Космический телескоп Джеймса Уэбба произвел революцию в понимании инопланетных миров охотниками за экзопланетами.

 09.12.2023, Elisha Sauers, mashable.com

Ученые добились гигантских успехов в совершенствовании методов поиска миров за пределами Солнечной системы, ежегодно открывая сотни новых планет.

Число подтвержденных экзопланет - планет, вращающихся вокруг других звезд - возросло до 5539, и еще 10 000 кандидатов находятся на рассмотрении. Большинство из них находится в Млечном Пути, хотя учёные полагают, что первую планету в другой галактике они обнаружили два года назад.

С точки зрения статистики, растущее число открытых планет - это лишь малая толика от их общего количества. Вселенная, состоящая из сотен миллиардов галактик, вероятно, изобилует многими триллионами звезд. И если у большинства звезд есть одна или несколько планет, то это непостижимое количество миров.

Ученые знают, что инопланетные миры подобны снежинкам, каждая со своими отличительными характеристиками. Есть водные миры, планеты-изгои, планеты с множеством закатов, вулканические миры и планеты со странными облаками.

С помощью нового космического телескопа Джеймса Уэбба знакомство с этими мирами должно стать намного проще. Ведущая инфракрасная космическая обсерватория потратит около четверти своего времени на изучение экзопланет. Информация о том, что находится в атмосфере другой планеты, может многое рассказать ученым об этом мире, в том числе о том, может ли он быть пригоден для жизни.

Свет от экзопланеты размером с Землю может быть в 10 миллиардов раз слабее света своей родительской звезды. Прямое получение изображений экзопланет или их фотосъемка настолько сложны, что могут потребоваться новые технологии. Такая технология получения изображений требует точности до размера атома водорода! https://go.nasa.gov/3Ril2eh

Мир прямо из Звездных войн

Еще в 1970-х годах, когда вышли в прокат «Звездные войны», ученые не были уверены, существует ли вообще такой мир, как Татуин Люка Скайуокера - планета, вращающаяся вокруг двух звезд с величественными двойными закатами.

Мало того, что эти миры реальны, астрономам не нужно заглядывать в далекую галактику, чтобы найти их.

Открытие, опубликованное в журнале Nature Astronomy в июне, называется BEBOP-1C, сокращение от «Binaries Escorted By Orbiting Planets» (Двойные системы, сопровождаемые планетами на орбите). На данный момент это одна из дюжины известных двойных звездных систем, в которых есть планеты.

Свежие новости! Мы обнаружили новую планету, похожую на Татуин, под названием BEBOP-1c. Планета имеет две звезды на своем небе и является первой планетой в двойной системе, обнаруженной с помощью метода радиальных скоростей.

Планета, предположительно являющаяся газовым гигантом, похожая на Уран или Сатурн, была обнаружена случайно на расстоянии 1300 световых лет от нас в созвездии Живописца. Согласно исследованию, ее год длится 215 земных дней, а ее масса в 65 раз больше нашей планеты.

Хотя масса BEBOP-1C и внушительна, она составляет всего лишь 20 процентов от массы Юпитера. По данным NASA, две его звезды совершают оборот друг вокруг друга каждые 15 дней. Одна из них примерно на 10 процентов массивнее Солнца; другая холоднее, тусклее и составляет всего одну треть массы Солнца.

Экзопланета с противоречиями

Астрономы под управлением Кембриджского университета использовали телескоп Уэбба в этом году для изучения атмосферы интригующей экзопланеты и обнаружили слабый, но потенциально интересный новый химический сигнал.

Был обнаружен диметилсульфид, молекула, вырабатываемая фитопланктоном (или микроводорослями) в водах Земли. По словам Никку Мадхусудхана, одного из исследователей, поскольку другого известного способа производства этого вещества на нашей планете не существует, некоторые ученые предполагают, что оно может быть индикатором жизни, если будет обнаружено в других мирах. Будущие исследования попытаются подтвердить это непростое открытие.

На расстоянии 120 световых лет от нас, в созвездии Льва, @NASAWebb обнаружил в атмосфере K2-18 b углеродосодержащие молекулы, включая метан и углекислый газ, что означает, что эта планета может иметь богатую водородом атмосферу и покрытую водным океаном поверхность. https://go.nasa.gov/3PwfkEu

Однако новые данные об экзопланете K2-18 b вызвали споры: скептики критикуют слабость этого сигнала и другие утверждения исследования, например о том, что планета является водным миром с богатой водородом атмосферой. Планета находится на расстоянии около 120 световых лет от Земли в созвездии Льва.

Ученые обнаружили воду в атмосфере K2-18 b с помощью наблюдений космических телескопов «Хаббл», «Спитцер» и «Кеплер» в 2019 году. Новые наблюдения Уэбба выявили доказательства наличия других молекул, указывающих на жизнь, таких как метан и углекислый газ. Наличие этих химических веществ в сочетании с отсутствием аммиака согласуется с предсказаниями об океане и атмосфере с умеренным содержанием водорода на K2-18 b, говорят авторы нового исследования.

