail našich simulácií atmosféry exoplanét nám umožňuje vytvárať presné modely klímy na ultra horúcich planétach, ako je WASP-121b,“ povedal spolulíder Jack Skinner, postdoktorand z Kalifornského technologického inštitútu v Pasadene v Kalifornii. Z tejto štúdie. „Tu robíme dôležitý krok vpred tým, že kombinujeme pozorovacie obmedzenia so simuláciami atmosféry, aby sme pochopili časovo premennú klímu na týchto planétach.“

„Je to mimoriadne vzrušujúci výsledok, pretože sa posúvame vpred, aby sme sa pozreli na počasie na exoplanétach,“ povedal Quentin Changet, jeden z hlavných výskumníkov tímu. Európska vesmírna agentúra Výskumný pracovník vo Vedeckom inštitúte vesmírneho teleskopu v Baltimore, Maryland. „Štúdium klímy exoplanét je dôležité pre pochopenie zložitosti atmosféry exoplanét na iných svetoch, najmä pri hľadaní exoplanét s obývateľnými podmienkami.“

Táto vizualizácia ukazuje vzory počasia na exoplanéte WASP-121 b, známej aj ako Tylos. Toto video bolo spomalené, aby sme sa bližšie pozreli na vzory v atmosfére exoplanéty. Poďakovanie: NASA, ESA, Quentin Changet (ESA/STSCI), Mahdi Zamani (ESA/Hubble)

WASP-121b: Prípadová štúdia v exoplanetárnych atmosférach

WASP-121 b je tak blízko svojej materskej hviezdy, že jej obežná doba je len 1,27 dňa. Táto blízkosť znamená, že planéta je slapovo uzamknutá, takže tá istá pologuľa je vždy otočená k hviezde, rovnako ako tá istá strana nášho Mesiaca je vždy nasmerovaná k Zemi. Denné teploty na hviezdnej strane planéty dosahujú 3 450 stupňov Fahrenheita (2 150 stupňov Kelvina).

Tím použil štyri súbory archívnych pozorovaní Hubbleovho teleskopu WASP-121 b. Kompletný súbor údajov pozostával z pozorovaní WASP-121 b prechádzajúceho popred svoju hviezdu (z júna 2016); WASP-121 b prechádzajúca za svojou hviezdou, ktorá je známa aj ako sekundárne zatmenie (nasnímané v novembri 2016); A jasnosť WASP-121 b ako funkcia fázového uhla hviezdy (podobne ako fázový cyklus nášho Mesiaca, premenlivé množstvo svetla, ktoré Zem prijíma z exoplanéty, keď obieha okolo svojej materskej hviezdy). Tieto údaje boli získané v marci 2018 a vo februári 2019.

„Zhromaždený súbor údajov predstavuje značné množstvo pozorovacieho času pre jednu planétu a v súčasnosti je jediným konzistentným súborom takýchto opakovaných pozorovaní,“ povedal Changette. Informácie, ktoré sme získali z týchto pozorovaní, sa použili na odhad chémie, teploty a oblakov atmosféry WASP-121 b v rôznych časoch. To nám poskytlo vynikajúci obraz planéty, ktorá sa v priebehu času mení.

Jedinečné schopnosti HST sú evidentné aj v širokom spektre vedeckých programov, ktoré umožní prostredníctvom pozorovaní cyklu 31, ktoré sa začali 1. decembra. Asi dve tretiny času Hubblea budú venované zobrazovacím štúdiám, zatiaľ čo zvyšok bude venovaný spektroskopickým štúdiám. , ako sa používa pre WASP-121 b. Viac podrobností o vede o čakre 31 tu nedávne oznámenie,

Odkaz: „Je atmosféra ultra horúceho Jupitera WASP-121b premenlivá?“. Napísali Quentin Changette, Jack W. Skinner, James Y.K. Cho, Joonas Nattila, Ingo P. Waldmann, Ahmed F. Al-Refai, Achrane Dierek, Billy Edwards, Thomas Mickle-Evans, Max Joshua, Giuseppe Morello, Nour Skaf, Angelos Tsiaras, Olivia Venot a Kai Hou Yip, 2. januára 2023, Astrofyzika > Zemská a planetárna astrofyzika,
arXiv:2401.01465

Hubbleov vesmírny teleskop je projekt medzinárodnej spolupráce medzi NASA a ESA. Ďalekohľad riadi Goddard Space Flight Center NASA v Greenbelte v štáte Maryland. Vedecký inštitút pre vesmírny teleskop (STScI) v Baltimore v štáte Maryland vykonáva vedecké operácie prostredníctvom Hubbleovho a Webbovho teleskopu. STSCI prevádzkuje pre NASA Asociácia univerzít pre výskum astronómie vo Washingtone, D.C.