Tarptautinė mokslininkų komanda, naudodama Gemini Žemės observatorijos teleskopą Čilėje, pirmoji tiesiogiai išmatavo vandens ir anglies monoksido kiekį kitos Saulės sistemos planetos atmosferoje, esančioje maždaug už 340 šviesmečių.

Komandai vadovauja docentas Michaelas Lane’as iš Arizonos valstijos universiteto Žemės ir kosmoso tyrimų mokyklos, o rezultatai buvo paskelbti šiandien (2021 m. spalio 27 d.) žurnale. santūrus pobūdis.

Yra tūkstančiai žinomų planetų už mūsų Saulės sistemos ribų (vadinamų egzoplanetomis). Mokslininkai naudoja kosminius ir antžeminius teleskopus, kad ištirtų, kaip šios egzoplanetos susidaro ir kuo jos skiriasi nuo mūsų Saulės sistemos planetų.

Šiame tyrime Laine’as ir jo komanda sutelkė dėmesį į planetą „WASP-77Ab“, kurios tipą ekstrasaline planeta vadinamas „karštas” Jupiteris„Nes jie yra kaip Jupiteris mūsų saulės sistemoje, bet jų temperatūra viršija 2000 laipsnių F.

Tada jie sutelkė dėmesį į atmosferos sudėties matavimą, kad nustatytų, kurie elementai yra, palyginti su žvaigžde, kurią ji skrieja.

„Atsižvelgiant į jų dydžius ir temperatūrą, karštieji Jupiteriai yra puikios laboratorijos atmosferos dujoms matuoti ir mūsų teorijoms apie planetų formavimąsi išbandyti“, – sakė Lane’as.

Nors dar negalime siųsti erdvėlaivių į planetas, esančias už mūsų Saulės sistemos ribų, mokslininkai gali tirti šviesą iš egzoplanetų naudodami teleskopus. Teleskopai, kuriuos jie naudoja šiai šviesai stebėti, gali būti arba erdvėje, pvz Hablo kosminis teleskopas, arba iš Žemės, pavyzdžiui, Gemini observatorijos teleskopai.

Lane’as ir jo komanda aktyviai dalyvavo matuojant egzoplanetų atmosferos sudėtį naudojant Hablo, tačiau gauti šiuos matavimus buvo sunku. Ne tik vyksta sunki konkurencija dėl teleskopo laiko, Hablo prietaisai matuoja tik vandenį (arba deguonį), o komanda taip pat turi surinkti anglies monoksido (arba anglies) matavimus.

Čia komanda kreipėsi į Gemini Pietų teleskopą.

„Turėjome išbandyti kažką kito, kad atsakytume į mūsų klausimus“, – sakė Lane’as. „Ir mūsų Pietų Dvynių galimybių analizė parodė, kad galime gauti labai tikslius atmosferos matavimus.

Gemini South yra 8,1 metro teleskopas, esantis ant kalno Čilės Anduose, vadinamame Cerro Pachón, kur labai sausas oras ir nereikšmingas debesuotumas daro jį puikia teleskopo vieta. Jį valdo Nacionalinio mokslo fondo NOIRLab (Nacionalinė optinės ir infraraudonųjų spindulių astronomijos tyrimų laboratorija).

Naudodama Gemini Pietų teleskopą ir prietaisą, pavadintą Immersion Grating Infrared Spectrometer (IGRINS), komanda stebėjo šiluminį egzoplanetos švytėjimą, kai ji skrieja aplink savo žvaigždę. Iš šio prietaiso jie rinko informaciją apie įvairių dujų buvimą ir santykinius kiekius atmosferoje.

Kaip ir oro ir klimato palydovai, naudojami vandens garų ir anglies dioksido kiekiui Žemės atmosferoje matuoti, mokslininkai gali naudoti spektrometrus ir teleskopus, tokius kaip IGRINS Dvynių pietuose, norėdami išmatuoti įvairių dujų kiekį kitose planetose.

„Bandymas išsiaiškinti planetų atmosferos sudėtį prilygsta bandymui išaiškinti nusikaltimą naudojant pirštų atspaudus“, – sakė Lane’as. „Suteptas piršto atspaudas jo per daug nesumažina, tačiau labai švarus ir tvarkingas piršto atspaudas suteikia unikalų nusikaltimą padariusio asmens identifikatorių.

