يقيس العلماء الغلاف الجوي لكوكب ما في نظام شمسي آخر على بعد 340 سنة ضوئية

باستخدام تلسكوب مرصد الجوزاء الأرضي في تشيلي ، يقيس فريق دولي من العلماء بشكل مباشر كمية كل من الماء وأول أكسيد الكربون في الغلاف الجوي لكوكب آخر على بعد حوالي 340 سنة ضوئية في نظام شمسي آخر.

تم نشر نتائج لجنة برئاسة مايكل لاين ، الأستاذ المساعد في كلية استكشاف الأرض والفضاء بجامعة ولاية أريزونا ، اليوم (27 أكتوبر 2021). طبيعي >> صفة.

هناك الآلاف من الكواكب المعروفة خارج نظامنا الشمسي (تسمى الكواكب الخارجية). يستخدم العلماء كلاً من التلسكوبات الفضائية والتلسكوبات الأرضية لدراسة كيفية تشكل هذه الكواكب الخارجية وكيف تختلف عن الكواكب في نظامنا الشمسي.

في هذه الدراسة ، ركز لاين وفريقه على كوكب “WASP-77Ab” خارج الأرض ساخن يوم الخميسلأنهم مثل كوكب المشتري في نظامنا الشمسي ، لكن درجة الحرارة أعلى من 2000 درجة فهرنهايت.

ثم ركزوا على قياس تكوين غلافه الجوي لتحديد العناصر الموجودة ، مقارنة بالنجم الذي يدور في مداره.

قال لاين: “نظرًا لحجمها ودرجة حرارتها ، فإن كوكب المشتري هو أحد أفضل المختبرات لقياس الغلاف الجوي لكوكب المشتري واختبار نظرياتنا حول تكوين الكواكب”.

بينما لا تزال المركبة الفضائية غير قادرة على الإرسال إلى كواكب خارج نظامنا الشمسي ، يمكن للعلماء دراسة الضوء من الكواكب الخارجية من خلال التلسكوبات. قد تكون التلسكوبات التي يستخدمونها لمراقبة هذا الضوء في الفضاء تلسكوب هابل الفضائيأو من الأرض مثل تلسكوبات مرصد الجوزاء.

شارك لاين وفريقه على نطاق واسع في قياس الغلاف الجوي خارج كوكب الأرض باستخدام هابل ، لكن الحصول على هذه القياسات كان أمرًا صعبًا. لا يقتصر الأمر على التنافس الرأسي بين التلسكوب على الوقت ، بل تقيس أدوات هابل الماء (أو الأكسجين) فقط ، والفريق مطالب بجمع قياسات أول أكسيد الكربون (أو الكربون) أيضًا.

هذا هو المكان الذي عاد فيه الفريق إلى تلسكوب الجوزاء الجنوبي.

قال لاين: “علينا أن نجرب شيئًا آخر لحل أسئلتنا”. “علاوة على ذلك ، يشير تحليلنا لقدرات الجوزاء الجنوبية إلى أنه يمكن الحصول على قياسات عالية الدقة للغلاف الجوي.”

Gemini South هو تلسكوب قطره 8.1 متر يقع على جبل Cerro Pachon في جبال الأنديز التشيلية ، حيث يجعله الهواء الجاف جدًا والغيوم المنخفضة جدًا موقعًا رئيسيًا للتلسكوب. يتم تشغيله بواسطة NOIRLab (المختبر الوطني للبحوث الفلكية بالأشعة تحت الحمراء) التابع لمؤسسة العلوم الوطنية.

باستخدام تلسكوب الجوزاء الجنوبي وأداة تسمى مطياف الأشعة تحت الحمراء الغمر (IGRINS) ، لاحظ الفريق توهج كوكب خارج المجموعة الشمسية أثناء دورانه حول نجمه المضيف. من هذا الجهاز ، تم جمع معلومات حول وجود الغازات المختلفة في الغلاف الجوي وحجمها النسبي.

مثل أقمار الأرصاد الجوية والمناخية لقياس كمية البخار وثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأرض ، يمكن للعلماء قياس كمية الغازات المختلفة على الكواكب الأخرى باستخدام أجهزة قياس الطيف والتلسكوبات ، وكذلك IGRINS جنوب الجوزاء.

قال لاين: “إن محاولة اكتشاف مزيج الأغلفة الجوية للكواكب تشبه محاولة حل الجريمة ببصمات الأصابع”. “البصمة الملطخة لا تجعلها أقل بكثير ، لكنها بصمة جميلة جدًا ونظيفة ، تعطي هوية فريدة لمن ارتكب الجريمة.”

