En spänningsstämning när Europas JWST-astronomer studerar klimatet på andra planeter

Fångad i infrarött ljus av Near-Infrared Camera (NIRCam) på NASA:s James Webb rymdteleskop, avslöjar denna bild tidigare skymd områden av stjärnfödelse. Kredit: © NASA

James Webb Space Telescope (JWST), som lanserades på juldagen 2021, förändrar redan vår förståelse av planeter i vårt solsystem och långt bortom. JWST, ett mångsidigt satellitobservatorium, har en klar vy från sin omloppsbana, 1,5 miljoner km från jorden i rymden. Detta ger det en stor fördel gentemot markbaserade teleskop som måste blicka ut i rymden genom jordens disiga atmosfär.

JWST samlar in fem gånger så mycket ljus som Hubble Space Telescope (HST), vilket gör att det kan upptäcka svaga signaler från avlägsna världar med hjälp av dess spektroskopiska kapacitet.

“Innan rymdteleskopet James Webb kunde endast ett mycket litet antal molekyler observeras, som vatten, kolmonoxid och natrium”, säger Jérémy Leconte, astrofysiker vid universitetet i Bordeaux i Frankrike.

Tidigare uppdrag och observationer från jorden har upptäckt tusentals exoplaneter (de utanför vårt solsystem) och astronomer utnyttjar redan JWST:s unika möjligheter att studera byggstenarna i livet i universum.

Alien himmel

Tidigare i år tillät James Webb-teleskopet astrofysiker att observera en exoplanet runt en solliknande stjärna, 700 ljusår bort. Stjärnljus som passerar genom atmosfären på den heta Jupiterliknande planeten WASP-39b ger astronomer en inblick i kemin av främmande himlar.

Från jorden kämpar teleskop för att observera koldioxid på exoplaneter, eftersom de måste titta genom CO2 i planeternas atmosfär. JWST-observatoriet gör att ett större utbud av molekyler, inklusive koldioxid, kan detekteras i himlen av WASP-39b. Närvaron av koldioxid i atmosfären kan tyda på att det finns organiskt liv på planeten.

“Det här är verkligen en spelomvandlare”, sa Leconte. “Vi behöver verkligen titta på planeter runt stjärnor som är nära oss. Det här är vår bästa chans att karakterisera deras atmosfärer.”

I synnerhet är han intresserad av sju steniga planeter som kretsar kring dvärgstjärnan TRAPPIST-1, 40 ljusår bort, och särskilt deras atmosfärer. Planeterna finns i den beboeliga zonen, vilket betyder att den har rätt temperaturer för att vattnet ska förbli flytande.

Vanligtvis, när forskare gör förutsägelser om en exoplanets atmosfär, antar de att den är homogen – samma förhållanden finns överallt. Detta är knappast sant.

Leconte har utvecklat en 3D-simulator (som en del av WHIPLASH-projektet) för att köra tester på simulerade planeter med kända egenskaper, såsom närvaron av flytande vatten. Att använda simulerade planeter för att köra dessa tester är som att ha svaren längst bak i en mattebok: tester kan köras och svaren som modellerna ger kan jämföras med de kända egenskaperna.

Många tusen fler exoplaneter kommer sannolikt att upptäckas under de kommande åren – inklusive de som hittas med det nya rymdteleskopet. Forskare vill veta om deras modeller kan ge korrekta insikter. Några av svaren på frågor om avlägsna exoplaneter kan ligga nära hemmet i solsystemet, på de fyra största planeterna Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus.

Juno orbiter-uppdraget har gett spektakulära vyer av Jupiter, medan rymdfarkosten Cassini avslöjade detaljer om planeten Saturnus. Tidigare tog rymdfarkosten Voyager 2 som flög förbi Neptunus och Uranus bilder av deras atmosfärer.

“Vi har fångat härliga bilder från dessa planeter, med alla dessa virvlande stormsystem och godisfärgade ränder, som är storskaliga vädercirkulationsmönster”, sa planetforskaren Leigh Fletcher vid University of Leicester, “Men det är bara en ögonblicksbild av deras atmosfärer och klimat vid ett visst ögonblick.”

