Οι αστρονόμοι που χρησιμοποιούν το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb της NASA (JWST) έριξαν μια προσεκτική ματιά στην ατμόσφαιρα ενός σπάνιου γιγάντιου πλανήτη με θερμοκρασίες που είναι εκπληκτικά παρόμοιες με αυτές της Γης. Ο κόσμος σε μέγεθος Κρόνου, γνωστός ως TOI-199b, περιέχει μεθάνιο στην ατμόσφαιρά του, σύμφωνα με νέα μελέτη.
Η ανακάλυψη ξεχωρίζει επειδή οι γιγάντιοι πλανήτες συνήθως συναντώνται σε ακραίες θερμοκρασίες. Στο δικό μας ηλιακό σύστημα, ο Δίας και ο Κρόνος είναι εξαιρετικά ψυχροί επειδή βρίσκονται μακριά από τον Ήλιο. Πολλοί γιγάντιοι εξωπλανήτες που έχουν ανακαλυφθεί πέρα από το ηλιακό μας σύστημα είναι λεγόμενοι «καυτοί Δίες», κόσμοι που περιφέρονται πολύ κοντά στα άστρα τους και φτάνουν σε καυτές θερμοκρασίες χιλιάδων βαθμών.
Ο TOI-199b βρίσκεται κάπου ενδιάμεσα. Είναι ένας από τους λίγους γνωστούς γιγάντιους πλανήτες με ήπιες θερμοκρασίες, και οι ερευνητές λένε ότι αυτή είναι η πρώτη φορά που η ατμόσφαιρά του μελετάται με τόσο μεγάλη λεπτομέρεια.
Τα ευρήματα θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους επιστήμονες να βελτιώσουν τα μοντέλα για το πώς σχηματίζονται και εξελίσσονται οι πλανήτες και οι ατμόσφαιρές τους. Οι ερευνητές λένε επίσης ότι η εργασία αυτή μπορεί μελλοντικά να προσφέρει νέα γνώση για τη δική μας ατμόσφαιρα της Γης.
Η μελέτη, με επικεφαλής επιστήμονες από το Pennsylvania State University και το Εργαστήριο Αεριοπροώθησης της NASA Jet Propulsion Laboratory στο California Institute of Technology, δημοσιεύτηκε στις 20 Μαΐου στο Astronomical Journal.
«Ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα των μελετών πλανητών πέρα από το ηλιακό μας σύστημα, γνωστών ως εξωπλανητών, είναι η δυνατότητα να μελετάμε πολλούς διαφορετικούς τύπους πλανητών — ειδικά εκείνους που δεν βλέπουμε στο ηλιακό μας σύστημα — ώστε να μάθουμε πώς σχηματίζονται και εξελίσσονται τα πλανητικά συστήματα», δήλωσε ο Renyu Hu, αναπληρωτής καθηγητής αστρονομίας και αστροφυσικής στο Κολλέγιο Επιστημών Eberly του Penn State και επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας. «Από τότε που ανακαλύφθηκε ο πρώτος εξωπλανήτης το 1992 από μια ομάδα στην οποία συμμετείχε ο Aleksander Wolszczan στο Penn State, οι αστρονόμοι έχουν βρει χιλιάδες εξωπλανήτες. Όμως μόνο λίγοι γιγάντιοι, εύκρατοι εξωπλανήτες είναι γνωστοί και αυτή είναι η πρώτη φορά που μπορέσαμε να μελετήσουμε την ατμόσφαιρα ενός από αυτούς με λεπτομέρεια.»
Ένας γιγάντιος πλανήτης με εκπληκτικά ήπιες θερμοκρασίες
Ο TOI-199b περιφέρεται γύρω από ένα άστρο που βρίσκεται σε απόσταση μεγαλύτερη από 330 έτη φωτός από τη Γη και ολοκληρώνει μία περιφορά περίπου κάθε 100 ημέρες.
Η θερμοκρασία του πλανήτη εκτιμάται γύρω στους 175 βαθμούς Φαρενάιτ (περίπου 80°C). Αν και παραμένει εξαιρετικά θερμός με καθημερινά κριτήρια, είναι πολύ πιο ψυχρός από τους περισσότερους γιγάντιους εξωπλανήτες που έχουν μελετηθεί μέχρι σήμερα. Για σύγκριση, οι θερμοκρασίες μέσα σε αυτοκίνητα που έχουν μείνει στον ήλιο μπορούν εύκολα να φτάσουν παρόμοια επίπεδα στη Γη.
Αυτό κάνει τον TOI-199b πολύ πιο ήπιο από τους «καυτούς Δίες», ενώ ταυτόχρονα είναι σημαντικά θερμότερος από τους παγωμένους αέριους γίγαντες του δικού μας ηλιακού συστήματος, όπου οι θερμοκρασίες μπορούν να πέσουν εκατοντάδες βαθμούς κάτω από το μηδέν.
