Gezegenin mevcut anlayışına dayalı olarak, 55 Cancri e dış gezegeninin nasıl görünebileceğini gösteren çizim. 55 Cancri e, Güneş benzeri yıldızından yalnızca 0.015 astronomik birim uzaklıkta dönen, Dünya’nın neredeyse iki katı çapa sahip kayalık bir gezegendir. Sıkı yörüngesi nedeniyle, gezegen aşırı derecede sıcaktır ve gündüz sıcaklıkları 4.400 derece Fahrenheit’e (yaklaşık 2.400 santigrat derece) ulaşır. Webb’in Yakın Kızılötesi Kamerası (NIRCam) ve Orta Kızılötesi Aleti (MIRI) kullanılarak yapılan spektroskopik gözlemler, gezegenin bir atmosferinin olup olmadığını ve varsa bu atmosferin neyden yapıldığını belirlemeye yardımcı olacaktır. Gözlemler ayrıca gezegenin gelgit olarak kilitlenip kilitlenmediğini belirlemeye yardımcı olacaktır. Kredi: NASA, ESA, CSA, Dani Player (STScI)
Gökbilimciler, Webb’in yüksek hassasiyetli tayfölçerlerini iki ilgi çekici kayalık ötegezegen üzerinde eğitecekler.
Dünya’nın Güneş’e çok, çok daha yakın olduğunu hayal edin. O kadar yakın ki, bütün bir yıl sadece birkaç saat sürecek. O kadar yakın ki yerçekimi bir yarıküreyi sürekli kavurucu gün ışığına, diğerini ise sonsuz karanlıkta kilitledi. O kadar yakın ki okyanuslar kaynar, kayalar erimeye başlar ve bulutlar lav yağdırır.
Kendi güneş sistemimizde böyle bir şey yokken, bunun gibi gezegenler -kayalık, kabaca Dünya boyutunda, aşırı sıcak ve yıldızlarına yakın- dünyada nadir değildir.[{” attribute=””>Milky Way galaxy.
What are the surfaces and atmospheres of these planets really like? NASA’s James Webb Space Telescope is about to provide some answers.
Illustration showing what exoplanet LHS 3844 b could look like, based on current understanding of the planet.
LHS 3844 b is a rocky planet with a diameter 1.3 times that of Earth orbiting 0.006 astronomical units from its cool red dwarf star. The planet is hot, with dayside temperatures calculated to be greater than 1,000 degrees Fahrenheit (greater than about 525 degrees Celsius). Observations of the planet’s thermal emission spectrum using Webb’s Mid-Infrared Instrument (MIRI) will provide more evidence to help determine what the surface is made of. Credit: NASA, ESA, CSA, Dani Player (STScI)
Geology from 50 Light-Years: Webb Gets Ready to Study Rocky Worlds
With its mirror segments beautifully aligned and its scientific instruments undergoing calibration, NASA’s James Webb Space Telescope (Webb) is just weeks away from full operation. Soon after the first observations are revealed this summer, Webb’s in-depth science will begin.
Included in the investigations planned for the first year are studies of two hot exoplanets classified as “super-Earths” for their size and rocky composition: the lava-covered 55 Cancri e and the airless LHS 3844 b. Scientists will train Webb’s high-precision spectrographs on these planets with a view to understanding the geologic diversity of planets across the galaxy, as well as the evolution of rocky planets like Earth.
Super-Hot Super-Earth 55 Cancri e
55 Cancri e orbits less than 1.5 million miles from its Sun-like star (one twenty-fifth of the distance between Mercury and the Sun), completing one circuit in less than 18 hours. With surface temperatures far above the melting point of typical rock-forming minerals, the day side of the planet is thought to be covered in oceans of lava.
Illustration comparing rocky exoplanets LHS 3844 b and 55 Cancri e to Earth and Neptune. Both 55 Cancri e and LHS 3844 b are between Earth and Neptune in terms of size and mass, but they are more similar to Earth in terms of composition.
The planets are arranged from left to right in order of increasing radius.
Image of Earth from the Deep Space Climate Observatory: Earth is a warm, rocky planet with a solid surface, water oceans, and a dynamic atmosphere.
Illustration of LHS 3844 b: LHS 3844 b is a hot, rocky exoplanet with a solid, rocky surface. The planet is too hot for oceans to exist and does not appear to have any significant atmosphere.
