Новые климатические модели семи планет системы небольшой звезды TRAPPIST-1

Не все звезды в нашей Вселенной похожи на Солнце, поэтому не все планетные системы можно изучать, исходя из допущений, верных лишь для системы нашей звезды. В новом исследовании, проведенной командой исследователей под руководством Эндрю Линковски (Andrew Lincowski), докторанта Вашингтонского университета, США, представлены новые климатические модели для семи планет, движущихся вокруг звезды TRAPPIST-1. Эта работа также поможет астрономам более эффективно изучать планеты, обращающиеся вокруг других звезд, непохожих на наше Солнце, и более эффективно использовать ограниченные и весьма дорогостоящие ресурсы космического телескопа James Webb («Джеймс Уэбб»), запуск которого по информации, доступной на сегодняшний день, намечен на 2021 г. Согласно находкам команды Линковски, все семь планет, обращающихся вокруг звезды TRAPPIST-1, эволюционировали по типу Венеры – то есть, на ранних этапах их существования на поверхностях планет находилась вода, которая впоследствии испарилась, и теперь планеты оказались окружены плотной, непригодной для существования жизненных форм атмосферой. Лишь одна из планет, TRAPPIST-1 e, может представлять собой подобную Земле планету, поверхность которой покрыта глобальным океаном – и эта планета может представлять интерес для более глубокого изучения с точки зрения определения возможной обитаемости, пояснили исследователи.

Построенные командой Линковски модели климата экзопланет системы TRAPPIST-1 позволяют сформировать искусственные спектры атмосферных газов, соответствующие тому или иному составу атмосферы, которые затем можно будет сравнить со спектрами атмосфер этих планет, наблюдаемыми при помощи строящейся в настоящее время космической обсерватории НАСА James Webb, пояснили авторы.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» будет изучать атмосферы газовых гигантов

В апреле 2018 г. НАСА запустило в космос аппарат под названием Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Главной целью этой миссии является локализация планет размером с Землю и более крупных «суперземель» для дальнейшего подробного изучения. Одним из наиболее мощных инструментов для изучения атмосфер таких планет станет космический телескоп James Webb («Джеймс Уэбб») НАСА. Поскольку наблюдения небольших планет с тонкими атмосферами, таких как Земля, будут представлять сложность для «Уэбба», астрономы сначала выберут в качестве научных целей более доступные для наблюдения экзопланеты класса газовых гигантов. Первые наблюдения газовых гигантов при помощи космического телескопа James Webb будут проведены по программе Discretionary Early Release Science program. В рамках этой программы предполагаются три различных типа наблюдений: получение спектра атмосферы планеты при ее транзите перед звездой, получение фазовой кривой планеты и определение собственного свечения планеты на фоне звезды.

Для получения спектра поглощения атмосферы экзопланеты при прохождении ее перед звездой астрономы выбрали планету WASP-79b. Эта планета размером с Юпитер находится на расстоянии примерно 780 световых лет от Земли. Команда планирует определить содержание воды, монооксида углерода и диоксида углерода в составе вещества атмосферы планеты WASP-79b.

Второй тип наблюдений, получение фазовой кривой, применим для планет, находящихся в приливном захвате по отношению к звезде, то есть обращенных к светилу все время лишь одной стороной. Когда такая планета находится перед диском звезды, мы видим ее обратную, «заднюю» сторону, а когда планета пребывает за диском звезды – фронтальную, «лицевую» сторону планеты. При движении планеты по орбите вокруг звезды фаза, таким образом, меняется, и измерение этих изменений поможет получить данные по температуре планеты, количестве облаков и химическом составе ее вещества как функциям долготы. Ученые будут снимать фазовую кривую для «горячего юпитера» WASP-43b.

