הקונספט של האמן הזה מראה איך יכול להיראות כוכב הלכת האקזו-כוכב החם ענק הגז WASP-43 b. WASP-43 b הוא כוכב לכת בגודל צדק המקיף כוכב במרחק של כ-280 שנות אור, בקבוצת הכוכבים סקסטנים. כוכב הלכת מקיף במרחק של כ-1.3 מיליון מיילים (0.014 יחידות אסטרונומיות, או AU), ומשלים מעגל אחד בכ-19.5 שעות. מכיוון שהוא כל כך קרוב לכוכב שלו, WASP-43 b כנראה נעול בגאות: קצב הסיבוב ותקופת ההקפה שלו זהים, כך שצד אחד פונה לכוכב כל הזמן. קרדיט: נאס"א, ESA, CSA, ראלף קרופורד (STScI)
WASP-43 b מעונן בצד הלילה ובהיר בצד היום, עם רוחות משווניות מייללות סביב כדור הארץ במהירות של 5,000 מייל לשעה.
לִפְעָמִים לֹא מציאת משהו מרגש ושימושי בדיוק כמו מציאתו. קח חם צדק WASP-43 b, למשל. לעולם הנעול הזה יש צד יום צורב-לוהט וקבוע ולילה קריר יותר. אסטרונומים המשתמשים ב-Webb כדי למפות את הטמפרטורה ולנתח את האטמוספירה סביב כוכב הלכת שצפויה לזהות מתאן, מולקולת פחמן נפוצה, בצד הלילה. אבל ברור שאין לזה שום סימן. למה? התוצאה מעידה על כך שרוחות על-קוליות של גז חם נושבות משעות היום, מטפחות את האטמוספירה ביסודיות ומונעות את התגובות הכימיות שאחרת היו מייצרות מתאן בצד הלילה.
עקומת אור זו מציגה את השינוי בבהירות של מערכת WASP-43 לאורך זמן כאשר כוכב הלכת מקיף את הכוכב. סוג זה של עקומת אור ידוע בתור עקומת פאזה מכיוון שהיא כוללת את כל המסלול, או את כל השלבים של כוכב הלכת.
מכיוון שהוא נעול בגאות, צדדים שונים של WASP-43 b מסתובבים לעין תוך כדי מסלולו. המערכת נראית הבהירה ביותר כאשר צד היום החם פונה לטלסקופ, ממש לפני ואחרי הליקוי המשני כאשר כוכב הלכת חולף מאחורי הכוכב. המערכת מתעמעמת ככל שכוכב הלכת ממשיך במסלוליו וצד הלילה מסתובב לעין. לאחר המעבר כאשר כוכב הלכת חולף מול הכוכב, חוסם חלק מאור הכוכבים, המערכת מתבהרת שוב כאשר צד היום מסתובב בחזרה לראייה.
קרדיט: נאס"א, ESA, CSA, ראלף קרופורד (STScI), טיילור בל (BAERI), ג'ואנה ברסטו (האוניברסיטה הפתוחה), מייקל רומן (אוניברסיטת לסטר)
טלסקופ החלל Webb מפה את מזג האוויר על כוכב הלכת במרחק של 280 שנות אור
צוות בינלאומי של חוקרים השתמש בהצלחה נאס"אשל טלסקופ החלל ג'יימס ווב כדי למפות את מזג האוויר על כוכב הלכת האקסו-גז החם WASP-43 b.
מדידות בהירות מדויקות על פני ספקטרום רחב של אור אמצע אינפרא אדום, בשילוב עם מודלים של אקלים תלת מימדיים ותצפיות קודמות מטלסקופים אחרים, מרמזות על נוכחותם של עננים עבים וגבוהים המכסים את צד הלילה, שמיים בהירים ביממה ורוחות משווניות של למעלה מ-5,000 מיילים. לשעה ערבוב גזים אטמוספריים סביב כדור הארץ.
החקירה היא רק ההפגנה האחרונה של אקסופלנט מדע אפשרי כעת עם היכולת יוצאת הדופן של ווב למדוד שינויים בטמפרטורה ולזהות גזים אטמוספריים טריליוני קילומטרים משם.
"יופיטר לוהט" נעול בגאות
WASP-43 b הוא סוג "צדק חם" של כוכב לכת אקסופלנט: דומה בגודלו לצדק, העשוי בעיקר מימן והליום, וחם הרבה יותר מכל כוכבי הלכת הענקיים במערכת השמש שלנו. למרות שהכוכב שלו קטן וקריר יותר מהשמש, WASP-43 b מקיף במרחק של 1.3 מיליון מייל בלבד – פחות מ-1/25 מהמרחק בין מרקורי לשמש.