Illustration of 55 Cancri e: 55 Cancri e is a rocky exoplanet whose dayside temperature is high enough for the surface to be molten. The planet may or may not have an atmosphere.
Image of Neptune from Voyager 2: Neptune is a cold ice giant with a thick, dense atmosphere.
The illustration shows the planets to scale in terms of radius, but not location in space or distance from their stars. While Earth and Neptune orbit the Sun, LHS 3844 b orbits a small, cool red dwarf star about 49 light-years from Earth, and 55 Cancri e orbits a Sun-like star roughly 41 light-years away. Both are extremely close to their stars, completing one orbit in less than a single Earth day.
Credit: NASA, ESA, CSA, Dani Player (STScI)
Planets that orbit this close to their star are assumed to be tidally locked, with one side facing the star at all times. As a result, the hottest spot on the planet should be the one that faces the star most directly, and the amount of heat coming from the day side should not change much over time.
But this doesn’t seem to be the case. Observations of 55 Cancri e from NASA’s Spitzer Space Telescope suggest that the hottest region is offset from the part that faces the star most directly, while the total amount of heat detected from the day side does vary.
Does 55 Cancri e Have a Thick Atmosphere?
One explanation for these observations is that the planet has a dynamic atmosphere that moves heat around. “55 Cancri e could have a thick atmosphere dominated by oxygen or nitrogen,” explained Renyu Hu of NASA’s Jet Propulsion Laboratory in Southern California, who leads a team that will use Webb’s Near-Infrared Camera (NIRCam) and Mid-Infrared Instrument (MIRI) to capture the thermal emission spectrum of the day side of the planet. “If it has an atmosphere, [Webb] onu algılayacak ve neyden yapıldığını belirleyecek hassasiyete ve dalga boyu aralığına sahip” dedi.
Yoksa 55 Cancri e’de Akşam Lav Yağıyor mu?
Bununla birlikte, bir başka ilgi çekici olasılık, 55 Cancri e’nin gelgit kilitli olmamasıdır. Bunun yerine, her iki yörünge için üç kez dönen Merkür gibi olabilir (3:2 rezonans olarak bilinir). Sonuç olarak, gezegen bir gece-gündüz döngüsüne sahip olacaktır.
Stockholm Üniversitesi’nden bir araştırmacı ve gezegeni inceleyen başka bir ekibe liderlik eden Alexis Brandeker, “Bu, gezegenin en sıcak bölümünün neden kaydığını açıklayabilir” dedi. “Tıpkı Dünya’da olduğu gibi, yüzeyin ısınması zaman alacaktı. Günün en sıcak zamanı öğleden sonra değil, öğleden sonra olur.”
Webb’in Orta Kızılötesi Enstrümanı tarafından ölçüldüğü gibi, sıcak süper Dünya ötegezegeni LHS 3844 b’nin olası termal emisyon spektrumu. Termal emisyon spektrumu, gezegen tarafından yayılan farklı kızılötesi dalga boylarındaki (renklerdeki) ışık miktarını gösterir. Araştırmacılar, bir atmosfer olup olmadığı ve gezegenin yüzeyinin neyden yapıldığı gibi belirli koşulları varsayarak, bir gezegenin termal emisyon spektrumunun nasıl görüneceğini tahmin etmek için bilgisayar modellerini kullanır.
Bu özel simülasyon, LHS 3844 b’nin atmosferi olmadığını ve gündüz tarafının koyu volkanik kaya bazaltıyla kaplı olduğunu varsayar. (Bazalt, güneş sistemimizdeki en yaygın volkanik kayadır ve Hawaii gibi volkanik adaları ve Dünya’nın okyanus tabanının çoğunu ve ayrıca Ay ve Mars yüzeylerinin büyük bölümlerini oluşturur.)
Karşılaştırma için gri çizgi, laboratuvar ölçümlerine dayalı bazaltik kaya model spektrumunu temsil eder. Pembe çizgi, Dünya kıtalarında bulunan en yaygın magmatik kaya olan granit spektrumudur. İki kaya türü çok farklı spektrumlara sahiptir, çünkü bunlar farklı miktarlarda farklı dalga boylarında ışığı emen ve yayan farklı minerallerden yapılmıştır.