Kai Hablo kosminis teleskopas komandai suteikė vieną ar du paslaptingus pirštų atspaudus, IGRINS iš Gemini South komandai suteikė visą skaidrių pirštų atspaudų rinkinį.

Naudodama aiškius vandens ir anglies monoksido matavimus WASP-77Ab atmosferoje, komanda galėjo įvertinti santykinį deguonies ir anglies kiekį egzoplanetos atmosferoje.

Išmatavę Doplerio poslinkį, parodytą dešiniajame šio paveikslo stulpelyje, mokslininkai gali rekonstruoti planetos orbitos greitį laiku link Žemės arba nuo jos. Planetos signalo stiprumas, kaip parodyta viduriniame stulpelyje, išilgai prognozuojamo planetos tariamojo greičio (brūkšniuotos jūros kreivės), kai ji skrieja aplink žvaigždę, yra informacijos apie įvairių dujų kiekį atmosferoje. Kreditas: P. Smith/M. Lines. Selkirkas / ASU

„Šios sumos atitiko mūsų lūkesčius ir yra maždaug tokios pat, kaip ir laidos vedėjos“, – sakė Lane’as.

Didelio kiekio itin smulkių dujų patekimas į egzoplanetų atmosferą yra ne tik svarbus techninis žygdarbis, ypač naudojant antžeminį teleskopą, bet ir gali padėti mokslininkams ieškoti gyvybės kitose planetose.

„Šis darbas parodo, kaip galiausiai galima išmatuoti biologinio požymio dujas, tokias kaip deguonis ir metanas, potencialiai tinkamuose gyventi pasauliuose netolimoje ateityje“, – sakė Lane’as.

Line ir jo komanda tikisi toliau atlikti šią analizę kelioms planetoms ir sukurti atmosferos matavimų „pavyzdį“ mažiausiai 15 kitų planetų.

„Dabar esame tokioje vietoje, kur galime gauti dujų gausos frakcijas, panašias į mūsų Saulės sistemos planetų. Anglies ir deguonies (ir kitų elementų) gausos matavimas didesnio egzoplanetų mėginio atmosferoje suteikia labai reikalingų rezultatų. kontekstą, kad suprastume mūsų dujų gigantų, tokių kaip Jupiteris ir, kilmę ir evoliuciją SaturnasLine pasakė.

Jie taip pat nekantriai laukia, ką ateityje gali pasiūlyti teleskopai.

„Jei galime tai padaryti naudodami šiandienines technologijas, pagalvokite, ką galėsime padaryti su naujais teleskopais, tokiais kaip milžiniškas Magelano teleskopas“, – sakė Lane’as. „Reali tikimybė, kad iki šio dešimtmečio pabaigos galėsime panaudoti tą patį metodą potencialiems gyvybės signalams, kuriuose taip pat yra anglies ir deguonies, tyrinėti uolinėse, į Žemę panašiose planetose, esančiose už mūsų Saulės sistemos ribų.

Nuoroda: Michael R. Line, Matteo Brugi, Jacob L. Penn, Siddharth Gandhi, Joseph Zaleski, Vivian Parmentier, Peter Smith, Gregory N. Megan Mansfield, Eliza M. Kimpton, Jonathan J. Fortney, Evgenia Shkolnik, Jennifer Passion, Emily Rausher, Jean-Michel Desert ir Just B Wardner, 2021 m. spalio 27 d. santūrus pobūdis.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03912-6

Be Line, tyrimų grupėje yra Josephas Zaleskis, Evgenia Shkolnik, Jennifer Patchens ir Peteris Smithas iš Arizonos valstijos universiteto Žemės ir kosmoso tyrinėjimų mokyklos; Matthew Bruggi ir Siddharthas Gandhi iš Warwick universitetas (Jungtinė Karalystė); Jacobas Beanas ir Megan Mansfield iš Čikagos universitetas; Vivien Parmentier ir Joost Wardenier iš Oksfordo universitetas (Jungtinė Karalystė); Gregory Maysas iš Teksaso universiteto Ostine. Eliza Kempton iš Merilendo universiteto; Jonathanas Fortney iš Kalifornijos universiteto Santa Kruze; Emily Rausher iš Mičigano universiteto; ir Jean-Michel Desert iš Amsterdamo universiteto.