naudojant James Webb kosminis teleskopasAstronomai stebėjo tris nykštukines planetas… Kuiperio diržasIr lengvųjų angliavandenilių bei sudėtingų molekulių atradimas. Šie rezultatai pagerina mūsų supratimą apie išorinės saulės sistemos objektus ir pabrėžia Jameso Webbo kosminio teleskopo galimybes kosmoso tyrinėjimams.

į Kuiperio diržasDidžiulis mūsų Saulės sistemos pakraščio regionas, apgyvendintas nesuskaičiuojamų ledinių kūnų, yra mokslinių atradimų lobynas. Aptikimas ir apibūdinimas Kuiperio juostos objektai (KBO), kartais vadinami Transneptūno objektai (TNO kūnai) paskatino naujai suprasti Saulės sistemos istoriją. Kuiperio juostos objektų išsiliejimas yra gravitacinių srovių, suformavusių Saulės sistemą, rodiklis ir atskleidžia dinamišką planetų migracijos istoriją. Nuo XX amžiaus pabaigos mokslininkai norėjo atidžiau pažvelgti į Kuiperio juostos objektus, kad sužinotų daugiau apie jų orbitas ir sudėtį.

Jameso Webbo kosminio teleskopo stebėjimai

Objektų tyrinėjimas išorinėje saulės sistemoje yra vienas iš daugelio James Webb kosminio teleskopo (JWST) tikslų. Naudojant Webb gautus duomenis Artimųjų infraraudonųjų spindulių spektrometras (NIRSpec), tarptautinė astronomų komanda, stebėjo tris nykštukines planetas Kuiperio juostoje: Sedna, Jungjung ir Kwar. Šie stebėjimai atskleidė daug įdomių dalykų apie jų orbitas ir sudėtį, įskaitant lengvuosius angliavandenilius ir sudėtingas organines molekules, kurios, kaip manoma, yra metano švitinimo produktai.

Tyrimui vadovavo Šiaurės Arizonos universiteto astronomijos ir planetų mokslo profesorius Joshua Emery. Prie jo prisijungė tyrinėtojai iš NASAGoddardo kosminių skrydžių centras (GSFC). Erdvinės astrofizikos institutas (Paryžiaus-Saclay universitetas). Pinhead institutas, Floridos kosmoso institutas (Centrinės Floridos universitetas). Lowell observatorija, Pietvakarių tyrimų institutas (Swei) ir Kosminio teleskopo mokslo institutas (STScI), Amerikos universitetas. ir Kornelio universitetas. Išankstinis jų popieriaus spaudinys pasirodė internete ir yra peržiūrimas, kad jį paskelbtų Ikaras.

Nuo paskutinio Arrokoth objekto praskriejimo Kuiperio juostoje, New Horizons misija tyrinėjo Kuiperio juostos objektus ir atlieka heliosferos bei astrofizinius stebėjimus. Vaizdo kreditas: NASA/JHUAPL/SwRI//Roman Tkachenko

Kuiperio juostos tyrinėjimo istorija

Nepaisant visų astronomijos ir robotų tyrinėtojų pažangos, tai, ką mes žinome apie Trans-Neptūną ir Kuiperio juostą, vis dar yra ribota. Kol kas vienintelė studijų užduotis Uranas, NeptūnasPagrindiniai jų palydovai buvo… Kelionė 2 Šių dviejų ledo milžinų misija praskriejo atitinkamai 1986 ir 1989 m. Be to, Nauji horizontai Ši misija buvo pirmasis erdvėlaivis, tirtas Plutonas ir jo palydovai (2015 m. liepos mėn.) ir vienintelis, susidūręs su Kuiperio juostos objektu, kuris įvyko 2019 m. sausio 1 d., kai jis nuskrido arti Kuiperio juostos, žinomos kaip Arrokoth.

