Uran pomoże badać odległe egzoplanety

Siódma planet od Słońca, czyli Uran, była jednocześnie obserwowana przez należący do NASA Kosmiczny Teleskop Hubble’a i sondę kosmiczną New Horizons, co umożliwiło naukowcom bezpośrednie porównanie jej z dwóch bardzo różnych punktów widzenia. Obserwacje będą miały wpływ na przyszłe badania podobnych światów wokół innych gwiazd.

Uran

.Astronomowie z NASA użyją Urana jako podstawę do analizy podobnych planet poza naszym Układem Słonecznym, znanych jako egzoplanety, porównując obrazy o wysokiej rozdzielczości z Hubble’a z bardziej odległym widokiem z New Horizons. Ta połączona perspektywa pomoże naukowcom dowiedzieć się więcej o tym, czego mogą się spodziewać podczas obrazowania globów wokół innych gwiazd za pomocą przyszłych teleskopów.

„Chociaż spodziewaliśmy się, że Uran będzie wyglądał inaczej w każdym filtrze obserwacyjnym, odkryliśmy, że był w rzeczywistości ciemniejszy niż oczekiwano w danych New Horizons pobranych z innego punktu widzenia” – mówi Samantha Hasler z Massachusetts Institute of Technology w Cambridge.

W poszukiwaniu egzoplanet

.Bezpośrednie obrazowanie egzoplanet jest kluczową techniką pozwalającą poznać ich potencjalne możliwości zamieszkania i może pomóc naukowcom odkryć nowe wskazówki na temat pochodzenia i formowania się naszego Układu Słonecznego. Astronomowie wykorzystują zarówno bezpośrednie obrazowanie, jak i spektroskopię, aby zebrać światło z obserwowanej planety i porównać jej jasność na różnych długościach fal.

Jednak obrazowanie egzoplanet jest niezwykle trudnym procesem, ponieważ znajdują się one niezwykle daleko. Ich obrazy są jedynie punktowe, a zatem nie tak szczegółowe, jak zbliżenia, które naukowcy uzyskują w przypadku światów krążących wokół Słońca. Astronomowie mogą również bezpośrednio obrazować egzoplanety tylko w „fazach częściowych”, gdy tylko część globu jest oświetlona przez gwiazdę macierzystą widzianą z Ziemi.

Jak podkreślają badacze, Uran był idealnym obiektem testowym dla przyszłych obserwacji odległych egzoplanet przez inne teleskopy z kilku powodów. Po pierwsze, wiele znanych egzoplanet to również gazowe olbrzymy o podobnej naturze. Ponadto, w momencie obserwacji, New Horizons znajdował się po drugiej stronie Urana, w odległości około 10 miliardów kilometrów, co pozwoliło zbadać jego półksiężyc o zmierzchu – coś, czego nie można zrobić z Ziemi. W tej odległości widok planety z sondy składał się z zaledwie kilku pikseli w kolorowej kamerze, zwanej Multispectral Visible Imaging Camera.

.Z drugiej strony, Hubble ze swoją wysoką rozdzielczością i na niskiej orbicie okołoziemskiej ponad 3.8 miliarda kilometrów od Urana, był w stanie dostrzec cechy atmosferyczne, takie jak chmury i burze po dziennej stronie gazowego świata.

„Uran pojawia się jako mała kropka w obserwacjach New Horizons, podobna do kropek widzianych przez bezpośrednio zobrazowane egzoplanety z obserwatoriów takich jak Webb lub obserwatoriów naziemnych. Hubble zapewnia kontekst dla tego, co robi atmosfera, gdy była obserwowana przez New Horizons” – tłumaczy Hasler.

Gazowe planety olbrzymy w Układzie Słonecznym mają dynamiczne i zmienne atmosfery ze zmieniającą się pokrywą chmur. Naukowcy nie wiedzą jak powszechne jest to wśród egzoplanet. Znając szczegóły tego, jak wyglądały chmury na Uranie dzięki Hubble’owi, badacze będą w stanie zweryfikować to, co zostało zinterpretowane z danych New Horizons. Na siódmej planecie od Słońca zarówno Hubble, jak i New Horizons zaobserwowały, że jasność nie zmieniała się wraz z obrotem planety, co wskazuje, że cechy chmur nie różniły się wraz z tym ruchem.

Jednak, jak twierdzą astronomowie, znaczenie odkrycia przez New Horizons ma związek z tym, jak planeta odbijała światło w innej fazie niż to, co może zobaczyć Hubble lub inne obserwatoria na Ziemi lub w jej pobliżu. New Horizons pokazał, że egzoplanety mogą być ciemniejsze niż oczekiwano przy częściowych i wysokich kątach fazowych, a atmosfera może odbijać światło inaczej przy częściowej fazie. NASA ma w planach budowę dwóch dużych obserwatoriów do badania atmosfer egzoplanet i ich potencjalnych możliwości zamieszkania.

Fot. NASA, ESA, Christian Nieves (STScI), Ralf Crawford (STScI), Greg Bacon (STScI)

„To przełomowe badanie Urana przez New Horizons z punktu obserwacyjnego niemożliwego do zaobserwowania w żaden inny sposób dodaje do skarbnicy nowej wiedzy naukowej misji i, podobnie jak wiele innych zestawów uzyskanych danych, przyniosło zaskakujące nowe spojrzenie na światy naszego Układu Słonecznego” – podkreśla Alan Stern z Southwest Research Institute.

Nadchodzący teleskop kosmiczny NASA Nancy Grace Roman, którego wystrzelenie zaplanowano na 2027 r., będzie wykorzystywał koronagraf do blokowania światła gwiazd w celu bezpośredniego oglądania egzoplanet gazowych olbrzymów. NASA Habitable Worlds Observatory, które jest na wczesnym etapie planowania, będzie pierwszym teleskopem zaprojektowanym specjalnie do poszukiwania biosygnatur atmosferycznych na skalistych planetach wielkości Ziemi krążących wokół innych gwiazd.

„Badanie, w jaki sposób znane punkty odniesienia, takie jak Uran, pojawiają się na odległych obrazach, może pomóc nam mieć bardziej solidne oczekiwania, gdy przygotowujemy się do przyszłych misji. A to będzie miało kluczowe znaczenie dla naszego sukcesu” – podsumowuje Hasler.

Wystrzelona w styczniu 2006 roku sonda New Horizons dokonała historycznego przelotu obok Plutona i jego księżyców w lipcu 2015 roku, a następnie umożliwiła ludzkości pierwsze bliskie spojrzenie na jeden z obiektów Pasa Kuipera, Arrokoth, w styczniu 2019 roku. New Horizons jest obecnie w trakcie swojej drugiej rozszerzonej misji, badając odległe obiekty Pasa Kuipera, charakteryzując zewnętrzną heliosferę Słońca i dokonując obserwacji astrofizycznych z niezrównanego punktu obserwacyjnego w odległych regionach Układu Słonecznego.

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