טלסקופ ג’יימס ווב מזהה רוחות של 8,000 קמש וחום קיצוני על כוכב הלכת WASP-43 b

טלסקופ החלל ג’יימס ווב תיעד נתונים חסרי תקדים על האטמוספירה של כוכב הלכת האקסו-פלנט WASP-43 b, ענק גז הממוקם במרחק של 280 שנות אור מכדור הארץ. התצפיות זיהו רוחות קו המשווניות המגיעות ל-8,000 קמ”ש ושונות תרמית קיצונית בין חצאי הכדורים של הגוף השמימי. לכוכב הלכת יש ממדים דומים לאלו של צדק והוא מקיף את הכוכב המארח שלו במרחק קצר מזה שמפריד בין מרקורי לשמש.

הקרבה לכוכב גורמת לכוכב הלכת להשלים תרגום שלם תוך 19.5 שעות. תצורת מסלול זו יוצרת נעילת גאות ושפל, השומרת על צד אחד מואר לצמיתות והשני בחושך מתמשך. סוכנות החלל נאס”א ריכזה את הניתוח של נתוני אינפרא אדום, שחשפו נוכחות של עננים צפופים בצד הלילה ואדי מים המופצים בכל האטמוספרה.

דינמיקה תרמית וסיבוב מסונכרן של ענקית הגז

הגוף השמימי שייך לקטגוריה של צדק חם. כוכבי לכת גזיים מסיביים אלה מסתובבים קרוב מאוד לכוכביהם ומקבלים רמות גבוהות של קרינה. הסיבוב המסונכרן של WASP-43 b מונע התרחשות של מחזורי יום ולילה כמו אלה שתועדו על פני כדור הארץ. חצי כדור אחד מקבל אור כוכבים ללא הפרעה. הצד הנגדי נשאר בחושך.

מדידות תרמיות מצביעות על פער ניכר בין שני חצאי כדור הארץ. חצי הכדור בשעות היום מגיע לטמפרטורות הקרובות ל-1,250 מעלות צלזיוס. רמת חום זו מאפשרת לזייף ברזל על פני השטח האטמוספריים. צד הלילה מציג התקררות יחסית, עם מדי חום שמראים סביב 600 מעלות צלזיוס.

אסימטריה של טמפרטורה משפיעה ישירות על המבנה האטמוספרי העולמי. ג’יימס ווב זיהה שהצד המואר משקף בעוצמה קרינת אינפרא אדומה, ומציג מראה בהיר על החיישנים. הצד האפל שומר על מאפיינים שונים עקב היווצרותם של מחסומים מטאורולוגיים. הפרש החום בין האזורים מניע את תנועת הגזים בקנה מידה פלנטרי.

מכשיר MIRI לוכד וריאציות באור אינפרא אדום

מדענים השתמשו במכשיר האינפרא-אדום האמצעי (MIRI) המחובר לטלסקופ כדי לבצע את המיפוי. הציוד פועל בלכידת אור אינפרא אדום בינוני, טווח אידיאלי לרישום פליטות חום בחלל עמוק. הצוות עקב אחר מערכת הכוכבים במשך יותר ממסלול שלם אחד של כוכב הלכת החיצוני.

המרחק של 280 שנות אור והבוהק שנגרם על ידי הכוכב המארח לא מאפשרים לצלם תמונות ישירות של WASP-43 b. החוקרים יישמו את טכניקת עקומת השלב כדי להתגבר על מגבלה טכנית זו. השיטה מורכבת ממדידת שינויים בבהירות הכוללת של המערכת כאשר כוכב הלכת מסתובב סביב הכוכב.

הבהירות שנלכדה על ידי הטלסקופ גדלה כאשר חצי הכדור החם של WASP-43 b פנה אל העדשה. פליטת האינפרא אדום ירדה באופן פרופורציונלי כאשר צד הלילה קיבל את העמדה הקדמית. קריאה מתמשכת של התנודות הללו יצרה מפה תרמית תלת מימדית של האטמוספירה.

איסוף הנתונים התרחש באורכי גל ספציפיים, הנעים בין 5 ל-12 מיקרון. חלון תצפית זה מספק פרטים מדויקים על ההרכב הכימי והטמפרטורה של גזים. התהליך המתודולוגי כלל שלבי כיול קפדניים:

• ניטור רציף של קרינת אינפרא אדום הנפלטת ממערכת הכוכבים.
• הקלטת נפילות ושיאים באור במהלך התרגום של 19.5 שעות.
• בידוד האור המוחזר על ידי כוכב הלכת ביחס לבהירות הכוכב.
• זיהוי חתימות כימיות באמצעות ספקטרוסקופיה של שידור.