Astronomų prognozės iš JWST

Tai viena iš daugelio priežasčių, kodėl astronomai nekantriai laukė Jameso Webbo kosminio teleskopo paleidimo. Be egzoplanetų ir seniausių visatoje galaktikų tyrimo, galingos infraraudonųjų spindulių vaizdavimo galimybės taip pat buvo nukreiptos į mūsų kiemą, atskleidžiančius naujus… Marsas, Jupiterisir ji Didžiausias palydovas. Atlikdami tyrimą Emery ir jo kolegos rėmėsi beveik infraraudonųjų spindulių duomenimis, kuriuos Webbas gavo apie tris Kuiperio juostos planetas – Sedną, Gungongą ir Kuarą. Šių objektų skersmuo yra apie 1000 km (620 mylių), todėl jie yra viduje Tarptautinės astronomijos sąjungos nykštukinių planetų klasifikacija.

Įžvalgos apie nykštukines planetas

Kaip Emery elektroniniu paštu pasakojo „Universe Today“, šie objektai yra ypač įdomūs astronomams dėl savo dydžio, orbitų ir sudėties. Kiti trans-Neptūno objektai – tokie kaip Plutonas, Erisas, Haumėjas ir Makemakė – savo paviršiuose išlaikė lakiųjų ledų (azoto, metano ir kt.). Vienintelė išimtis yra Haumea, kuri prarado savo nepastovumą dėl (matyt) reikšmingo poveikio. Kaip sakė Emery, jie norėjo sužinoti, ar Sedna, Goggong ir Quaoar paviršiuose taip pat yra panašių lakiųjų medžiagų:

„Ankstesnis darbas parodė, kad jie gali tai padaryti. Nors jie visi yra maždaug panašaus dydžio, jų orbitos skiriasi. Sedna yra objektas iš vidinio Oorto debesies, kurio perihelis yra 76 AU ir apogėjus apie 1000 AU. Gunggung yra Elipsinė orbita Taip pat nepaprastai, su 33 AU periheliu ir ~100 AU apogeju, Kuaras yra santykinai apskritoje orbitoje netoli 43 AU. Šios orbitos pastato objektus skirtinguose temperatūros režimuose ir skirtingose ​​spinduliuotės aplinkose (pvz., Sedna, „Jis praleidžia didžiąją laiko dalį yra už Saulės heliosferos ribų. Norėjome ištirti, kaip šios skirtingos orbitos veikia paviršius. Taip pat ant paviršių yra kitų įdomių ledų ir sudėtingų organinių medžiagų.”

Vaizdai iš vieno iš dviejų Sednos, Goonggong ir Quoar PRISM stebėjimų. Kreditas: Emery, J.P. ir kt. (2023 m.)

Naudodama duomenis iš Webb NIRSpec prietaiso, komanda stebėjo visus tris objektus mažos skiriamosios gebos prizmės režimu, kurių bangos ilgis yra nuo 0,7 iki 5,2 mikrometrų (µm), todėl jie visi buvo artimo infraraudonųjų spindulių spektre. Papildomi Quaoar stebėjimai buvo atlikti nuo 0, 97 iki 3, 16 μm, naudojant vidutinės skiriamosios gebos tinklelius su dešimt kartų didesne spektrine skiriamąja geba. Gauti spektrai atskleidė keletą įdomių dalykų apie šiuos TNO objektus ir jų paviršiaus kompozicijas, sakė Emery:

„Mes aptikome daug etano (C2H6) ant trijų kūnų, ypač ant Sednos. Sedna taip pat rodo acetileną (C2H2) ir etileną (C2H4). Gausumas yra susijęs su orbita (daugiausia ant Sednos, mažiau ant Gunggung ir mažiausiai ant Kuwar), o tai atitinka santykinę temperatūrą ir radiacinę aplinką. Šios molekulės yra tiesioginio metano (CH4) švitinimo produktai. Jei etanas (ar kitas) būtų buvę ant paviršių ilgą laiką, jis būtų pavirtęs į Kadangi mes vis dar jas matome, abejojame, ar stogai turi būti gana reguliariai pildomi metanu (CH4).

Šios išvados atitinka tuos, kurie buvo pateikti dviejuose naujausiuose tyrimuose, kuriuos vedė Dr. Will Grundy, Lowell observatorijos astronomas ir NASA asocijuotas tyrėjas. Nauji horizontai misija, ir Chrisas Glennas, planetų mokslininkas ir geochemikas iš SwRI. Abiejuose tyrimuose Grundy, Glennas ir jų kolegos išmatavo deuterio ir vandenilio (D/H) santykį metane ant Iris ir Makemake ir padarė išvadą, kad metanas nebuvo primityvus. Vietoj to, jie teigia, kad santykiai atsiranda dėl to, kad metanas yra apdorojamas viduje ir tiekiamas į paviršių.