Webb gezegeni gözlemledikten sonra, araştırmacılar gezegenin yüzeyinin neyden yapıldığını anlamak için gerçek spektrumu, bunun gibi çeşitli kaya türlerinin model spektrumlarıyla karşılaştıracaklar.
Kredi: NASA, ESA, CSA, Dani Player (STScI), Laura Kreidberg (MPI-A), Renyu Hu (NASA-JPL)
Brandeker’in ekibi, dört farklı yörünge sırasında 55 Cancri e’nin yanan tarafından yayılan ısıyı ölçmek için NIRCam kullanarak bu hipotezi test etmeyi planlıyor. Gezegenin 3:2 rezonansı varsa, her yarım küreyi iki kez gözlemleyecekler ve yarım küreler arasındaki herhangi bir farkı tespit edebilecekler.
Bu senaryoda, yüzey gün boyunca ısınacak, eriyecek ve hatta buharlaşacak ve Webb’in algılayabileceği çok ince bir atmosfer oluşturacaktır. Akşamları, buhar soğuyacak ve yoğunlaşarak yüzeye geri yağacak lav damlacıkları oluşturacak ve gece çöktüğünde tekrar katılaşacaktı.
Biraz Daha Soğutucu Super-Earth LHS 3844 b
55 Cancri e, lavlarla kaplı bir dünyanın egzotik jeolojisine dair fikir verirken, LHS 3844 b, katı kayayı bir zemin üzerinde analiz etmek için eşsiz bir fırsat sunuyor. ötegezegen yüzey.
55 Cancri e gibi, LHS 3844 b de yıldızına son derece yakın bir yörüngede döner ve 11 saatte bir devrimi tamamlar. Bununla birlikte, yıldızı nispeten küçük ve soğuk olduğu için gezegen, yüzeyinin erimesi için yeterince sıcak değildir. Ek olarak, Spitzer gözlemleri, gezegenin önemli bir atmosfere sahip olma ihtimalinin çok düşük olduğunu gösteriyor.
LHS 3844 b’nin Yüzeyi Nelerden Yapılmıştır?
LHS 3844 b’nin yüzeyini Webb ile doğrudan görüntüleyemeyecek olsak da, belirsiz bir atmosferin olmaması, yüzeyi spektroskopi ile incelemeyi mümkün kılıyor.
Max Planck Astronomi Enstitüsü’nden Laura Kreidberg, “Farklı kaya türlerinin farklı spektrumlara sahip olduğu ortaya çıktı” dedi. “Granitin bazalttan daha açık renkli olduğunu gözlerinizle görebilirsiniz. Kayaların yaydığı kızılötesi ışıkta da benzer farklılıklar var.”
Kreidberg’in ekibi, LHS 3844 b’nin gündüz tarafının termal emisyon spektrumunu yakalamak için MIRI’yi kullanacak ve ardından bileşimini belirlemek için bunu bazalt ve granit gibi bilinen kayaların spektrumlarıyla karşılaştıracak. Gezegen volkanik olarak aktifse, spektrum eser miktarda volkanik gazın varlığını da ortaya çıkarabilir.
Bu gözlemlerin önemi, galaksideki 5.000’den fazla onaylanmış ötegezegenden sadece ikisinin çok ötesine geçiyor. Kreidberg, “Bize genel olarak Dünya benzeri gezegenler hakkında harika yeni bakış açıları sunacak ve bu gezegenlerin bugün olduğu gibi sıcak olduğu zaman erken Dünya’nın nasıl olabileceğini öğrenmemize yardımcı olacaklar” dedi.
55 Cancri e ve LHS 3844 b’nin bu gözlemleri, Webb’in Döngü 1 Genel Gözlemciler programının bir parçası olarak gerçekleştirilecektir. Genel Gözlemciler programları, Hubble’da zaman ayırmak için kullanılan aynı sistem olan ikili anonim bir inceleme sistemi kullanılarak rekabetçi bir şekilde seçildi.
James Webb Uzay Teleskobu, dünyanın önde gelen uzay bilimi gözlemevidir. Webb güneş sistemimizdeki gizemleri çözecek, diğer yıldızların etrafındaki uzak dünyalara bakacak ve evrenimizin gizemli yapılarını ve kökenlerini ve içindeki yerimizi araştıracak. Webb, ortakları ESA (Avrupa Uzay Ajansı) ve Kanada Uzay Ajansı ile birlikte NASA tarafından yönetilen uluslararası bir programdır.