Атмосфера волнения в связи с изучением европейскими астрономами JWST климата на других планетах

Космический телескоп Джеймса Вебба (JWST), запущенный на Рождество 2021 года, уже сейчас меняет наше представление о планетах в нашей Солнечной системе и далеко за ее пределами. JWST - универсальная спутниковая обсерватория - имеет четкий обзор со своей орбитальной позиции, расположенной на расстоянии 1,5 млн км от Земли в космосе. Это дает ей большое преимущество перед наземными телескопами, которые вынуждены смотреть в космос сквозь туманную атмосферу Земли.

JWST собирает в пять раз больше света, чем космический телескоп Хаббла (HST), что позволяет ему обнаруживать слабые сигналы от далеких миров, используя свои спектроскопические возможности.

"До появления космического телескопа Джеймса Уэбба можно было наблюдать лишь очень небольшое количество молекул, таких как вода, угарный газ и натрий", - сказал Жереми Леконт, астрофизик из Университета Бордо во Франции.

Предыдущие миссии и наблюдения с Земли открыли тысячи экзопланет (находящихся за пределами нашей Солнечной системы), и астрономы уже используют уникальные возможности JWST для изучения строительных блоков жизни во Вселенной. 

Ранее в этом году телескоп Джеймса Уэбба позволил астрофизикам наблюдать экзопланету вокруг солнцеподобной звезды, находящейся на расстоянии 700 световых лет. Звездный свет, проходящий через атмосферу горячей, похожей на Юпитер планеты WASP-39b, дает астрономам возможность заглянуть в химию инопланетного неба.

С Земли телескопы изо всех сил пытаются наблюдать углекислый газ на экзопланетах, поскольку они должны смотреть сквозь углекислый газ в атмосфере планет. Обсерватория JWST позволяет обнаруживать в небе WASP-39b более широкий спектр молекул, включая углекислый газ. Наличие углекислого газа в атмосфере может указывать на существование органической жизни на планете. «Это действительно меняет правила игры», — сказал Леконт. «Нам действительно нужно смотреть на планеты вокруг близких к нам звезд. Это наш лучший шанс охарактеризовать их атмосферу». В частности, его интересуют семь скалистых планет, вращающихся вокруг карликовой звезды TRAPPIST-1, находящейся в 40 световых годах от нас, и особенно их атмосферы. Планеты существуют в обитаемой зоне, а это означает, что на них есть подходящие температуры, чтобы вода оставалась жидкой.

Обычно, когда ученые делают прогнозы относительно атмосферы экзопланеты, они исходят из того, что она однородна — везде существуют одни и те же условия. Это вряд ли верно. Леконте разработал 3D-симулятор (в рамках проекта WHIPLASH) для проведения испытаний на смоделированных планетах с известными характеристиками, такими как наличие жидкой воды. Использование смоделированных планет для проведения этих тестов похоже на то, что ответы лежат в конце учебника по математике: можно запускать тесты и результаты, которые дают модели, можно сравнивать с известными характеристиками.

Вероятно, в ближайшие годы будут обнаружены еще многие тысячи экзопланет, в том числе обнаруженные с помощью нового космического телескопа. Ученые хотят знать, могут ли их модели дать точную информацию. Некоторые ответы на вопросы о далеких экзопланетах могут лежать в Солнечной системе, на четырех крупнейших планетах — Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне. Миссия орбитального аппарата «Юнона» предоставила захватывающий вид на Юпитер, а космический корабль «Кассини» раскрыл подробности о планете Сатурн. Ранее космический аппарат «Вояджер-2», пролетевший мимо Нептуна и Урана, сделал снимки их атмосфер.

«Мы сделали великолепные снимки этих планет со всеми этими крутящимися штормовыми системами и полосами конфетного цвета, которые представляют собой крупномасштабные модели атмосферной циркуляции, — сказал планетолог Ли Флетчер из Лестерского университета. — Но это всего лишь снимок». их атмосферы и климата в конкретный момент времени». Чтобы понять климат и погодные условия, Флетчер возглавляет проект под названием GIANTCLIMES, в котором собраны воедино разрозненные кусочки головоломки их постоянно меняющихся атмосфер. Они использовали прошлые наблюдения с телескопов на Земле, чтобы понять естественные циклы на четырех планетах-гигантах на протяжении многих десятилетий. Эта работа подготовила почву для долгожданных новых карт этих миров от JWST.

Уран и Нептун — самые далекие планеты Солнечной системы, и эти так называемые «ледяные гиганты» до сих пор сохраняют атмосферу таинственности. Они состоят в основном из водорода, гелия и других газов, таких как метан. «Существует так много возможностей для совершенно новых открытий (с этими двумя планетами)», — сказал Флетчер. «Мы плохо разбираемся в работе атмосфер этих ледяных гигантов по сравнению с более изученными газовыми гигантами (Юпитер и Сатурн)». Между тем известно, что на Сатурне есть массивные штормовые системы, а на Нептуне могут быть метановые метели. Ключевой переменной в погодных условиях всегда является температура, с холодными холодными температурами на далеких Нептуне и Уране.

Уже достигнут прогресс с публикацией первых в истории карт атмосферных температур при высоких температурах в стратосфере Урана. Это выявило удивительные системы сезонной циркуляции и яркие пятна над полюсами. Он также предсказывает, что у планет-гигантов, часто расположенных вокруг своей оси, очень длинные времена года. «Мы видим сезоны, модулирующие атмосферную температуру, облака и осадки, как и на планете Земля, — сказал Флетчер, — но мы также видим регулярные естественные циклы в атмосфере, которые не являются сезонными». Мы только начинаем понимать погоду на планетах-гигантах». Кроме того, атмосфера Нептуна демонстрировала значительную штормовую и погодную активность, но команда была удивлена, обнаружив, что летом планета, похоже, охлаждается, а не нагревается.

GIANTCLIMES разогревают прибытие JWST. Новый телескоп уже наблюдал за Юпитером, и в ближайшем будущем он повернется к Урану и Сатурну, а затем к Нептуну в начале 2023 года, что позволит провести сравнение между планетами. «То, как климат влияет на четыре мира, — это суть того, что мы пытаемся понять», — сказал Флетчер. Ожидается, что это позволит лучше понять естественные циклы изменчивости климата, обнаруженные на Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне. Их экстремальные значения могут даже рассказать нам больше о собственном климате Земли и погодных условиях. Исследования четырех гигантов также имеют отношение к исследованию экзопланет. «У нас есть набор различных планетных атмосфер в нашей Солнечной системе, которые формируют шаблон того, что мы могли бы ожидать увидеть вокруг других звезд», — сказал Флетчер.

«Возможно, эти экзопланетные цели также демонстрируют схожие естественные циклы, и конечная цель состоит в том, чтобы попытаться прогнозировать погоду или климат для всех планет, а не только для тех, которые находятся в нашей Солнечной системе», — заключил Флетчер. JWST позволит ученым лучше рассмотреть небо планет в дальних уголках Солнечной системы, а также миры, удаленные на несколько световых лет, некоторые из которых могут быть окружены защитной атмосферой и земными условиями, благоприятными для внеземной жизни. «Две области быстро развиваются в астрофизике. Это экзопланеты и космология, которые на самом деле сводятся к вопросу о Боге и жизни, откуда взялась Вселенная и откуда пришли мы», — сказал Леконт.

Источник