Πώς το JWST μελέτησε την ατμόσφαιρα του πλανήτη
Σύμφωνα με το sciencedaily.com για να εξετάσουν την ατμόσφαιρα του TOI-199b, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια μέθοδο που ονομάζεται φασματοσκοπία διέλευσης. Αυτή η τεχνική επιτρέπει στους αστρονόμους να μελετούν το φως ενός άστρου που περνά μέσα από την ατμόσφαιρα ενός πλανήτη, όταν ο πλανήτης περνά μπροστά από το άστρο του από την οπτική γωνία του τηλεσκοπίου.
Το JWST διαχωρίζει το φως του άστρου σε διαφορετικά μήκη κύματος, παρόμοια με τον τρόπο που ένα πρίσμα χωρίζει το λευκό φως σε ουράνιο τόξο.
«Καθώς ένας πλανήτης περνά μπροστά από το άστρο του, μέρος του φωτός του άστρου περνά μέσα από την ατμόσφαιρα του πλανήτη, όπου αλληλεπιδρά με τα στοιχεία και τα μόρια της ατμόσφαιρας», δήλωσε ο Aaron Bello-Arufe, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο JPL και πρώτος συγγραφέας της μελέτης. «Συγκεκριμένα στοιχεία απορροφούν συγκεκριμένα μήκη κύματος φωτός, δημιουργώντας ένα “δακτυλικό αποτύπωμα” στο φάσμα του φωτός που ανιχνεύει το JWST και το οποίο αποτυπώνει τη σύσταση της ατμόσφαιρας.»
Οι ερευνητές αρχικά συνέλεξαν περίπου 20 συνεχόμενες ώρες παρατηρήσεων για να καθορίσουν μια βασική μέτρηση του φωτός του άστρου. Η ίδια η διέλευση του πλανήτη διήρκεσε περίπου επτά ώρες, πολύ περισσότερο από τις συνήθεις διελεύσεις των «καυτών Διός», οι οποίες μπορεί να διαρκούν μία ώρα ή λιγότερο.
Στη συνέχεια, οι επιστήμονες συνέκριναν το φάσμα φωτός που καταγράφηκε κατά τη διάρκεια της διέλευσης με τις βασικές μετρήσεις. Οι διαφορές αποκάλυψαν ποια μήκη κύματος απορροφήθηκαν από την ατμόσφαιρα του πλανήτη, επιτρέποντας στην ομάδα να εντοπίσει τα αέρια που υπάρχουν.
Ανίχνευση μεθανίου στην ατμόσφαιρα του TOI-199b
«Όταν συγκρίναμε τα φάσματα κατά τη διάρκεια της διέλευσης με το βασικό επίπεδο, είδαμε ότι η ατμόσφαιρα μπλόκαρε τα μήκη κύματος του φωτός του άστρου που απορροφώνται από το μεθάνιο», δήλωσε ο Bello-Arufe. «Τα μοντέλα για τη σύσταση εύκρατων, γιγάντιων εξωπλανητών είχαν προβλέψει ότι θα περιέχουν μεθάνιο, οπότε είναι ενθαρρυντικό να επιβεβαιώνεται ότι οι θεωρίες μας είναι σωστές.»
Εκτός από το μεθάνιο, οι παρατηρήσεις έδειξαν επίσης ενδείξεις για την παρουσία αμμωνίας και διοξειδίου του άνθρακα.
«Με επιπλέον παρατηρήσεις αυτού του πλανήτη, θα μπορούσαμε να προσδιορίσουμε την αναλογική αφθονία αυτών των αερίων στην ατμόσφαιρά του», είπε ο Hu. «Αυτή η πιο ολοκληρωμένη εικόνα της ατμόσφαιρας ενός εύκρατου γίγαντα μπορεί στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί για να βελτιώσει τα μοντέλα μας και ενδεχομένως να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε καλύτερα πώς σχηματίζονται και εξελίσσονται οι πλανήτες και οι ατμόσφαιρές τους, συμπεριλαμβανομένης της Γης. Η επιτυχία αυτής της πρώτης μελέτης δίνει επίσης εμπιστοσύνη ώστε να αφιερώσουμε περισσότερους πόρους και χρόνο παρατήρησης για τη μελέτη παρόμοιων πλανητών. Έτσι μπορούμε να δούμε αν αυτός ο πλανήτης είναι μοναδικός ή αν υπάρχουν κοινά χαρακτηριστικά για αυτόν τον τύπο πλανήτη».
Η ερευνητική ομάδα περιλάμβανε επίσης επιστήμονες από το Arizona State University, το Johns Hopkins University, το Carnegie Institution for Science και το University of California, Santa Cruz.
Η χρηματοδότηση της έρευνας προήλθε από την NASA μέσω επιχορήγησης από το Space Telescope Science Institute.