حيث قدم تلسكوب هابل الفضائي بصمة أو اثنتين من بصمات الأصابع الغامضة ، زودت IGRINS في منطقة الجوزاء الجنوبية الفريق ببصمات أصابع واضحة تمامًا.

من خلال قياسات واضحة لكل من الماء وأول أكسيد الكربون في الغلاف الجوي لكوكب WASP-77Ab ، تمكن الفريق من تقدير مستويات مماثلة من الأكسجين والكربون في الغلاف الجوي لكوكب خارج المجموعة الشمسية.

من خلال قياس انزياح دوبلر الموضح في العمود الأيمن من هذه الصورة ، يمكن للعلماء إعادة بناء السرعة المدارية لكوكب ما في الوقت الفعلي باتجاه الأرض أو بعدها. تحتوي قوة إشارة الكواكب ، كما هو موضح في العمود الأوسط ، جنبًا إلى جنب مع السرعة الظاهرية للكوكب أثناء دورانه (منحنى الخط البحري) ، على معلومات حول كمية الغازات المختلفة في الغلاف الجوي. الائتمان: ب. سميث / م. خطوط. Selkirk / ASU

قال لاين: “هذه المبالغ كانت متوافقة مع توقعاتنا ، وهي مماثلة لمقدار النجم المضيف”.

إن تحقيق انبعاثات غازية عالية الدقة في الغلاف الجوي للكواكب الخارجية ليس فقط إنجازًا تقنيًا مهمًا ، خاصة مع التلسكوب الأرضي ، والذي يمكن أن يساعد العلماء في البحث عن الحياة على الكواكب الأخرى.

قال لاين: “يعكس هذا العمل عرض مكتشف المسار لكيفية قياس الغازات الحيوية مثل الأكسجين والميثان في عالم يمكن أن يعيش في المستقبل غير البعيد”.

يتوقع الخط والفريق ما يجب القيام به بعد ذلك ، كرر هذا التحليل للعديد من الكواكب وإنشاء “نموذج” لقياسات الغلاف الجوي على 15 كوكبًا على الأقل.

“نحن الآن في مرحلة يمكننا فيها الحصول على دقة عالية للغاز مقارنة بالكواكب في نظامنا الشمسي. قياس وفرة الكربون والأكسجين (وعناصر أخرى) في الغلاف الجوي لعينة كبيرة من الكواكب الخارجية أمر ضروري لفهم أصل وتطور عمالقة الغاز لدينا ، مثل كوكب المشتري. زحلقال الخط.

كما أنهم يتطلعون إلى ما يمكن أن تقدمه التلسكوبات المستقبلية.

قال لاين: “إذا تمكنا من القيام بذلك في تكنولوجيا اليوم ، فكر فيما يمكننا فعله بالتلسكوبات القادمة مثل تلسكوب ماجلان العملاق”. “إنه احتمال حقيقي أنه بحلول نهاية هذه العقود ، وباستخدام نفس الطريقة ، سنتمكن من اكتشاف الإشارات المحتملة للحياة على كواكب مثل Rock Earth ، خارج نظامنا الشمسي ، والتي تحتوي على الكربون والأكسجين.”

ملاحظة: مايكل ر. لاين ، ماتيو بروكي ، جاكوب ل. فول ، سيدهارث غاندي ، جوزيف جيليسكي ، فيفيان بارمينتييه ، بيتر سميث ، جريجوري ن. صولجان ، “A Solar C / O و Auxiliary Solar Metal in the Solar Jupiter Atmosphere” بقلم ميغان مانسفيلد ، إليسا م. كيمبتون ، جوناثان ج. Fortney و Evgenia Scholnik و Jennifer Patience و Emily Rousher و Jean-Michel Desert و Justin B. واردنير ، 27 أكتوبر 2021 ، طبيعي >> صفة.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03912-6

بالإضافة إلى Line ، يضم فريق البحث جوزيف جاليسكي ، وإيفجينيا شولنيك ، وجنيفر باشنس ، ومدرسة استكشاف الأرض والفضاء بجامعة ولاية أريزونا بيتر سميث ؛ ماتيو بروكي وسيدهارث غاندي جامعة وارويك (المملكة المتحدة)؛ جاكوب بين وميغان مانسفيلد جامعة شيكاغو؛ فيفيان بارمنتيير وجوست واردن جامعة أكسفورد (المملكة المتحدة)؛ جريجوري ميس من جامعة تكساس في أوستن. إليزا كمبتون من جامعة ماريلاند ؛ جوناثان فورتني ، جامعة كاليفورنيا ، سانتا كروز ؛ إميلي راشر من جامعة ميشيغان ؛ وجان ميشيل ديزيرت من جامعة أمستردام.