Z čoho sú vyrobené superzeme?

Ilustrácia odvodenej veľkosti superzeme (stredu) v porovnaní so Zemou a Neptúnom. Via Aldaron na Wikipedii

Ilustrácia odvodenej veľkosti superzeme (stredu) v porovnaní so Zemou a Neptúnom.Via Aldaron na Wikipedii


Vesmírna loď NASA Kepler, ktorá štartovala na misii na lov planét v roku 2009, prehľadala jednu malú časť oblohy a identifikovala viac ako 4 000 kandidátskych exoplanét. Tieto vzdialené svety obiehajú hviezdy iné ako naše vlastné slnko. Keplerov prieskum bol prvým, ktorý poskytol definitívny pohľad na relatívnu frekvenciu planét ako funkciu veľkosti. Jeho výsledky naznačovali, že malé planéty sú oveľa bežnejšie ako veľké. Je zaujímavé, že najbežnejšími planétami sú tie, ktoré sú o niečo väčšie ako Zem, ale menšie ako Neptún-takzvané super-Zeme.

V našej vlastnej slnečnej sústave neexistujú žiadne superzeme. Aj keď sú dnes astronómovia schopní pozrieť sa do vzdialeného vesmíru a dozvedieť sa niečo o veľkostiach a obežných dráhach superzemí, chceli by vedieť ... z čoho je super Zem vytvorená?


Super Zem by mohla byť väčšou verziou našej vlastnej Zeme-väčšinou skalnatá s atmosférou. Alebo to môže byť malý Neptún s veľkým jadrom skalného ľadu zapuzdreným v hrubom obale vodíka a hélia. Alebo super Zem môže byťvodný svet- skalnaté jadro obalené vodnou pokrývkou a možno aj atmosférou zloženou z pary (v závislosti od teploty planéty).

Heather Knutson je odbornou asistentkou planetárnej vedy na Caltechu. Ona a jej študenti používajú vesmírne observatóriá, ako sú Hubbleov a Spitzerov vesmírny teleskop, aby sa dozvedeli viac o superzemiach. Knutson povedal:

Je skutočne zaujímavé premýšľať o týchto planétach, pretože môžu mať toľko rôznych zložení, a vedieť o ich zložení nám veľa napovie o tom, ako planéty vznikajú.

Napríklad, pretože planéty v tomto rozsahu veľkostí získavajú väčšinu svojej hmotnosti vtiahnutím a začlenením pevného materiálu, vodné svety sa spočiatku museli vytvoriť ďaleko od ich materských hviezd, kde boli teploty dostatočne studené na to, aby voda zamrzla. Väčšina dnes známych superzeme obieha veľmi blízko svojich hostiteľských hviezd. Ak by sa ukázalo, že superzeme ovládané vodou sú bežné, znamenalo by to, že väčšina týchto svetov sa netvorila na svojich súčasných miestach, ale namiesto toho migrovala zo vzdialenejších obežných dráh.




Na tomto výtvarnom zobrazení planéta HAT-P-11b veľkosti Neptúna križuje svoju hviezdu v súhvezdí Cygnus. Astronómovia pozorujú takéto prechody alebo tranzity, aby získali informácie o atmosfére vzdialených planét. Modrá časť okraja planéty je dôsledkom rozptýleného svetla. Oranžový pás pred hviezdou zobrazuje oblasť, kde bola detekovaná vodná para. Obrázok prostredníctvom NASA/JPL-Caltech

V tomto umelcovom zobrazení planéta HAT-P-11b veľkosti Neptúna prechádza pred svojou hviezdou. Obrázok prostredníctvom NASA/JPL-Caltech

Knutson a jej tím používajú obiehajúce teleskopy na analýzu hviezdneho svetla, ktoré filtruje atmosférou exoplanéty, keď tieto planéty prechádzajú pred svoje hviezdy pri pohľade zo Zeme. Týmto spôsobom dokázali charakterizovať takmer dve desiatky plynových obrovských exoplanét známych akohot-jupiteri“, čo ukazuje, že tieto druhy svetov majú v atmosfére vodu, oxid uhoľnatý, vodík, hélium - a potenciálne aj oxid uhličitý a metán.

