WASP-43 b ist nachts bewölkt und tagsüber klar, und tropische Winde wirbeln mit 5.000 Meilen pro Stunde um den Planeten.
Manchmal NEIN Etwas zu finden ist genauso aufregend und lohnend wie es zu finden. Heiß nehmen der Jupiter WASP-43B zum Beispiel. Diese von Gezeiten blockierte Welt hat eine ständig sehr heiße Tagesseite und eine etwas kühlere Nachtseite. Astronomen, die Webb verwenden, um die Temperatur zu kartieren und die Atmosphäre rund um den Planeten zu analysieren, erwarten, auf der Nachtseite Methan, ein häufiges Kohlenstoffmolekül, zu entdecken. Aber davon gibt es offensichtlich keine Anzeichen. Warum? Das Ergebnis legt nahe, dass Überschallwinde aus heißem Gas von der Tagseite her blasen, die Atmosphäre vollständig umdrehen und chemische Reaktionen verhindern, die auf der Nachtseite Methan erzeugen würden.
Das Webb-Weltraumteleskop kartiert das Wetter auf einem 280 Lichtjahre entfernten Planeten
Es wurde von einem internationalen Forscherteam erfolgreich eingesetzt NASA'S James Webb-Weltraumteleskop Um das Wetter auf dem heißen Gasriesen-Exoplaneten WASP-43 b zu kartieren.
Präzise, großflächige Helligkeitsmessungen des Lichts im mittleren Infrarotbereich, kombiniert mit 3D-Klimamodellen und früheren Beobachtungen anderer Teleskope, deuten auf dichte, hohe Wolken auf der Nachtseite, klaren Himmel auf der Tagseite und tropische Winde von mehr als 5.000 hin Meilen hoch. pro Stunde Vermischung atmosphärischer Gase rund um den Planeten.
Bei den Ermittlungen handelt es sich nur um die neuesten Beweise Exoplanet Dank Webbs außergewöhnlicher Fähigkeit, Temperaturänderungen zu messen und atmosphärische Gase in Billionen von Kilometern Entfernung zu erkennen, ist Wissenschaft jetzt möglich.
„Hot Jupiter“ ist gezeitengebunden
WASP-43 b ist eine Art „heißer Jupiter“-Exoplanet: Er hat eine ähnliche Größe wie Jupiter, besteht hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium und ist viel heißer als alle Riesenplaneten in unserem Sonnensystem. Obwohl sein Stern kleiner und kühler als die Sonne ist, kreist WASP-43 b in einer Entfernung von nur 1,3 Millionen Meilen, weniger als 1/25 der Entfernung zwischen Merkur und der Sonne.
Bei einer so engen Umlaufbahn ist der Planet durch Gezeiten blockiert, wobei eine Seite ständig beleuchtet ist und die andere in ständiger Dunkelheit liegt. Obwohl die Nachtseite niemals direkte Strahlung vom Stern erhält, transportieren starke Ostwinde Wärme von der Tagseite.
Seit seiner Entdeckung im Jahr 2011 wurde WASP-43 b mit mehreren Teleskopen beobachtet, darunter dem Hubble-Teleskop der NASA und den inzwischen ausgemusterten Spitzer-Weltraumteleskopen.
„Mit Hubble können wir deutlich erkennen, dass es auf der Tagseite Wasserdampf gibt. Sowohl Hubble als auch Spitzer haben gezeigt, dass es auf der Nachtseite möglicherweise Wolken gibt“, erklärte Taylor Bell, ein Forscher vom Bay Area Environmental Research Institute und Hauptautor von eine am 30. April veröffentlichte Studie Naturastronomie. „Aber wir brauchten präzisere Messungen von Webb, um tatsächlich mit der detaillierteren Kartierung von Temperatur, Wolkenbedeckung, Winden und Atmosphärenzusammensetzung rund um den Planeten beginnen zu können.“
Temperaturkartierung und Wetterinduktion
Obwohl WASP-43 b zu klein, zu dunkel und zu nah an seinem Stern ist, als dass ein Teleskop ihn direkt sehen könnte, ist er aufgrund seiner kurzen Umlaufdauer von nur 19,5 Stunden ideal für die Phasenkurvenspektroskopie, eine Technik, bei der kleine Änderungen in der Helligkeit eines Sterns gemessen werden. Stern- und Planetensystem: Der Planet umkreist den Stern.