עם מסלול כה הדוק, כוכב הלכת נעול בגאות, כאשר צד אחד מואר ברציפות והשני בחושך קבוע. למרות שצד הלילה לעולם אינו מקבל קרינה ישירה מהכוכב, רוחות מזרחיות חזקות מעבירות חום מסביב לשמש.
מאז גילויו ב-2011, WASP-43 b נצפתה עם טלסקופים רבים, כולל האבל של נאס"א וטלסקופי החלל שפיצר שיצאו לגמלאות.
"עם האבל, יכולנו לראות בבירור שיש אדי מים ביום. גם האבל וגם שפיצר הציעו שעשויים להיות עננים בצד הלילה", הסביר טיילור בל, חוקר מהמכון לחקר הסביבה באזור המפרץ ומחבר ראשי של מחקר שפורסם ב-30 באפריל ב אסטרונומיה של הטבע. "אבל היינו צריכים מדידות מדויקות יותר מ-Webb כדי באמת להתחיל למפות את הטמפרטורה, כיסוי העננים, הרוחות והרכב האטמוספרי המפורט יותר לאורך כל כדור הארץ."
דיאגרמה פשוטה זו של עקומת פאזה של כוכב לכת מראה את השינוי בבהירות הכוללת של מערכת כוכב-כוכב לכת כאשר כוכב הלכת מקיף את הכוכב. המערכת נראית בהירה יותר כאשר יותר מהצד המואר של כוכב הלכת פונה לטלסקופ (שלב מלא). זה נראה עמום יותר כאשר יותר מהצד האפל פונה לטלסקופ (שלב חדש), כאשר כוכב הלכת חוסם חלק מאור הכוכבים (מעבר), וכאשר אור מכוכב הלכת נחסם על ידי הכוכב (ליקוי משני).
(למעלה) תרשים המראה את השינוי בשלב של כוכב לכת (כמות הצד המואר הפונה לטלסקופ) כשהוא מקיף את הכוכב שלו.
(למטה) גרף תלת מימדי המראה את השינוי בבהירות הכוללת של מערכת כוכב-כוכב לכת כאשר כוכב הלכת מקיף את כוכבו. בגרף זה, המכונה עקומת אור, המישור האופקי הוא מיקום המסלול והציר האנכי הוא בהירות.
(מימין) סרגל קנה מידה. הן בתרשים המסלול והן בעקומת האור, הצבע מציין את הבהירות הנצפית של הכוכב + כוכב הלכת: מסגול כהה (פחות כמות אור זוהתה) ללבן (זוהה יותר אור).
חוקרים משתמשים בעקומות פאזה כדי לחקור שינויים ברפלקטיביות ובטמפרטורה של כוכב לכת עם קו אורך (מצד אחד למשנהו), מה שיכול לספק תובנה לגבי הרכב פני השטח ותנאי האטמוספירה של כוכב הלכת.
קרדיט: נאס"א, ESA, CSA, דני פלייר (STScI), אנדי ג'יימס (STScI), גרג בייקון (STScI)
מיפוי טמפרטורה והסקת מזג אוויר
למרות ש-WASP-43 b קטן, עמום וקרוב לכוכב שלו מכדי שטלסקופ יוכל לראות ישירות, תקופת ההקפה הקצרה שלו של 19.5 שעות בלבד הופכת אותו לאידיאלי עבור ספקטרוסקופיה של עקומת פאזה, טכניקה הכוללת מדידת שינויים זעירים בבהירות של מערכת כוכב-כוכב כאשר כוכב הלכת מקיף את הכוכב.
מכיוון שכמות האור הבינוני-אינפרא אדום שמפיץ עצם תלויה במידה רבה במידת החום שלו, ניתן להשתמש בנתוני הבהירות שנלכדה על ידי Webb כדי לחשב את הטמפרטורה של כוכב הלכת.
הצוות השתמש ב-MIRI (מכשיר אינפרא אדום באמצע) של Webb כדי למדוד אור ממערכת WASP-43 כל 10 שניות במשך יותר מ-24 שעות. "על ידי התבוננות על פני מסלול שלם, הצלחנו לחשב את הטמפרטורה של צדדים שונים של כוכב הלכת כשהם מסתובבים לעין", הסביר בל. "מכאן נוכל לבנות מפה גסה של הטמפרטורה על פני כדור הארץ."