Ale čo superzeme? Zatiaľ je len niekoľko dostatočne blízko a obieha dostatočne jasné hviezdy na to, aby ich astronómovia mohli študovať v súčasnej dobe dostupnými teleskopmi a technikami.

Prvá super Zem, na ktorú sa astronomická komunita zamerala na štúdium atmosféry, bola GJ 1214b v súhvezdí Ophiuchus. Na základe priemernej hustoty (určenej z hmotnosti a polomeru) bolo od začiatku jasné, že planéta nie je úplne skalnatá. Jeho hustote však môže rovnako dobre zodpovedať buď primárne zloženie vody, alebo zloženie podobné Neptúnu so skalnatým jadrom obklopeným hrubým plynovým plášťom.


Informácie o atmosfére by mohli astronómom pomôcť určiť, ktorá to bola: atmosféra malého Neptúna by mala obsahovať veľa molekulárneho vodíka, zatiaľ čo v atmosfére vodného sveta by mala prevládať voda.

GJ 1214b je obľúbeným cieľom Hubbleovho vesmírneho teleskopu od jeho objavu v roku 2009. Po prvej Hubbleovej kampani vedenej výskumníkmi z Harvard-Smithsonianského centra pre astrofyziku sa sklamalo, že spektrum sa vrátilo bez výraznosti-neboli v ňom žiadne chemické podpisy. atmosféra. Potom, čo druhá sada citlivejších pozorovaní vedená výskumníkmi z Chicagskej univerzity vrátila rovnaký výsledok, vysvitlo, že podpis mrakov z atmosféry planéty musí maskovať vysoká oblačná paluba. Knutson povedal:

Je vzrušujúce vedieť, že na planéte sú mraky, ale mraky prekážajú tomu, čo sme vlastne chceli vedieť, z čoho je táto super Zem vytvorená?

Teraz Knutsonov tím študoval druhú super Zem: HD 97658b v smere súhvezdia Leo. O svojich zisteniach informujú v aktuálnom vydaní denníka TheAstrofyzikálny časopis. Vedci použili Hubbleov teleskop na meranie poklesu svetla, keď planéta prechádzala pred svojou materskou hviezdou v rozsahu infračervených vlnových dĺžok, aby zistili malé zmeny spôsobené vodnou parou v atmosfére planéty.


Údaje sa však opäť vrátili nevýrazné. Jedným z vysvetlení je, že HD 97658b je tiež obklopený mrakmi. Knutson však hovorí, že je tiež možné, že planéta má atmosféru, v ktorej chýba vodík. Pretože takáto atmosféra môže byť veľmi kompaktná, spôsobilo by, že poznateľné odtlačky prstov vodnej pary a iných molekúl sú veľmi malé a ťažko rozpoznateľné. Povedala:

Naše údaje nie sú dostatočne presné, aby zistili, či sú oblaky alebo neprítomnosť vodíka v atmosfére príčinou plochého spektra. Toto bol len rýchly prvý pohľad, aby sme si urobili hrubú predstavu o tom, ako atmosféra vyzerá. V priebehu budúceho roka použijeme Hubbleov teleskop na ďalšie podrobné pozorovanie tejto planéty. Dúfame, že tieto pozorovania poskytnú jasnú odpoveď na súčasné tajomstvo.

V budúcnosti by nové prieskumy, ako napríklad rozšírená misia NASA Kepler K2 a Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), naplánované na spustenie v roku 2017, mali identifikovať veľkú vzorku nových superzemských cieľov.

Samozrejme, hovorí, astronómovia by radi študovali exoplanéty veľkosti Zeme, ale tieto svety sú príliš malé a príliš ťažko pozorovateľné pomocou Hubbla a Spitzera. Vesmírny teleskop Jamesa Webba NASA, ktorého štart je naplánovaný na rok 2018, poskytne prvú príležitosť študovať viac svetov podobných Zemi. Komentovala:

Super-Zeme sú na okraji toho, čo teraz môžeme študovať. Super-Zeme sú však dobrou cenou útechy-sú samy o sebe zaujímavé a dávajú nám šancu preskúmať nové druhy svetov, ktoré v našej slnečnej sústave nemajú obdobu.

Prostredníctvom Caltech