Последний из этих трех типов наблюдений связан с измерением собственного свечения планеты на фоне яркого света родительской звезды. Для этого метода следует выбирать планеты, имеющие высокую собственную яркость в ИК-диапазоне. Для наблюдений по этому методу при помощи космической обсерватории James Webb была выбрана планета WASP-18b, температура которой оценивается почти в 2900 Кельвинов.

NASA проводит финальные тестирования телескопа James Webb перед отправкой в космос

8 марта инженеры удалили комбинированные оптические и научные приборы космического телескопа James Webb (NASA) из своего контейнера для перевозки в высоком заливе в Аэропортовом комплексе Northrop Grumman в Редондо-Бич, штат Калифорния, и сообщили о следующем шаге в интеграции и тестировании обсерватории. Northrop является заключительным этапом поездки Webb, прежде чем он отправится на свою стартовую площадку в Куру, Французская Гвиана. Инженеры проведут окончательное тестирование на объекте, чтобы обеспечить последнюю стадию подготовки обсерватории к космосу. Комбинированная оптическая и научная техника Webb, научная полезная нагрузка, - это половина обсерватории, включающая 6,5-метровое золотое первичное зеркало Webb. Научная полезная нагрузка недавно прибыла в Нортроп после тестирования в Космическом центре Джонсона в Хьюстоне NASA. Интегрированный космический корабль и солнцезащитный козырек - другая половина обсерватории, которая находится в финальной сборке в Нортропе, был подвержен собственным испытаниям среды запуска.

 Затем будут проведены дополнительные испытания, дабы убедиться, что полностью собранная обсерватория будет успешно работать на своей орбите во второй точке солнечной Земли Лагранжа (L2).

Обширные и тщательные испытания перед запуском доказали свою эффективность в обеспечении того, чтобы миссии NASA достигли своих целей в космосе. James Webb далеко продвинулся на этапе тестирования, большой успех с телескопом и научными инструментами предполагаемо доставит впечатляющие результаты, которые мы ожидаем», - сказал Эрик Смит, директор проекта James Webb в штаб-квартире NASA в Вашингтоне, округ Колумбия.

Эти заключительные испытания в Нортропе имеют решающее значение для обеспечения функционирования собранной обсерватории в космосе. Развертывание - самая важная часть поездки Webb к L2. Чтобы добраться до космоса, телескоп должен свернуть оригами в своей ракете Ariane 5 для запуска. Разместившись в космосе и отсоединившись от адаптера полезной нагрузки ракеты, Webb разворачивает солнцезащитный козырек и разворачивает свои зеркала, в том числе его очень сложное основное зеркало. Это будет первый космический телескоп, который завершит такой сложный процесс.

Космический телескоп им. Джеймса Уэбба NASA - это первая в мире инфракрасная космическая обсерватория следующего десятилетия. Webb будет решать загадки Солнечной системы, смотреть за пределы далеких миров вокруг других звезд и исследовать таинственные структуры и происхождение Вселенной и место человечества в ней. Webb - международная программа под руководством NASA со своими партнерами, Европейским космическим агентством (ESA) и Канадским космическим агентством (CSA).

Космический телескоп James Webb поможет искать воду в межзвездном пространстве

Вода необходима для жизни, однако как она образуется? Для формирования молекулы воды недостаточно просто смешать водород и кислород: нужны специальные условия, которые поддерживаются глубоко внутри ледяных молекулярных облаков, где пыль экранирует облака реагентов от ультрафиолетового излучения, что способствует протеканию реакции образования воды. Строящийся в настоящее время космический телескоп НАСА James Webb («Джеймс Уэбб») будет всматриваться в эти «космические резервуары» в поисках ключей к пониманию происхождения и эволюции воды и других веществ, необходимых планете для того, чтобы она могла стать обитаемой. Молекулярное облако представляет собой расположенное в межзвездном пространстве облако, состоящее из пыли и газа и включающее большое число различных молекул, начиная от молекулярного водорода (H2) и вплоть до сложной органики на основе углерода. Молекулярные облака содержат большую часть воды Вселенной и служат «колыбелями» для новорожденных звезд и обращающихся вокруг них планет.

