В течение последних пяти месяцев космический телескоп Джеймс Уэбб и совместные команды НАСА, Европейского космического агентства и Канадского космического агентства, стоящие за проектом, работали над завершением шестимесячного этапа ввода в эксплуатацию обсерватории в точке L2.Поскольку зеркала обсерватории недавно завершили настройку, Уэбб и его команда готовятся к чрезвычайно важному и историческому первому изображению.

Поскольку команды продолжают работать над завершением ввода в эксплуатацию, были объявлены некоторые из первых целей научных исследований на этапе эксплуатации Уэбба, в том числе две странные и интригующие экзопланеты, обладающие уникальными характеристиками.

После запуска в декабре 2021 года космический телескоп Джеймс Уэбб (JWST) успешно развернул свои зеркала и прибыл в точку ​​L2. С тех пор он проходит проверку и ввод в эксплуатацию перед началом своей научной миссии.

Как только телескоп будет готов к работе, он сделает свои первые изображения, которые будут сосредоточены на ярких звездах. Хотя первые изображения будут содержать некоторые данные, представляющие научный интерес, их целью является не исследование этих звезд, а подтверждение того, что телескоп в целом работает так, как ожидалось.

После подтверждения того, что все оптические и структурные системы работают в соответствии с планом, этап ввода телескопа в эксплуатацию будет завершен, и обсерватория перейдет в рабочее состояние. Научные группы уже определили множество исследовательских целей на первые несколько недель на этапе работы обсерватории, некоторые из которых могут давать изображения, которые мы никогда раньше не видели с других телескопов.

Среди многих исследовательских целей, намеченных для первых нескольких недель работы телескопа, две экзопланеты, обладающие уникальными характеристиками: 55 Cancri e и LHS 3844 b.

55 Cancri e — чрезвычайно горячая экзопланета, расположенная в 41 световом году от нас в созвездии Рака, где она вращается вокруг своей солнцеподобной родительской звезды 55 Cancri A. Экзопланета примерно вдвое больше Земли в диаметре и имеет массу около 8,63 массы Земли. На момент открытия в августе 2004 года это была первая обнаруженная суперземля.

Находясь на расстоянии всего 2,5 миллиона миль от 55 Cancri A, экзопланета совершает один оборот вокруг своей родительской звезды всего за 18 часов, и считается, что на ее дневной стороне есть океаны лавы из-за чрезвычайно высокой температуры поверхности.

Более того, 55 Cancri e, вероятно, находится в приливно-отливной зоне из-за своей непосредственной близости к 55 Cancri A. Ожидается, что это гарантирует, что части поверхности, наиболее непосредственно обращенные к звезде, будут самыми горячими регионами планеты.

Космический телескоп Spitzer, однако, предполагает обратное, показывая, что самая горячая область экзопланеты смещена от этой позиции. Данные Spitzer также указывают на то, что общее количество тепла на дневной стороне планеты варьируется.

Так почему же это так?

Одна из ведущих теорий, лежащих в основе наблюдений Spitzer, заключается в том, что 55 Cancri e может иметь плотную и динамичную атмосферу, которая перемещает тепло вокруг планеты из разных регионов. Другая теория, стоящая за этим явлением, может заключаться в том, что 55 Cancri e на самом деле не заблокирована приливами, и вместо этого она больше похожа на Меркурий: совершая три оборота вокруг своей оси на каждые два оборота, она совершает около 55 Cancri A в так называемом резонансе 3: 2.

“Это может объяснить, почему смещается самая горячая часть планеты, — объяснил Алексис Брандекер из Стокгольмского университета, обсуждая теорию резонанса 3:2. — Как и на Земле, поверхности потребуется время, чтобы нагреться. Самое жаркое время будет днем, а не прямо в полдень”.

Кроме того, сценарий резонанса 3:2 приведет к тому, что поверхность 55 Cancri e нагреется, расплавится и испарится в атмосферу экзопланеты. Когда пар остынет вечером, он может сконденсироваться и образовать капли лавы, которые впоследствии прольются дождем на экзопланету. Чтобы точно определить причину распределения тепла 55 Cancri e, команды телескопа будут использовать камеру ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam) и прибор среднего инфракрасного диапазона (MIRI) обсерватории по-разному для проверки каждой теории.

Чтобы проверить вторую теорию, согласно которой экзопланета не заблокирована приливами, команды будут использовать NIRCam для наблюдения и измерения тепла, излучаемого с дневной стороны на четырех орбитах, что позволит команды измеряют каждое полушарие экзопланеты дважды, если экзопланета действительно имеет резонанс 3: 2. Это позволяет командам наблюдать, есть ли какие-либо различия между двумя полушариями планеты.

“У 55 Cancri e может быть плотная атмосфера, в которой преобладают кислород или азот. Если у нее есть атмосфера, [Уэбб] обладает чувствительностью и диапазоном длин волн, чтобы обнаружить ее и определить, из чего она состоит”, — пояснил Ренью Ху из Лаборатории реактивного движения НАСА. .

Еще одна цель Уэбба — еще одна чрезвычайно экзопланета, названная LHS 3844 b.

Родительская звезда LHS 3488 b — красный карлик, а это означает, что она намного холоднее и меньше, чем звезды, такие как 55 Cancri A. Из-за небольшого размера родительской звезды LHS 3488 b недостаточно горяча, чтобы иметь расплавленную поверхность. Данные Cancri e и Spitzer предполагают, что вокруг неё, вероятно, нет атмосферы.Отсутствие атмосферы вокруг LHS 3488 b дает ученым возможность провести тщательное изучение возможных горных пород и других характеристик поверхности с помощью телескопов.Хотя Уэбб не может напрямую визуализировать поверхность экзопланеты, команды могут использовать спектроскопию для ее изучения.

Группа ученых во главе с Лаурой Кридберг из Астрономического института Макса Планка будет использовать MIRI для наблюдения и измерения спектра теплового излучения дневной стороны LHS 3488 b.

“Оказывается, разные типы горных пород имеют разные спектры. Вы можете увидеть своими глазами, что гранит светлее по цвету, чем базальт. Есть аналогичные различия в инфракрасном свете, который испускают скалы”, — пояснил Крейдберг.

«Они (экзопланеты) дадут нам фантастический новый взгляд на похожие на Землю планеты в целом, помогая нам узнать, какой могла быть ранняя Земля, когда она была такой горячей, как эти планеты сегодня».

Наблюдения Уэбба за 55 Cancri e и LHS 3488 b являются частью программы General Observer цикла 1. В рамках программы General Observers ученые могут предоставлять Уэббу исследовательские объекты для наблюдения.

Источник: Журнал "Все о космосе"