Astronomowie, korzystający z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba NASA, przyjrzeli się z bliska atmosferze rzadkiej planety olbrzyma, której temperatury są zaskakująco zbliżone do ziemskich. Według nowych badań, planeta wielkości Saturna, znana jako TOI-199b, zawiera w swojej atmosferze metan.
Odkrycie to jest nietypowe, ponieważ planety olbrzymy zwykle charakteryzują się w ekstremalnymi temperaturami. W naszym Układzie Słonecznym Jowisz i Saturn są na przykład niezwykle zimne, ponieważ krążą daleko od Słońca. Z kolei wiele olbrzymich egzoplanet odkrytych poza naszym Układem Słonecznym to gorące Jowisze, planety krążące bardzo blisko swoich gwiazd i osiągające zawrotne temperatury sięgające tysięcy stopni.
TOI-199b plasuje się gdzieś pomiędzy. Jest jedną z niewielu znanych planet olbrzymów o umiarkowanym klimacie, a naukowcy twierdzą, iż to pierwszy raz, kiedy atmosfera którejś z nich została zbadana tak szczegółowo.
Odkrycia mogą pomóc udoskonalić modele powstawania i ewolucji planet i atmosfer. Naukowcy twierdzą również, iż badania te mogą ostatecznie dostarczyć nowych informacji na temat atmosfery Ziemi. Badanie, przeprowadzone przez naukowców z Penn State i Jet Propulsion Laboratory (JPL) NASA w California Institute of Technology, zostało opublikowane w czasopiśmie Astronomical Journal.
Zaskakująco łagodny olbrzym
Jedną z głównych zalet badań planet poza naszym Układem Słonecznym, znanych jako egzoplanety, jest możliwość badania wielu różnych typów planet, zwłaszcza tych, których nie widzimy w Układzie Słonecznym, i poznania, jak powstają i ewoluują układy planetarne. Odkąd pierwsza egzoplaneta została odkryta w 1992 roku przez zespół, w którego skład wchodził Aleksander Wolszczan z Penn State, astronomowie odkryli tysiące egzoplanet. Znanych jest jednak tylko kilka olbrzymich egzoplanet o umiarkowanym klimacie i po raz pierwszy mogliśmy szczegółowo zbadać atmosferę jednej z nich – powiedział Renyu Hu, profesor nadzwyczajny astronomii i astrofizyki w Penn State Eberly College of Science i kierownik zespołu badawczego.
TOI-199b krąży wokół gwiazdy oddalonej od Ziemi o ponad 330 lat świetlnych, a jej jedno okrążenie trwa mniej więcej 100 dni.
Temperaturę planety szacuje się na około 79 stopni Celsjusza. Choć wciąż jest ekstremalnie gorąco jak na przeciętny dzień na Ziemi, to jest to znacznie chłodniej niż na większości badanych dotychczas olbrzymich egzoplanet.
Oznacza to, iż TOI-199b jest planetą o wiele łagodniejszą od gorących Jowiszy, a jednocześnie znacznie cieplejszą od zamrożonych gazowych olbrzymów w naszym Układzie Słonecznym, gdzie temperatury mogą spaść choćby do 200 stopni poniżej zera.
Więcej na Spider’s Web:
Światło pod lupą naukowców
Aby zbadać atmosferę TOI-199b, naukowcy wykorzystali metodę zwaną spektroskopią transmisyjną. Technika ta pozwala astronomom badać światło gwiazd przechodzące przez atmosferę planety, gdy planeta przesuwa się (z punktu widzenia teleskopu) przed tarczą swojej gwiazdy.
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba rozdziela światło gwiazdy na różne długości fal, podobnie jak pryzmat rozszczepia białe światło, tworząc tęczę.
Gdy planeta przechodzi przed swoją gwiazdą, część światła gwiazdy przechodzi przez atmosferę planety, gdzie oddziałuje z pierwiastkami i cząsteczkami w atmosferze. Konkretne pierwiastki pochłaniają określone długości fal światła, tworząc w widmie światła wykrywanym przez JWST odcisk palca, który odzwierciedla skład atmosfery – powiedział Aaron Bello-Arufe, pierwszy autor artykułu.
Naukowcy najpierw zebrali około 20 godz. ciągłych obserwacji, aby ustalić bazowy pomiar światła gwiazdy. Sam tranzyt planety trwał około siedmiu godzin, znacznie dłużej niż typowe tranzyty gorących Jowiszów, które mogą trwać godzinę lub krócej.
Następnie naukowcy porównali widmo światła zarejestrowane podczas tranzytu z pomiarami bazowymi. Różnice ujawniły, które długości fal zostały pochłonięte przez atmosferę planety, co pozwoliło zespołowi zidentyfikować obecne gazy.
Kiedy porównaliśmy widma z okresu tranzytu z widmem bazowym, zauważyliśmy, iż atmosfera blokuje długości fal światła gwiazd absorbowanego przez metan. Modele składu umiarkowanych egzoplanet gazowych olbrzymów przewidywały, iż będą one zawierały metan, więc dobrze jest uzyskać potwierdzenie, iż nasze teorie są trafne – powiedział Bello-Arufe.
Oprócz metanu obserwacje wskazują również na obecność amoniaku i dwutlenku węgla.
Dzięki dodatkowym obserwacjom tej planety moglibyśmy określić względną obfitość tych różnych gazów w jej atmosferze. Ten pełniejszy obraz atmosfery umiarkowanego gazowego olbrzyma może następnie posłużyć do ulepszenia naszych modeli i potencjalnie lepszego zrozumienia, jak planety i ich atmosfery powstają i ewoluują, również w przypadku Ziemi – powiedział Hu.
Główna ilustracja: Wizja artystyczna gazowego olbrzyma krążącego wokół swojej odległej gwiazdy macierzystej. Źródło: NASA/JPL-Caltech