Внутри этих облаков на поверхностях зерен пыли атомы водорода соединяются с кислородом, формируя воду. Углерод соединяется с водородом, формируя метан. Азот соединяется с водородом, формируя аммиак. Все эти молекулы прилипают к поверхности пылинок и накапливаются на них, формируя со временем ледяные слои.

Для исследования льда в межзвездном пространстве команда ученых во главе с Мелиссой МакКлюр (Melissa McClure) из Амстердамского университета, Нидерланды, будет использовать спектрографы NIRSpec и MIRI космического телескопа James Webb, которые позволят получить в пять раз более высокое разрешение, по сравнению с любыми другими космическими телескопами, в ближнем и среднем ИК-диапазонах. Астрономы будут наблюдать комплекс Хамелеон, звездообразовательную область, видимую в южном небе. Этот звездный комплекс находится на расстоянии примерно 500 миллионов световых лет от Земли и содержит несколько сотен протозвезд, возраст самых старых из которых составляет всего лишь не более 1 миллиона лет. При прохождении света звезд сквозь богатое льдами межзвездное пространство будет происходить избирательное поглощение, и по наблюдаемым линиям поглощения ученые смогут оценить состав льдов межзвездного пространства.

Удивительные находки ставят новые вопросы относительно атмосфер планет-гигантов

Самая горячая точка газовой планеты, расположенной рядом с далекой звездой, располагается не там, где ее ожидали увидеть астрофизики – открытие, которое противоречит предсказаниям, сделанным на основе современной модели атмосфер планет этого класса. В отличие от нашего Юпитера так называемые «горячие юпитеры» обращаются очень близко к родительской звезде, так близко, что один оборот вокруг звезды они совершают менее чем за трое суток. Одно полушарие этих планет всегда обращено к звезде, в то время как другое полушарие всегда «смотрит» в космическую тьму. Поэтому самая горячая точка в атмосфере таких планет располагается на дневной стороне. Наблюдения за другими горячими юпитерами и теоретические предсказания указывают также на то, что в атмосферах этих планет близ экватора дуют ветра в восточном направлении, которые иногда смещают самую горячую точку к востоку. Однако в случае таинственной экзопланеты CoRoT-2b самая горячая точка обнаружилась в противоположном направлении – к западу от центра. 

Исследовательская группа под руководством Лизы Данг (Lisa Dang), студента докторантуры Университета Макгилл, Канада, наблюдавшая эту планету при помощи космического телескопа НАСА Spitzer («Спитцер»), предлагает три возможных объяснения этого факта.

Во-первых, планета может вращаться вокруг внутренней оси настолько медленно, что один оборот вокруг оси происходит дольше, чем полный оборот вокруг звезды. В этом случае, действительно, формируются ветра, дующие в западном направлении, однако гипотеза плохо соответствует модели гравитационного взаимодействия между звездой и планетой, находящейся на настолько узкой орбите. Вторая рассматриваемая командой Данг гипотеза объясняет западное смещение горячей точки взаимодействием с магнитным полем планеты. Это дало бы редкую возможность изучить магнитное поле экзопланеты. Третья гипотеза говорит о том, что восточную часть планеты могут покрывать толстым слоем облака, заставляющие ее казаться менее яркой, чем на самом деле. Однако эта гипотеза плохо сходится с современными моделями циркуляции атмосферы на таких планетах.

Для выбора в пользу одной из рассматриваемых гипотез или выработки новых предположений команде Данг требуются дополнительные наблюдения системы CoRoT-2 при помощи нового космического телескопа НАСА James Webb («Джеймс Уэбб»), запуск которого намечен на следующий год.

