Teleskop Jamesa Webba szykuje się do obserwacji pobliskich planet skalistych

Wśród celów zaproponowanych do obserwacji przez pierwszy rok badań zaproponowano dwie gorące egzoplanety z kategorii zwanej superziemiami. To globy skaliste, ale o rozmiarach przekraczających wielkość naszej planety. Właśnie na tych dwóch obiektach naukowcy przetestują spektrografy wysokiej rozdzielczości, aby spróbować zrozumieć geologiczną różnorodność planet w naszej galaktyce oraz ewolucję planet skalistych.

Pierwsza ze wspomnianych planet to 55 Cancri e, znana też pod nazwą Janssen. Odkryto ją w 2004 roku. Krąży w układzie planetarnym 55 Cancri (alternatywna nazwa: Copernicus) jako najbliższa z pięciu znanych planet okrążających gwiazdę 55 Cancri A, która jest głównym składnikiem układu podwójnego gwiazd. Druga z gwiazd tego układu krąży po bardzo rozległej orbicie o okresie co najmniej 30 tysięcy lat.

Planety okrążają gwiazdę 55 Cancri A jednak po dużo mniejszych orbitach, a orbita planety Janssen jest szczególnie ciasna. Do pokonania pełnego okrążenia wokół swojej gwiazdy potrzebuje niecałych 18 godzin. Od gwiazdy dzieli ją zaledwie 2,3 mln km, czyli dużo mniej niż Merkurego od Słońca (58 mln km).

Dla planet znajdujących się tak blisko swojej gwiazdy przewiduje się, że na skutek oddziaływań pływowych ich okres obrotu jest zgodny z okresem obiegu, czyli stale patrzą na gwiazdę jedną stroną (podobnie jak w przypadku Księżyca w stosunku do Ziemi). Czyli najgorętszy punkt na planecie powinien znajdować się po stronie dziennej i powinien być raczej dość stabilny.

Jednak w przypadku 55 Cancri e wydaje się, że może być inaczej. Obserwacje z Kosmicznego Teleskopu Spitzera sugerują, że najgorętszy punkt jest przesunięty, a całkowita ilość wykrywanego ciepła od strony dziennej planety jest zmienna.

Jednym z możliwych wytłumaczeń dla tej sytuacji byłaby obecność grubej atmosfery, w której ciepło przemieszcza się dookoła. W składzie atmosfery mógłby dominować tlen lub azot. Jeśli planeta faktycznie ma atmosferę, to Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba będzie w stanie ją wykryć i ustalić skład chemiczny.

Kolejna koncepcja jest jeszcze bardziej intrygująca, bowiem przewiduje deszcze z lawy. Jeśli planeta nie patrzy stale tą samą stronę na gwiazdę, może być niczym Merkury obracający się dookoła swojej osi trzy razy na każde dwa obiegi dookoła gwiazdy. Wtedy na planecie występowałby cykl dnia i nocy. To mogłoby wyjaśnić przesunięcie najgorętszego punktu. Podobnie jak na Ziemi, powierzchnia potrzebuje nieco czasu na rozgrzanie, więc najcieplej by było popołudniu, a nie w samo południe. Również tą hipotezę naukowcy planują sprawdzić przy pomocy Teleskopu Jamesa Webba, obserwując ciepło emitowane z oświetlonej części podczas czterech różnych orbit.

Jeśli mamy do czynienia z tym scenariuszem, to powierzchnia planety może rozgrzewać się, topić się, a nawet parować podczas dnia, formując cienką atmosferę. Z kolei wieczorem ochładza się, kondensuje do kropel i spada jako deszcz lawy na powierzchnię, ponownie przechodząc w stan stały podczas nocy.

Drugi obiekt do obserwacji to planeta LHS 3844 b, która jest trochę chłodniejsza, aczkolwiek jak na ziemskie warunki to nadal piekielna temperatura (770 stopni Celsjusza po stronie dziennej). Ta superziemia została odkryta w 2018 roku. Okrąża swoją gwiazdę w 11 godzin i ma 1,32 razy większy promień niż Ziemia.

Jej gwiazda jest mniejsza i chłodniejsza od tej w układzie 55 Cancri, więc raczej powierzchnia planety nie topi się. Obserwacje z Kosmicznego Teleskopu Spitzera wskazują, że nie posiada też znaczącej atmosfery.

Brak atmosfery to szansa dla Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba na użycie spektroskopii do poznania powierzchni planety. Różne rodzaje skał mają różne widma i na tej podstawie można spróbować ustalić z czego zbudowana jest powierzchnia LHS 3844 b. Naukowcy planują uzyskać widma emisji termicznej ze strony dziennej, a następnie porównać je z widmami znanych skał.

Obie planety znajdują się w całkiem bliskim sąsiedztwie Układu Słonecznego. Do systemu 55 Cancri mamy 41 lat świetlnych, a od LHS 3844 dzieli nas 45 lat świetlnych.(PAP)

cza/ agt/