המדידות מראות שלצד היום יש טמפרטורה ממוצעת של קרוב ל-2,300 מעלות פרנהייט (1,250 מעלות צֶלסִיוּס) – חם מספיק כדי לזייף ברזל. בינתיים, הלילה קריר משמעותית ב-1,100 מעלות פרנהייט (600 מעלות צלזיוס). הנתונים גם עוזרים לאתר את הנקודה החמה ביותר בכוכב הלכת ("הנקודה החמה"), המוסטת מעט מזרחה מהנקודה שמקבלת את הקרינה הכוכבית ביותר, שבה הכוכב נמצא הגבוה ביותר בשמי כוכב הלכת. השינוי הזה מתרחש בגלל רוחות על-קוליות, שמניעות אוויר מחומם מזרחה.
"העובדה שאנו יכולים למפות טמפרטורה בצורה זו היא עדות אמיתית לרגישות וליציבות של ווב", אמר מייקל רומן, מחבר שותף מאוניברסיטת לסטר בבריטניה
כדי לפרש את המפה, הצוות השתמש במודלים אטמוספריים תלת מימדיים מורכבים כמו אלה המשמשים להבנת מזג האוויר והאקלים על פני כדור הארץ. הניתוח מראה שצד הלילה מכוסה כנראה בשכבה עבה וגבוהה של עננים שמונעים מחלק מהאור האינפרא אדום לברוח לחלל. כתוצאה מכך, צד הלילה – למרות שהוא חם מאוד – נראה עמום וקריר יותר מאשר אם לא היו עננים.
קבוצת מפות זו מציגה את הטמפרטורה של הצד הגלוי של כוכב הלכת האקסו-גז החם WASP-43 b, כאשר כוכב הלכת מקיף את כוכבו. הטמפרטורות חושבו על סמך יותר מ-8,000 מדידות בהירות של אור אמצע אינפרא אדום של 5 עד 12 מיקרון שזוהה ממערכת הכוכבים-כוכבי לכת על ידי MIRI (מכשיר האינפרא האדום האמצעי) בטלסקופ החלל ג'יימס ווב של נאס"א. באופן כללי, ככל שעצם חם יותר, כך הוא פולט יותר אור אינפרא אדום בינוני. קרדיט: נאס"א, ESA, CSA, ראלף קרופורד (STScI), טיילור בל (BAERI), ג'ואנה ברסטו (האוניברסיטה הפתוחה), מייקל רומן (אוניברסיטת לסטר)
חסר מתאן ורוחות עזות
הספקטרום הרחב של אור אמצע אינפרא אדום שנלכד על ידי Webb איפשר גם למדוד את כמות אדי המים (H2O) ומתאן (CH4) מסביב לכוכב הלכת. "ווב נתן לנו הזדמנות להבין בדיוק אילו מולקולות אנחנו רואים ולהציב כמה מגבלות על השפע", אמרה ג'ואנה ברסטו, מחברת שותפה מהאוניברסיטה הפתוחה בבריטניה
הספקטרום מראים סימנים ברורים של אדי מים בצד הלילה וגם בצד היום של כוכב הלכת, ומספקים מידע נוסף על עובי העננים וכמה גבוה הם משתרעים באטמוספירה.
למרבה ההפתעה, הנתונים מראים גם כן חוֹסֶר של מתאן בכל מקום באטמוספירה. למרות שצומת היום חם מכדי שמתאן יתקיים (רוב הפחמן צריך להיות בצורת פחמן חד חמצני), המתאן צריך להיות יציב וניתן לזיהוי בצד הלילה הקריר יותר.
"העובדה שאנחנו לא רואים מתאן אומרת לנו של-WASP-43 b חייבות להיות מהירויות רוח שמגיעות למשהו כמו 5,000 מייל לשעה", הסביר ברסטו. "אם רוחות מזיזות גז מהיום לשולי הלילה וחוזר חלילה מהר מספיק, אין מספיק זמן לתגובות הכימיות הצפויות לייצר כמויות ניתנות לזיהוי של מתאן בצד הלילה."
הצוות חושב שבגלל הערבוב הזה מונע הרוח, הכימיה האטמוספרית זהה לאורך כל כדור הארץ, מה שלא היה ברור מעבודה קודמת עם האבל ושפיצר.
תצפית MIRI של WASP-43 b נערכה כחלק מתכניות Webb Early Release Science, המספקות לחוקרים מערך עצום של נתונים חזקים ובעלי גישה פתוחה לחקר מגוון רחב של תופעות קוסמיות.
טלסקופ החלל ג'יימס ווב הוא מצפה הכוכבים המוביל בעולם למדעי החלל. ווב פותר תעלומות במערכת השמש שלנו, מסתכל מעבר לעולמות רחוקים סביב כוכבים אחרים, וחוקר את המבנים והמקורות המסתוריים של היקום שלנו ומקומנו בו. Webb היא תוכנית בינלאומית בהובלת נאס"א עם שותפיה, ESA (סוכנות החלל האירופית) וסוכנות החלל הקנדית.