Две суперземли на орбите вокруг звезды K2-18

В новом исследовании, в котором были использованы данные, собранные при помощи научных инструментов Европейской южной обсерватории, показано, что малоизученная экзопланета под названием K2-18b может быть «увеличенной версией» Земли. Кроме того, в ходе этого исследования проводившая его команда с удивлением обнаружила, что в системе этой звезды имеется еще одна планета, расположенная по соседству с планетой K2-18b. «То, что мы смогли измерить массу и плотность планеты K2-18b, само по себе было для нас знаменательным событием, однако открыть новую планету в этой системе – это было большой удачей и вызвало у нас бурю эмоций», - сказал главный автор новой работы Райан Клотье (Ryan Cloutier) из Института исследований экзопланет Монреальского университета, Канада. Обе планеты обращаются вокруг звезды K2-18, красного карлика, расположенного на расстоянии примерно 111 световых лет от нас в направлении созвездия Льва. Известно, что планета K2-18b лежит в обитаемой зоне родительской звезды, то есть на поверхности планеты может существовать вода в жидкой форме. Проанализировав данные наблюдений звезды K2-18, полученные при помощи инструмента High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher (HARPS), установленного на 3,6-метровом телескопе обсерватории Ла Силья, Чили, Клотье и его команда смогли определить, что планета K2-18b является либо каменистой планетой размером чуть больше Земли с не очень массивной газовой атмосферой, или же планетой, состоящей в основном из жидкой воды, покрытой сверху ледяной коркой. 

Для того чтобы определиться в пользу одной из этих версий понадобится более мощный телескоп, по сравнению с теми, которые имеются в распоряжении астрономов в настоящее время, например, такой как строящийся в настоящее время космический телескоп James Webb, отмечают авторы.

В ходе наблюдений звезды K2-18 Клотье и его команда обнаружили присутствие помимо сигнала с периодом 39 суток, связанного с вращением звезды, и сигнала с периодом 33 суток, связанного с обращением вокруг звезды планеты K2-18b, также еще один регулярный сигнал с периодом 9 суток. Подробное изучение возможных источников происхождения этого сигнала привело ученых к выводу о том, что в системе находится еще одна, неоткрытая планета. Эта планета, по-видимому, также является суперземлей, однако расположена слишком близко к звезде, то есть лежит за границами обитаемой зоны в отличие от ее планетного соседа, указывают авторы.

Криогенные испытания космического телескопа «Джеймс Уэбб» успешно завершены

40-тонная дверь Камеры А Космического центра Джонсона НАСА, расположенного в Хьюстоне, США, была открыта 18 ноября – что обозначило окончание криогенных испытаний для космического телескопа НАСА James Webb («Джеймс Уэбб»). Эта массивная дверь легендарной камеры открылась после почти 100 суток испытаний, проводимых для космического телескопа James Webb – важного этапа подготовки телескопа к запуску. Перед охлаждением камеры инженеры откачали из нее весь воздух, что заняло примерно одну неделю. 20 июля инженеры начали охлаждать космический телескоп и его инструменты до криогенных температур – и этот процесс продолжался в общей сложности в течение примерно 30 суток. James Webb оставался при «криостабильных» температурах на протяжении еще около 30 суток, а 27 сентября инженеры начали постепенно повышать температуру в камере до комнатной, чтобы затем впустить обратно воздух и завершить тестирование.

В космосе телескоп James Webb должен находиться при экстремально низких температурах (примерно 40 Кельвинов), чтобы иметь возможность регистрировать инфракрасное излучение, идущее от очень далеких и тусклых объектов. Поэтому большое значение при подготовке телескопа к запуску имеет проведение криогенного тестирования, позволяющего проверить работоспособность инструментов телескопа при условиях, близких к рабочим.

Далее научные инструменты и оптика телескопа будут направлены в помещения компании Northrop Grumman Aerospace Systems, расположенные в Калифорнии, где они будут объединены с солнечным экраном и главной шиной космического телескопа. После окончательной сборки будет проведен ряд новых тестов «уровня обсерватории» (observatory-level testing), после которых телескоп будет готов к полету в космос.