„Mes manome, kad tas pats gali būti pasakytina apie Sedną, Gonggongą ir Quaoarą“, – sakė Emery. „Taip pat matome, kad Sedna, Goonggong ir Quaoar spektrai skiriasi nuo mažesnių KBO. Neseniai vykusiose dviejose konferencijose buvo kalbama, kad JWST duomenys mažesniems KBO suskirstyti į tris grupes, iš kurių nė viena neprimena Sedna, Gonggong ir Quaoar. Jie sutinka Tai rezultatas, nors mūsų trys didesni kūnai turi skirtingą geoterminę istoriją.

Aštuonių didžiausių TNO palyginimas su Žeme (visi pagal mastą). Autoriai: NASA/Lexicon

Rezultatų pasekmės

Šie rezultatai gali turėti svarbių pasekmių tiriant Kuiperio juostos objektus, TNO ir kitus objektus išorinėje saulės sistemoje. Tai apima naują įžvalgą apie objektų susidarymą už šalčio linijos planetinėse sistemose, o tai reiškia liniją, už kurios lakieji junginiai užšąla. Mūsų saulės sistemoje trans-Neptūno regionas atitinka azoto liniją, kur objektai sulaiko didelius lakiųjų medžiagų kiekius, kurių užšalimo temperatūra yra labai žema (pvz., azoto, metano ir amoniako). Emery teigė, kad šios išvados taip pat iliustruoja evoliucinių procesų, vykstančių šio regiono kūnuose, tipą:

„Pagrindinis poveikis gali būti nustatyti tūrį, kuriuo Kuiperio juostos objektai tapo pakankamai šilti, kad būtų galima vidinį pirminio ledo perdirbimą ir galbūt net diferenciaciją. Taip pat turėtume turėti galimybę panaudoti šiuos spektrus, kad geriau suprastume paviršiaus ledo apdorojimą spinduliuote. Išorinė saulės sistema.

Šio tyrimo rezultatai taip pat parodo James Webb kosminio teleskopo, kuris jau keletą kartų pasiteisino nuo tada, kai pradėjo veikti praėjusių metų pradžioje, galimybes. Tai taip pat primena, kad Webbas ne tik suteikia naujų įžvalgų ir naujų atradimų apie tolimas planetas, galaktikas ir didelio masto visatos struktūrą, bet ir gali atskleisti dalykų apie mūsų mažąjį visatos kampelį.

„James Webb kosminio teleskopo duomenys yra nuostabūs”, – pridūrė Emery. „Tai leido mums gauti spektrus ilgesniais bangos ilgiais, nei galėtume iš Žemės, o tai leido aptikti šiuos ledus. Dažnai, kai stebime naują bangų ilgių diapazoną, neapdoroti duomenys gali būti labai prastos kokybės. James Webb teleskopas to nepadarė. buvo atidarytas Kosminis zondas ne tik suteikė naują bangos ilgių diapazoną, bet ir pateikė fantastiškai aukštos kokybės ir jautrius duomenis apie įvairias išorinės saulės sistemos paviršiaus medžiagas.

Adaptuota iš straipsnio, kuris iš pradžių buvo paskelbtas Visata šiandien.

Nuoroda: „Pasakojimas apie tris nykštukines planetas: ledas ir organika Sednoje, Gungonge ir Kuvare iš JWST spektroskopijos“, J. P. Emery, I. Wongas, R. Brunetto, J. C. Cookas, N. Pinilla-Alonso, J. A. Stansbury, B. J. Holler, W. M. Grundy, S. Protopapa, A. C. Souza-Feliciano, E. Fernández-Valenzuela, J. I. Lunine ir D. C. Hines, 2023 m. rugsėjo 26 d. Astrofizika > Žemės ir planetų fizika Astrofizika.
arXiv: 2309.15230