היישום המשותף של טכניקות אלו אפשר זיהוי של יסודות ספציפיים באטמוספירה. אדי מים הופיעו בבירור בספקטרום המנותח, שימשו כסמן למעקב אחר הגובה של תצורות עננים.

Leia Tambem

גלי הלם מכוכבים גוססים מפסלים משתלות כוכבים בצורת גלגל עגלה קוסמית

פרויקט Svarog ובדיקות אחרות מראים פוטנציאל ומגבלות של מפרשי שמש בחלל

מחקר של אימפריאל קולג’ מצביע על מפרשי שמש בקצה מערכת השמש בעוד 10 או 20 שנים

היעדר מתאן ורוחות משווניות מהירות

ניתוח של חצי הכדור הלילי חשף אזור כהה במידה ניכרת בקריאות אינפרא אדום. הנתונים מצביעים על קיומה של שכבת עננים עבה בגובה רב. תצורה מטאורולוגית זו חוסמת קרינה תרמית מהשכבות התחתונות של האטמוספירה. התופעה מסבירה את הירידה בפליטת החום שזוהתה על ידי מכשיר ה-MIRI.

הצד האפל אינו מגיע להקפאה מוחלטת עקב מערכת העברת אנרגיה. רוחות על-קוליות מעבירות אוויר מחומם מחצי כדור היום לאזור הלילה. מהירותם של זרמי אוויר אלו מגיעה ל-8,000 קמ”ש באזור המשווה. הזרימה המתמדת מונעת בידוד תרמי משני צידי כדור הארץ.

ההרכב הכימי של האטמוספירה סיפק הוכחה מוחלטת למהירות הרוח. מודלים תיאורטיים הצביעו על כך שמתאן צריך להיווצר בשפע בצד הלילה, שם הטמפרטורה יורדת ל-600 מעלות צלזיוס. ג’יימס ווב לא זיהה כמויות משמעותיות של גז זה בתצפיות.

המחסור במתאן מתרחש מכיוון שמחזור הדם באטמוספירה מערבב גזים במהירות רבה. אוויר חם מצד היום, עשיר בפחמן חד חמצני, פולש לחצי הכדור האפל במהירות גבוהה. לתגובות כימיות אין מספיק זמן להמיר פחמן למתאן לפני שהרוחות גוררות את מסת האוויר חזרה לאזור המואר. הדינמיקה מוכיחה את עוצמת האקלים ב-WASP-43 b.

השפעת התצפיות למיפוי עולמות חדשים

כוכב הלכת WASP-43 b כבר נכלל בקטלוגים האסטרונומיים לאחר תצפיות ראשוניות שנעשו על ידי הטלסקופים האבל ושפיצר. ציוד קודם אישר את קיומו של הגוף השמימי וסיפק הערכות בסיסיות למסלולו. כניסתו של ג’יימס ווב למחקר העלתה את רזולוציית הנתונים לרמה חסרת תקדים בחקר החלל.

היכולת להפריד בין אור כוכבים לפליטת כוכבי הלכת בדיוק רב מאמתת את המודלים המתמטיים המשמשים באסטרונומיה המודרנית. חוקרים יכולים כעת לחזות את התנהגותן של אטמוספרות מורכבות ללא צורך בבדיקות פיזיות. חקר ענקי הגז הקרובים לכוכבים משמש כמעבדה לשיפור כלי הגילוי.

הטכניקות ששוכללו במהלך הניתוח של WASP-43 b יושמו בחיפוש אחר כוכבי לכת סלעיים קטנים יותר. זיהוי מולקולות מים ומדידת רוחות במטרה של טריליוני קילומטרים ממחישים את רגישותם של מכשירי הזרם. למערכת השמש אין אף כוכב לכת עם מאפיינים אקלימיים דומים.

השילוב של חום קיצוני, נעילת גאות ושפל, רוחות על-קוליות ועננים אטומים יוצר סביבה אטמוספרית ייחודית. מימן והליום שולטים בהרכב האוויר, בעוד שקרינת הכוכבים מכתיבה את קצב הסערות העולמיות. מיפוי מתמשך של כוכבי לכת מרחיבים את מסד הנתונים על היווצרותן והתפתחותן של מערכות פלנטריות.