Телескопът Джеймс Уеб“ вече е известен с това, че предоставя

Телескопът „ Джеймс Уеб “ към този момент е прочут с това, че дава информация, която до момента бе невероятно да се получи. Той съумя да дефинира температурата на една екзопланета. Астрономите смятат, че галактическият телескоп „ Джеймс Уеб “ (JWST) е върхът на галактическите телескопи. Той е най-големият и най-мощният телескоп, изстрелван в миналото в космоса, и е правоприемник на галактическия телескоп „ Хъбъл “.

Мнозина имат вяра, че с JWST ще можем да следим по-отдалечените райони на Вселената от когато и да било преди. Той включва няколко камери и спектрометри, способни да записват инфрачервеното лъчение. Сред тях са спектрографът за близкия инфрачервен набор (NIRSPEC), инструментът за междинния инфрачервен набор (MIRI) и камерата за близкия инфрачервен набор (NIRCam).

Учените чакат да получат информация, която ще помогне да се дефинира по какъв начин е изглеждала ранната Вселена, по какъв начин са се формирали и еволюирали галактиките и по какъв начин са се зараждали звездите в мъглявите газови и прахови маси.

Другата значима задача на JWST се състои в това да изследва атмосферите на екзопланетите и да дефинира дали следените планети имат съставените елементи, нужни за възникването на живот.

На 27-ми март 2023 година JWST съумя да мери дневната температура на скалистата екзопланета TRAPPIST-1 b. В тази публикация ще разгледаме по какъв начин JWST реализира това.

Теоретично премерване на планетарната температура

Теоретично можем да измерим температурата на небесните тела, като използваме закона на Стефан-Болцман. Този закон свързва температурата на обещано тяло с неговия светлинен поток ( мярката за количеството светлина, което излъчва).

Следователно, с цел да се пресметна теоретично температурата на една планета, би трябвало да се дефинира потокът на нейната звезда-майка (който може да се измери), дистанцията сред планетата и звездата и „ албедото “ на планетата. Албедото е стойност, която регистрира частта от звездната светлина, отразена от планетата.

Планета с албедо от 1 (единица) идеално отразява цялата падаща върху нея светлина, до момента в който планета с албедо от 0 (нула) гълтам цялото падащо върху нея лъчение.

След това астрономите дефинират температурата на планетата, като употребяват цената на албедото на планетата и общия поток от звездата хазаин.

Този способ за пресмятане на температурата на планетата е елементарен и много недодялан, защото не регистрира вътрешните физични процеси и механизми в атмосферата на планетата, като да вземем за пример преразпределението на топлината. Той не регистрира и обстоятелството, че околните и далечните страни на планетата по отношение на звездата ще имат разнообразни температури.

Можем обаче да разработим модели, които регистрират резултата от преразпределението на топлината от атмосферата към планетата. Тези модели могат да регистрират и резултата на приливното блокиране, при което едната страна на планетата постоянно е обърната към звездата, и даже цвета на повърхността на планетата (колкото по-тъмна е тя, толкоз повече галактическо излъчване се поглъща).

Измерване на планетарната температура благодарение на MIRI

На борда на JWST има няколко камери и спектрометри. Инструментът MIRI (Mid-Infrared Instrument), който се състои от камера и спектрограф, мери температурата на дневната страна на планетата TRAPPIST-1b.

Фотометричните наблюдения на TRAPPIST-1 b бяха осъществени от MIRI тъкмо когато стартира вторичното й затъмнение. Вторично затъмнение е моментът, в който екзопланетата стартира да изостава от своята звезда-домакин, както се вижда от наблюдаващ като JWST. Наблюденията на JWST са направени благодарение на филтъра F1500W на телескопа MIRI. Този филтър открива инфрачервено лъчение с избрана дължина на вълната, сходно на това, което учените чакат да видят от екзопланетите.

Тъй като TRAPPIST-1 b е планета, тя не излъчва лична светлина. Въпреки това тя свети, когато се следи в инфрачервената област. Следователно MIRI е съвършен инструмент за наблюдаване на екзопланети. Като открием някоя от тях в инфрачервения набор, можем да определим нейния светлинен поток или яркостта ѝ.

MIRI, употребявайки филтъра F1500W, следи TRAPPIST-1 b през пет разнообразни интервала на вторичните наблюдения. Данните от наблюденията се състоят от измервания на яркостта на планетата в инфрачервения диапазон. След това учените ги редуцират и усъвършенстват благодарение на компютърни стратегии и изготвят „ светлинната крива “ на екзопланетата.

Кривата на светлината демонстрира по какъв начин инфрачервеният поток понижава след началото на вторичното затъмнение. Преди началото на затъмнението JWST записва яркостта на звездата TRAPPIST-1 и нейната екзопланета TRAPPIST-1 b. Когато обаче планетата стартира да се движи зад своята звезда, тя изчезва от зрителното поле на телескопа. Това се показва в леко понижаване на яркостта, следена от JWST. Това понижение на яркостта се демонстрира като дребен спад в светлинната крива.

За да получат температурата на планетата, астрономите първо мерят това понижение на яркостта, наричано още дълбочина на затъмнението, от кривата на светлината на екзопланетата. Стойността на тази дълбочина се употребява за установяване на дневния поток на планетата. След това астрономите употребяват закона за радиацията на Планк, с цел да дефинират температурата.

С помощта на този способ дневната температура на екзопланетата TRAPPIST-1 b е оценена на към 503 К или към 300 °C.

Температурата и атмосферата на TRAPPIST-1 b

Същевременно компютърните модели демонстрират, че в случай че TRAPPIST-1 b нямаше атмосфера с уместно систематизиране на топлината, температурата му щеше да е малко над 500 К. Ако обаче TRAPPIST-1 b имаше атмосфера с отмерено систематизиране на топлината, дневната му температура щеше да е близо 400 К.

От сравнението на тези модели излиза наяве, че TRAPPIST-1 b най-вероятно е скалиста планета без атмосфера. Ако тя имаше атмосфера, топлината щеше да се разпределя отмерено по нея, което щеше да намали дневната ѝ температура.

Това достижение на JWST е единствено началото. Способността му да открива вторично затъмнение сама по себе си е голямо достижение. Чрез премерване на температурата на планетата можем да разберем дали тя има атмосфера, което е значима стъпка в определянето на това дали на нея може да съществува живот.

Когато бъдат направени повече сходни наблюдения на други планети, ще научим повече за възможностите за развиване на живот на тях. Изясняването на въпроса за произхода на живота също е една от задачите на JWST. Учените се надяват, че това ново потомство наблюдения може да даде повече информация за свойствата на атмосферите на другите екзопланети в космоса.