Мир со сверкающими облаками из кристаллов кварца

Ученые обнаружили гигантский сверкающий мир, где высоколетящие облака усеяны кристаллами кварца, что является первым в своем роде случаем.

Исследователи, в том числе несколько сотрудников NASA, использовали телескоп Уэбба для изучения планеты WASP-17 b, находящейся примерно в 1300 световых годах от нас. Используя метод трансмиссионной спектроскопии, они узнали, что облака экзопланеты содержат заостренные шестиугольные призмы, подобные тем, что встречаются в жеодах на Земле — основное отличие состоит в том, что каждая из них, вероятно, имеет ширину всего около 10 нанометров. Это примерно одна миллионная сантиметра.

Ого - JWST обнаружил признаки кристаллов кварца в облаках гигантской экзопланеты: «туман из сверкающих зерен настолько мал, что 10 000 из них могли бы уместиться бок о бок на человеческом волосе». Возможно, они являются ядрами конденсации облаков. https://webbtelescope.org/contents/news-releases/2023/news-2023-140

«Из наблюдений Хаббла [космического телескопа] мы знали, что в атмосфере WASP—17 b должны быть аэрозоли - крошечные частицы, образующие облака или дымку. Но мы не ожидали, что они состоят из кварца», - сказал в заявлении Дэвид Грант, исследователь из Бристольского университета. Исследование команды было опубликовано в Astrophysical Journal Letters в октябре.

В отличие от минеральных частиц, обнаруженных в облаках Земли, кварц, обнаруженный в облаках WASP-17 b, образуется не на каменистой поверхности, а в самой атмосфере. Это возможно, потому что температура WASP-17 b составляет 1482 градуса Цельсия (2700 по Фаренгейту), а давление там, где они образуются высоко в небе, составляет всего около одной тысячной уровня, наблюдаемого на поверхности Земли. В этих условиях твердые кристаллы могут образовываться непосредственно из газа, не переходя сначала в жидкую фазу, сказал Грант.

Зеркальная экзопланета, на данный момент самая яркая из всех

Астрономы обнаружили планету размером с Нептун, покрытую металлическими облаками, что делает ее самым большим известным зеркалом в галактике на сегодняшний день.

Облака экзопланеты LTT9779 b, в основном состоящие из силикатов и металлов, таких как титан, обладают высокой отражающей способностью. Новые подробные измерения, проведенные спутником Европейского космического агентства Cheops, показывают, что эта планета отражает 80 процентов света от своей материнской звезды. Для сравнения, Земля отражает только около 30 процентов солнечного света.

Большинство планет имеют низкое «альбедо» (количество света, которое они отражают) либо потому, что у них есть атмосфера, которая поглощает много света, либо потому, что их поверхности темные или шероховатые.

Как эта планета может быть такой яркой, когда все остальные планеты с такой температурой темные? Наш ответ: облачный материал настолько сконцентрирован, что облака образуются, даже если кажется, что слишком жарко. Как туман в ванной, когда вы принимаете горячий душ.

«Представьте себе пылающий мир рядом со своей звездой, с парящими тяжелыми облаками металлов, с которых падают капли титана», — сказал в своем заявлении Джеймс Дженкинс, астроном из Университета Диего Порталеса и CATA в Чили. Он стал соавтором статьи о новом исследовании, которая появилась в журнале Astronomy & Astrophysicals в октябре.

Блеск этого мира - не единственная его странность. Экзопланета также является единственным известным миром такого размера и массы, вращающимся так близко к своей звезде. По данным ЕКА, год на LTT9779 b составляет всего 19 часов. Это означает, что он обитает в так называемой «пустыне горячих нептунов», говорят ученые.

Планета в системе Траппист-1

Когда в этом году астрономы провели исследование TRAPPIST-1B с помощью телескопа Джеймса Уэбба, они обнаружили, что ее размер, вероятно, ближе всего к земному.

Скалистая экзопланета на расстоянии около 41 светового года от нас, похоже, не имеет атмосферы и имеет температуру около 232 градусов по Цельсию (450 по Фаренгейту), согласно статье, опубликованной в журнале Nature. Как раз подходящая температура для сжигания книг в антиутопическом будущем?

Ученые с нетерпением ждали возможности изучить звездную систему TRAPPIST-1, семейство из семи планет размером с Землю, вращающихся вокруг красного карлика, крошечной, но неистовой звезды, из чаще всего встречающихся в Млечном Пути. Они предположили, что один или два из этих миров, открытых шесть лет назад, могут быть обитаемы.