Da die Menge des von einem Objekt emittierten Lichts im mittleren Infrarotbereich weitgehend davon abhängt, wie heiß es ist, können die von Webb erfassten Helligkeitsdaten anschließend zur Berechnung der Temperatur des Planeten verwendet werden.
Das Team nutzte das MIRI-Instrument (Mid-Infrared Instrument) von Webb, um das Licht des WASP-43-Systems über 24 Stunden lang alle 10 Sekunden zu messen. „Durch die Beobachtung einer gesamten Umlaufbahn konnten wir die Temperatur der verschiedenen Seiten des Planeten berechnen, während er den Horizont umkreiste“, erklärte Bell. „Daraus können wir eine grobe Karte der Temperatur auf dem gesamten Planeten erstellen.“
Messungen zeigen, dass die Durchschnittstemperatur auf der Tagesseite etwa 2.300 Grad beträgt F (1.250 Grad Celsius) – heiß genug, um Eisen zu bilden. Unterdessen ist die Nachtseite mit 1.100 °F (600 °C) deutlich kühler. Die Daten helfen auch dabei, den Standort des heißesten Punktes des Planeten (des „Hot Spots“) zu bestimmen, der von dem Punkt, der die meiste Sternstrahlung empfängt und an dem der Stern am höchsten am Himmel des Planeten steht, leicht nach Osten verschoben ist. Diese Verschiebung wird durch Überschallwinde verursacht, die heiße Luft nach Osten bewegen.
„Die Tatsache, dass wir die Temperatur auf diese Weise kartieren können, ist ein echter Beweis für Webbs Sensibilität und Stabilität“, sagte Co-Autor Michael Roman von der University of Leicester im Vereinigten Königreich.
Um die Karte zu interpretieren, verwendete das Team komplexe 3D-Atmosphärenmodelle, wie sie zum Verständnis von Wetter und Klima auf der Erde verwendet werden. Die Analyse zeigt, dass die Nachtseite möglicherweise von einer dicken, hohen Wolkenschicht bedeckt ist, die verhindert, dass ein Teil des Infrarotlichts in den Weltraum gelangt. Dadurch erscheint die Nachtseite – obwohl sehr heiß – dunkler und kühler, als wenn es keine Wolken gäbe.
Methanverlust und starker Wind
Das von Webb eingefangene breite Spektrum des Lichts im mittleren Infrarotbereich ermöglichte es auch, die Menge an Wasserdampf zu messen (H2O) und Methan (CH4) auf der ganzen Welt. „Webb hat uns die Möglichkeit gegeben, genau zu wissen, welche Moleküle wir sehen, und ihre Häufigkeit einzuschränken“, sagte Co-Autorin Joanna Barstow von der Open University im Vereinigten Königreich.
Die Spektren zeigen deutliche Anzeichen von Wasserdampf sowohl auf der Nacht- als auch auf der Tagseite des Planeten und liefern zusätzliche Informationen darüber, wie dicht die Wolken sind und wie hoch sie in der Atmosphäre aufsteigen.
Überraschenderweise zeigen die Daten auch einen deutlichen Unterschied Verlust Methan überall in der Atmosphäre. Obwohl es auf der Tagseite zu heiß ist, als dass Methan vorhanden wäre (der größte Teil des Kohlenstoffs muss in Form von Kohlenmonoxid vorliegen), sollte Methan auf der kühleren Nachtseite stabil und nachweisbar sein.