Fyra jättar

För att förstå klimat- och vädermönster leder Fletcher ett projekt som heter GIANTCLIMES som slog ihop spridda pusselbitar i deras ständigt föränderliga atmosfärer. De använde tidigare observationer från teleskop på jorden för att förstå naturliga cykler på de fyra jätteplaneterna under många decennier. Detta arbete har förberett marken för de mycket efterlängtade nya kartorna över dessa världar från JWST.

Uranus och Neptunus är de mest avlägsna planeterna i solsystemet och dessa så kallade “isjättar” behåller fortfarande en luft av mystik. De består mestadels av väte, helium och andra gaser som metan.

“Det finns så mycket potential för helt nya upptäckter (med dessa två planeter),” sa Fletcher. “Vi har inte bra koll på hur atmosfärerna hos dessa isjättar fungerar jämfört med de bättre studerade gasjättarna (Jupiter och Saturnus).”

Metansnö

Samtidigt är Saturnus känd för att ha massiva stormsystem, och Neptunus kan ha metansnöstormar. Nyckelvariabeln i vädermönster är alltid temperatur, med kyliga kalla temperaturer på avlägsna Neptunus och Uranus.

Det har redan gjorts framsteg med publiceringen av de första kartorna någonsin över atmosfäriska temperaturer höga i stratosfären i Uranus. Detta avslöjade överraskande säsongsbetonade cirkulationssystem och ljuspunkter över polerna.

Den förutspår också att jätteplaneter, ofta titulerade på sin axel, har extremt långa säsonger. “Vi ser säsonger som modulerar atmosfäriska temperaturer och moln och nederbörd som vi gör på planeten jorden,” sa Fletcher, “men vi ser också regelbundna naturliga cykler i atmosfären som inte är säsongsbetonade. Vi har precis börjat förstå vädret på jätteplaneter.”

Neptunus atmosfär visade också betydande storm- och väderaktivitet, men teamet blev förvånade med upptäckten att planeten verkar ha svalnat under sommaren, snarare än värmts upp.

GIANTCLIMES är en stödjande handling för ankomsten av JWST. Det nya teleskopet har redan observerat Jupiter, och inom en snar framtid kommer det att vända sig mot Uranus och Saturnus, och sedan Neptunus tidigt 2023, vilket möjliggör jämförelser mellan planeter.

“Hur klimatet fungerar i de fyra världarna är verkligen kärnan i vad vi försöker förstå,” sa Fletcher. Det förväntas ge mer insikt i de naturliga cyklerna av klimatvariationer som detekteras på Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus. Deras ytterligheter kan till och med berätta mer om jordens eget klimat och vädermönster.

Alien liv

Studier av de fyra jättarna är också relevanta för exoplanetforskning. “Vi har en samling olika planetariska atmosfärer i vårt solsystem som bildar en mall för vad vi kan förvänta oss att se runt andra stjärnor,” sa Fletcher.

“Kanske dessa exoplanetära mål också uppvisar liknande naturliga cykler, och slutmålet är att försöka ha en väderförutsägelse eller klimatförutsägelse för alla planeterna, inte bara de i vårt solsystem,” avslutade Fletcher.

JWST kommer att tillåta forskare bättre vyer in i himlen på planeter längst bort i solsystemet, men också ljusår bort från världar, av vilka några kan vara omgivna av skyddande atmosfärer och markförhållanden som främjar liv.

“Två fält rör sig snabbt inom astrofysiken. De är exoplaneter och kosmologi, vilket verkligen handlar om frågan om Gud och liv, så var kommer universum ifrån och var kommer vi ifrån”, sa Leconte.

Tillhandahålls av Horizon: The EU Research & Innovation Magazine

Citat: En atmosfär av spänning när Europas JWST-astronomer studerar klimatet på andra planeter (2022, 7 november) hämtad 7 november 2022 från https://phys.org/news/2022-11-atmosphere-europe-jwst-astronomers-climate.html

Detta dokument är föremål för upphovsrätt. Bortsett från all rättvis handel i syfte att privata studier eller forskning, får ingen del reproduceras utan skriftligt tillstånd. Innehållet tillhandahålls endast i informationssyfte.

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *