Misja NASA EXCITE zbada atmosfery egzoplanet

Naukowcy i inżynierowie NASA są gotowi do lotu misji badania w podczerwieni atmosfer egzoplanet, o nazwie EXCITE (EXoplanet Climate Infrared TElescope) na skraj kosmosu.

Misja EXCITE

.EXCITE został zaprojektowany do badania atmosfer wokół egzoplanet, czyli światów poza Układem Słonecznym, podczas okołobiegunowych, lotów balonem naukowym. Najpierw jednak musi ukończyć lot testowy jesienią 2024 roku z Fort Sumner w Nowym Meksyku.

„EXCITE może dać nam trójwymiarowy obraz atmosfery i temperatury planety, zbierając dane przez cały czas, gdy planeta krąży wokół swojej gwiazdy. Tylko kilka pomiarów tego typu zostało wykonanych wcześniej. Wymagają one bardzo stabilnego teleskopu, który będzie w stanie śledzić dany glob przez kilka dni” – mówi Peter Nagler z NASA.

EXCITE będzie badać gorące Jowisze, ogromne gazowe egzoplanety, które okrążają swoją gwiazdą-gospodarza co jeden lub dwa dni i mają temperaturę tysięcy stopni. Światy te są zablokowane tidalnie, co oznacza, że zawsze są zwrócone tą samą stroną do gwiazdy.

Atmosfery egzoplanet

.Teleskop będzie obserwował rozkład ciepła na danej planecie, od gorącej półkuli zwróconej w stronę gwiazdy do stosunkowo chłodniejszej strony nocnej. Określi również, w jaki sposób cząsteczki w atmosferze planety pochłaniają i emitują światło na jej orbicie, w procesie zwanym spektroskopią fazowo-rozdzielczą. Dane te mogą zdaniem astronomów, nie tylko ujawnić obecność związków takich jak woda, metan, dwutlenek węgla i inne, ale także sposób, w jaki orbitują one globalnie, gdy glob krąży wokół swojego gospodarza.

Należące do NASA kosmiczne teleskopy Hubble’a, Jamesa Webba i Spitzera zebrały między sobą kilka takich pomiarów. Na przykład w 2014 roku Hubble i Spitzer obserwowały egzoplanetę o nazwie WASP-43 b. Aby zebrać dane w ciągu 22-godzinnego globalnego dnia, naukowcy potrzebowali 60 godzin czasu Hubble’a i 46 godzin czasu Spitzera. Takie badania wymagające dużych zasobów w obserwatoriach kosmicznych są trudne. Czas jest ograniczonym zasobem, a obserwacje muszą konkurować z setkami innych próśb o ten czas.

„Podczas swojego pierwszego lotu naukowego EXCITE zamierza latać przez kilka dni i wystartuje z Columbia Scientific Balloon Facility na Antarktydzie. A na biegunie gwiazdy, które będziemy badać, nie zachodzą, więc nasze obserwacje nie zostaną przerwane. Mamy nadzieję, że misja skutecznie podwoi liczbę widm rozdzielonych fazowo dostępnych dla społeczności naukowej” – twierdzi Kyle Helson z NASA.

EXCITE poleci na wysokość około 40 kilometrów przy użyciu balonu naukowego wypełnionego helem. Dzięki temu znajdzie się powyżej 99,5 proc. ziemskiej atmosfery. Na tej wysokości teleskop będzie w stanie obserwować wiele długości fal podczerwonych z niewielkimi zakłóceniami.

„Teleskop zbiera światło podczerwone i wysyła je do spektrometru, gdzie przechodzi przez mały tor przeszkód. Światło odbija się od luster i przechodzi przez pryzmat, zanim dotrze do detektora. Wszystko musi być bardzo precyzyjnie ustawione – wystarczy kilka milimetrów od środka i światło nie dotrze do detektora” – zaznacza Lee Bernard z Arizona State University w Tempe.

Spektrometr znajduje się wewnątrz zbiornika zwanego kriostatem, umieszczonego za teleskopem. Chłodzi on detektor spektrometru – niegdyś kandydata do lotu z spektrografem Webba NIRSpec (Near InfraRed Spectrograph) – do około minus 210 stopni Celsjusza, dzięki czemu może on mierzyć niewielkie zmiany natężenia światła podczerwonego. Cały teleskop i kriostat został umieszczony w podstawie w kształcie łódki, gdzie może obracać się wzdłuż trzech osi, aby utrzymać stabilne ustawienie z dokładnością do 50 milisekund.

Z gwiazd powstaliśmy, w gwiazdy się obrócimy

.Członek Polskiego Towarzystwa Astronomicznego, Piotr KOŁACZEK-SZYMAŃSKI, na łamach „Wszystko co Najważniejsze” twierdzi, że: „Pod koniec swojego życia gwiazda wykonuje gwałtowne oscylacje. W skali setek lub tysięcy lat doznaje gwałtownych rozprężeń, staje się wyraźnie większa i chłodniejsza, a następnie się kurczy. Jej powierzchniowe obszary są przyciągane zbyt słabo i „odlatują” od niej. Rozpad następuje warstwowo. Trwa to przez tysiące lat. Jedyne, co pozostaje, to jądro, biały karzeł złożony z węgla i tlenu, otoczony przez gaz, który powstaje w procesie odpadania warstw”.

„Mniejsze gwiazdy kończą swój żywot na etapie spalania węgla i tlenu. Gwiazdy masywniejsze są tak ciężkie, że w pozostających z nich białych karłach dochodzi do takiego wzrostu temperatury, że nawet tlen i węgiel spalają się i przechodzą w kolejne pierwiastki. Gwiazda staje się czerwonym nadolbrzymem. Na samym końcu tego procesu, bezpośrednio przed eksplozją supernowej, w jej jądrze pojawia się żelazo. Od tego momentu gwiazda nie może generować więcej energii. Po raz kolejny dochodzi do stanu krytycznego w jej życiu – zaczyna się rozpadać”.

„W pewnym momencie w jądrze robi się tak gęsto, że nawet elektrony pełzające wokół atomów żelaza nie mogą już dłużej tego robić. Zaczyna się proces neutronizacji materii. Elektrony wnikają w jądro atomów i zamieniają protony w neutrony. Żelazo zostaje zniszczone – powstaje gwiazda neutronowa”.

„Jądro gwiazdy neutronowej kurczy się i jednocześnie staje się sprężyste. Odbija się od zewnętrznej materii gwiazdy jak piłka. Powoduje to powstanie dużej fali uderzeniowej. Napór materii z zewnątrz jest tak duży, że powoduje zatrzymanie fali uderzeniowej w miejscu, w wyniku czego gwiazda zaczyna się niebywale rozgrzewać. Wskutek tego wybuchowego, deflagracyjnego spalania się powstaje duża część układu okresowego pierwiastków. Materia po śmierci gwiazdy, składająca się z pierwiastków ciężkich, może zasilić nowo powstające gwiazdy i planety”.

„Pierwiastki, z których się składamy, na przykład węgiel, azot i tlen, powstają dzięki śmierci mało masywnych gwiazd, jak nasze Słońce. W wyniku eksplozji supernowej powstaje tlen. Nasze ukochane złoto i srebro są efektem procesu jeszcze rzadszego – „zlania się” dwóch gwiazd neutronowych. Każdy atom węgla, tlenu i azotu w naszym ciele – kiedyś był obecny we wnętrzu gwiazdy. Bez nich nie moglibyśmy zaistnieć. Nasze życie powstało za sprawą gwiazd” – pisze Piotr KOŁACZEK-SZYMAŃSKI w tekście „Z gwiazd powstaliśmy, w gwiazdy się obrócimy„.

Oprac. EG