„Die Tatsache, dass wir kein Methan sehen, sagt uns, dass WASP-43 b Windgeschwindigkeiten von fast 5.000 Meilen pro Stunde haben muss“, erklärte Barstow. „Wenn Winde das Gas schnell genug von der Tagseite auf die Nachtseite und dann wieder zurück bewegen würden, bliebe nicht genug Zeit für die erwarteten chemischen Reaktionen, um auf der Nachtseite nachweisbare Mengen Methan zu produzieren.“
Das Team geht davon aus, dass aufgrund dieser windgetriebenen Vermischung die Chemie der Atmosphäre auf dem gesamten Planeten die gleiche ist, was aus früheren Arbeiten mit Hubble und Spitzer nicht klar hervorging.
Referenz: „Nachtwolken und Nichtgleichgewichtschemie auf dem heißen Jupiter WASP-43b“ von Taylor J. Bell, Nicolas Crozet und Patricio E. Kobelo, Laura Kreidberg und Anjali A.A. Peet und Michael T. Roman und Joanna K. Barstow, Jasmina Plisic, Ludmila Carone, Louis-Philippe Collomb, Elsa Ducrot, Mark Hammond, João M. Mendonça, Julien I. Moses, Vivien Parmentier, Kevin B. Stevenson, Lucas Tintorier, Michael Chang, Natalie M. Batalha, Jacob L. Bean, Björn Beneke, Benjamin Charney, Katie L. Chubb, Bryce-Olivier Demaury, Peter Gao, Elspeth K. H. Lee, Mercedes Lopez-Morales, Giuseppe Morello, Emily Rauscher, David K. . Singh, Xianyu Tan, Olivia Vinot, Hannah R. Wakeford, Keshav Agarwal, Eva Maria Ahrer, Munaza K. Allam, Ruben Bayens, David Parrado, Claudio Cáceres, Arin L. Carter, Sarah L. Caswell, Ryan C. Challner, Ian JM Crosfield, Lyn Desain, Jean-Michel Desert, Ian Dobbs-Dixon, Akren Derrick, Nestor Espinosa, Adina D. Feinstein, Neil B. Gibson, Joseph Harrington, Christian Helling, Renew Hu, Nicholas Iero, Eliza M.-R. Compton, Sarah Kendrew, Thaddeus D. Komacek, Jessica Crick, Pierre-Olivier Lagage, Jeremy Leconte, Monica Lindell, Neil T. Lewis, Joshua D. Lothringer, Isaac Malski, Luigi Mancini, Megan Mansfield, Nathan J. Mayne, Thomas M. Evans Soma, Karan Molaverdkhani, Nikolai K. Nikolov, Matthew C. Nixon, Enrique Paley, Dominique J.M. Petit de la Roche, Carolyn Piollet, Diana Powell, Benjamin V. Rackham, Aaron D. Schneider, Maria E. Steinrock. Jake Taylor, Louis Wilbanks, Sergey N. Yurchenko, Xi Zhang und Sebastian Ziba, 30. April 2024, Naturastronomie.
DOI: 10.1038/s41550-024-02230-x
Die MIRI-Beobachtung von WASP-43 b wurde im Rahmen der Webb Early Release Science-Programme durchgeführt, die Forschern eine breite Palette robuster, frei zugänglicher Daten zur Untersuchung einer Vielzahl kosmischer Phänomene zur Verfügung stellen.
Das James-Webb-Weltraumteleskop ist das weltweit führende Weltraumobservatorium. Webb löst die Geheimnisse unseres Sonnensystems, blickt über die fernen Welten um andere Sterne hinaus und erforscht die mysteriösen Strukturen und Ursprünge unseres Universums und unseren Platz darin. WEB ist ein internationales Programm, das von der NASA und ihren Partnern, der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), geleitet wird.Europäische Weltraumorganisation) und die Canadian Space Agency.
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