Телескоп «Джеймс Уэбб» уже известен тем, что дает информацию, недоступную ранее. Ему удалось определить температуру экзопланеты. Астрономы считают космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) наилучшим из созданных. Это самый большой и мощный телескоп, запущенный в космос, он сменил на посту космический телескоп «Хаббл».
Многие полагают, что благодаря JWST станет возможным изучать удалённые области космоса как никогда раньше. спектрографИнструменты для наблюдений в ближнем инфракрасном диапазоне (NIRSPEC), средним инфракрасном диапазоне (MIRI) и камере ближнего инфракрасного диапазоне (NIRCam).
Исследователи надеются выяснить внешний вид древности. ВселеннаяОб изучении процессов формирования и эволюции галактик, а также рождения звезд в облаках газа и пыли.
Однако ещё одним важным назначением JWST является изучение атмосфères. экзопланетОпределение состава планет для выявления условий, способных породить жизнь.
27 марта 2023 года с помощью JWST удалось измерить дневную температуру каменистой экзопланеты TRAPPIST-1 b. В данной статье будет рассказано о том, как это удалось сделать.
Теоретическое измерение температуры планеты
По закону Стефана-Больцмана измерение температуры космических тел возможно.
Для теоретического расчёта температуры планеты нужно определить поток её родительской звезды (который можно измерить), расстояние между ними и альбедо планеты. Альбедо — величина, показывающая долю звездного света, отражённого планетой.
Планета с альбедо единицы полностью отразит падающий на неё свет, а с альбедо нуля — всё поглотит.
Астрономы вычисляют температуру планеты, основываясь на альбедо и общем потоке излучения от звезды-хозяйки.
Этот метод подсчета температуры планет прост и достаточно груб: не берет во внимание внутренние процессы и атмосферные механизмы, например, распределение тепла внутри атмосферы. Также не учитывается разная температура ближней и дальней сторон планеты относительно звезды.
Мы сможем создать модели, принимающие во внимание тепловое перераспределение атмосферой вблизи планеты. Такие модели смогут также учесть влияние приливной блокировки, когда одна часть планеты постоянно смотрит на звезду. звезде…и даже окраска поверхности планеты: чем она темнее, тем сильнее поглощает излучение из космоса.
Измерение температуры планет при помощи MIRI.
На борту телескопа JWST размещены различные камеры и спектрометры. При помощи прибора MIRI, включающего в себя камеру и спектрограф, была определена температура солнечной стороны планеты TRAPPIST-1 b.
Наблюдения TRAPPIST-1 b с помощью инструмента MIRI проходили во время начала её второго затмения. затмениеВ этот момент экзопланета начинает отдаляться от звезды-хозяина, что видно наблюдателям, подобным JWST. Наблюдения на JWST выполнялись с помощью фильтра F1500W телескопа MIRI. Данный фильтр предназначен для обнаружения инфракрасного излучения определенной длины волны, соответствующего ожидаемому спектру экзопланет.
Будучи планетой, TRAPPIST-1 b не излучает света. Но при наблюдении в инфракрасном диапазоне светится. MIRI подходит для изучения таких планет. Наблюдая её в инфракрасном свете, можно определить поток или яркость.
MIRI, применяя фильтр F1500W, осуществлял наблюдения за TRAPPIST-1 b в течение пяти независимых сессий вторичных измерений. Полученные данные включали измерение яркости планеты в инфракрасном диапазоне. Последующая обработка с помощью компьютерных программ позволила учесть и оптимизировать информацию, результатом чего стало получение кривой блеска экзопланеты.
На кривой блеска видно снижение потока инфракрасного излучения после начала вторичного затмения. До затмения JWST регистрирует яркость звезды TRAPPIST-1 и ее экзопланеты TRAPPIST-1 b. По мере того как планета движется за своей звездой, она скрывается из поля зрения телескопа, что вызывает небольшое снижение яркости, наблюдаемое JWST. Это снижение проявляется в виде провала на кривой блеска.
Для вычисления температуры планеты астрономы изначально измеряют снижение яркости, называемое также глубиной затмения, по кривой блеска экзопланеты. По этому значению глубины определяется поток планеты в светлое время суток. Потом астрономы применяют закон излучения Планка для определения температуры.
Методом, описанным выше, удалось оценить температуру экзопланеты TRAPPIST-1 b днем приблизительно в 503 Кельвины.
Температура и атмосфера TRAPPIST-1 b
По данным компьютерных моделей, без правильного распределения тепла в атмосфере TRAPPIST-1 b её температура составила бы около 500 К. При равномерном распределении тепла атмосферным слоем дневная температура звезды могла бы быть близка к 400 К.
Сравнение моделей указывает на то, что TRAPPIST-1 b, вероятно, представляет собой скалистую планету без атмосферы. Наличие атмосферы привело бы к равномерному распределению тепла, уменьшая её дневную температуру.
Успех JWST — это только начало. Его возможность обнаружить второстепенное затмение — огромный успех. Измеряя температуру планеты, можно определить наличие у нее атмосферы, что важно для оценки вероятности существования жизни на ней.
С ростом числа подобных наблюдений за другими планетами увеличится и наше понимание вероятности развития жизни на них. Разгадка происхождения жизни — одна из задач JWST. Ученые рассчитывают, что новое поколение наблюдений даст больше данных о свойствах атмосфер других экзопланет.