TRAPPIST-1B вряд ли поддерживает жизнь. Но исследователи только начинают исследования этой интригующей звездной системы. Они с нетерпением ждут возможности узнать информацию о некоторых других планетах, особенно о ее соседке TRAPPIST-1E, четвертой планете от звезды. Считается, что она расположена на правильном расстоянии от звезды, позволяющем жидкой воде образовывать озера и океаны на поверхности планеты.

Двойник Земли, намекающий на наличие атмосферы

Астрономы присматриваются к другой скалистой экзопланете, GJ 486 B, расположенной относительно близко к нашей Солнечной системе, всего в 26 световых годах от нас в созвездии Девы. Обнаруженная два года назад, она примерно на 30 процентов больше Земли и обращается вокруг красного карлика каждые 1,5 дня.

Несмотря на то, что планета находится так близко к своей родительской звезде и имеет палящую температуру около 427 градусов по Цельсию (800 по Фаренгейту), на ней видны признаки наличия водяного пара - намек на то, что инопланетный мир, возможно, имеет атмосферу, окутывающую планету. Атмосферы имеют решающее значение для защиты планеты от ультрафиолетового излучения звезды, поддержания температуры, пригодной для жизни, и создания давления, необходимого для жидкой воды.

Но это может быть мираж?

Другое возможное объяснение наличия пара, обнаруженного Уэббом, заключается в том, что вода поступает из внешнего слоя ближайшей звезды, более холодного, чем Солнце, а вовсе не с планеты. Ученым понадобятся дополнительные наблюдения, чтобы определить, действительно ли на экзопланете есть атмосфера и сколько воды в ней присутствует. Без атмосферы жизнь - по крайней мере, та, которая может процветать на Земле, - не существовала бы.

Водяной пар и раньше обнаруживался на газообразных экзопланетах, но никогда - на каменистых планетах или планетах земной группы, подобных Земле, Марсу, Меркурию и Венере.

Лавовый мир, наполовину скрытый темной тенью

Интригующий мир находится как раз на границе так называемой зоны Златовласки, области вокруг родительской звезды, где не слишком жарко и не слишком холодно для существования жидкой воды на поверхности планет.

Отчасти поэтому ученых интересует LP 791-18 D, планета с умеренным климатом размером примерно с Землю, вращающаяся вокруг небольшого красного карлика на расстоянии 90 световых лет от нас в южном созвездии Чаша.

Космические вулканы! На Ио, луне Юпитера, находятся самые активные вулканы в нашей Солнечной системе. Недавно открытая экзопланета может соперничать даже с этой огненной луной! http://go.nasa.gov/456E9gb

Даже если это звучит как рай, учтите, что экзопланета усеяна вулканами, половина планеты находится под постоянным дневным светом, а другая половина находится в постоянной темноте В совокупности эти экстремальные условия могут обеспечить необходимые ингредиенты для того, чтобы на планете появилась атмосфера. Многие ученые-планетологи считают, что вулканическая активность имеет ключевое значение для поддержания жизни на планете, поскольку выброс газов во время извержения вносит свой вклад в атмосферу и может помочь планете поддерживать умеренные температуры.

Астрономы хотят получить время наблюдения на телескопе Уэбба, чтобы провести исследование атмосферы этой экзопланеты. Например, открытие воды и метана - важных ингредиентов жизни, какой мы ее знаем - может быть признаком потенциальной обитаемости или биологической активности.

Планета с ужасающими песчаными облаками

Облака над недавно открытым миром в 40 световых годах от Земли завихряются шипящими крупинками песка.

В VHS 1256 B - вечная, обжигающая песчаная буря. В облаках суперюпитера температура достигает палящих 816 градусов  Цельсия (1500 по Фаренгейту). А когда облака становятся слишком тяжелыми, ливни, вероятно, забрасывают планету песчаной смесью, говорят астрономы

Песок... грубый, шершавый, проникает повсюду. Возможно, мы нашли его на VHS 1256 b, похожем на Татуин мире, вращающемся вокруг солнц-близнецов. Среди прочих молекул Уэбб обнаружил в его атмосфере зерна силикатной пыли. Крупные зерна могут быть похожи на очень горячие мелкие частицы песка: https://go.nasa.gov/40jDNje

Хотя день экзопланеты всего на два часа короче нашего, полный оборот вокруг ее двух звезд занимает 10 000 земных лет. BEBOP-1C (смотри первую экзопланету в этой истории) была не единственной планетой, обнаруженной в этом году в двойной системе. Но учитывая, насколько далеко мир находится от своих звезд - примерно в четыре раза дальше, чем Плутон от Солнца - источники света будут довольно тусклыми.

Еще один свежий пример того, как инопланетные облака могут полностью отличаться от мягких облаков водяного пара на Земле.

Перевод: Александр Тарлаковский (блог tay-ceti.space)
Оригинал: The curious new planets astronomers discovered in 2023