Webbin tekemät havainnot ensimmäisestä eksoplaneetastaan

Tutkijat ovat vahvistaneet[1] eksoplaneetan olemassaolon NASA/ESA/CSA James Webb -avaruusteleskoopin avulla ensimmäistä kertaa. Tunnuksen LHS 475 b saanut planeetta on lähes täsmälleen samankokoinen kuin omamme, sen halkaisija on noin 99 % Maan halkaisijasta.

Taiteilijan näkemys eksoplaneetasta. Kuva NASA/ESA/CSA.

Tutkimusryhmää johtavat Kevin Stevenson ja Jacob Lustig-Yeger, molemmat Johns Hopkinsin yliopiston sovelletun fysiikan laboratoriosta Laurelissa, Marylandissa. Tiimi päätti tarkkailla tätä kohdetta Webb-teleskoopilla tarkistettuaan huolellisesti NASAn Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) -satelliitin tiedot, jotka vihjasivat planeetan olemassaoloon. Webbin lähi-infrapunaspektrografi (NIRSpec) havaitsi planeetan helposti ja selkeästi vain kahdella ylikulkuhavainnolla. "Ei ole epäilystäkään siitä, että planeetta on olemassa, Webbin tarkat tiedot vahvistavat sen”, Lustig-Yager sanoi.

"Nämä ensimmäiset havaintotulokset Maan kokoisesta kiviplaneetasta avaavat oven monille tulevaisuuden mahdollisuuksille tutkia kiviplaneettojen ilmakehää Webbin kanssa", myönsi Mark Clampin, NASAn Washingtonin päämajan astrofysiikan osaston johtaja. "Web tuo meidät yhä lähemmäksi uutta ymmärrystä Maan kaltaisista maailmoista Aurinkokunnan ulkopuolella, ja tehtävä on vasta alkamassa."

Webbin havaintojen perusteella laadittu tähden kirkkauskäyrä, jossa näkyvä "kuoppa" paljastaa planeetan ylikulun, sekä sen halkaisijan. Kiertoaika puolestaan voidaan määrittää toistuvien ylikulkujen perusteella. Tähden massan ja kiertoajan perusteella voidaan laskea planeetan etäisyys tähdestä ja planeetan massa. Kuva NASA/ESA/CSA.

Kaikista toimivista kaukoputkesta vain Webb pystyy karakterisoimaan Maan kokoisten eksoplaneettojen ilmakehän. Ryhmä yritti arvioida, mitä planeetan ilmakehässä on analysoimalla sen siirtospektriä. Vaikka tiedot osoittavat, että tämä on Maan kokoinen kiviplaneetta, he eivät vielä tiedä, onko sillä ilmakehää. "Observatorion tiedot ovat kauniita", sanoi Erin May, myös Johns Hopkinsin yliopiston soveltavan fysiikan laboratoriosta. "Kaukoputki on niin herkkä, että se havaitsee helposti useita molekyylejä, mutta emme voi vielä tehdä lopullisia johtopäätöksiä planeetan ilmakehästä."

Vaikka tiimi ei voi päätellä tarkasti, mitä on havaittu, he voivat ehdottomasti sanoa, mitä ei ole. "Voimme sulkea pois joitain ilmakehätyyppejä", Lustig-Yager selitti. "Sillä ei voi olla paksua metaani-ilmakehää, joka on samanlainen kuin esimerkiksi Saturnuksen kuulla Titanilla."

Webb ei havainnut havaittavaa määrää mitään alkuainetta tai molekyyliä. Spekrihavainnot (valkoiset pisteet) ovat yhdenmukaisia ​​sellaisen planeetan ominaisuuksettoman spektrin kanssa, jolla ei ole ilmakehää (keltainen viiva). Violetti viiva edustaa puhdasta hiilidioksidi-ilmakehää, eikä sitä voi erottaa ilmakehättömästä nykyisellä tarkkuudella. Vihreä viiva edustaa puhdasta metaani-ilmakehää, joka ei kuitenkaan ole todennäköinen, koska metaanin, jos sitä on, odotetaan estävän enemmän tähtien valoa 3,3 mikrometrin aallonpituudella. Kuva NASA/ESA/CSA.

Ryhmä toteaa myös, että vaikka on mahdollista, että planeetalla ei ole ilmakehää, on joitakin ilmakehätyyppejä, joita ei ole suljettu pois, kuten puhdas hiilidioksidi-ilmakehä. "Vastaintuitiivisesti 100-prosenttinen hiilidioksidi-ilmakehä on niin paljon kompaktimpi, että sen havaitseminen on erittäin haastavaa", Lustig-Yager sanoi. Vielä tarkempia mittauksia tarvitaan, jotta tiimi erottaisi puhtaan hiilidioksidi-ilmakehän usean kaasun muodostamasta ilmakehästä. Tutkijoiden on tarkoitus hankkia lisää spektrejä lisähavainnoilla tulevana kesänä.

Webb paljasti myös, että planeetta on muutama sata astetta lämpimämpi kuin Maa, joten jos pilviä havaitaan, se voi saada tutkijat päättelemään, että planeetta on Venuksen kaltainen, jolla on hiilidioksidi-ilmakehä ja joka on jatkuvasti paksujen pilvien peitossa. "Olemme eturintamassa pienten, kivisten eksoplaneettojen tutkimisessa", Lustig-Yager sanoi. "Olemme tuskin alkaneet raapia pintaa siitä, millainen heidän ilmakehä planeetalla voisi olla."

Tutkijat vahvistivat myös, että planeetan kiertoaika on noin kaksi vuorokautta. Tämä tieto paljastui lähes välittömästi Webbin tarkasta valokäyrästä. Vaikka LHS 475 b on lähempänä tähteään kuin mikään Aurinkokunnan planeetta, sen punainen kääpiötähden lämpötila on alle puolet Auringon lämpötilasta, joten tutkijoiden mukaan planeetta voisi silti ylläpitää ilmakehää.

Tutkijoiden löydökset ovat avanneet mahdollisuuden paikantaa Maan kokoisia planeettoja, jotka kiertävät pienempiä punaisia ​​kääpiötähtiä. "Tämä kiviplaneetan vahvistus korostaa tehtävän instrumenttien tarkkuutta", Stevenson sanoi. "Ja se on vasta ensimmäinen monista löydöistä, jotka se tekee." Lustig-Yager oli samaa mieltä: "Tämän teleskoopin avulla kiviset eksoplaneetat ovat uusi raja."

LHS 475 b on suhteellisen lähellä, vain 41 valovuoden päässä, Oktantin tähdistössä.

Viittaukset

[1] Ryhmän tulokset esiteltiin American Astronomical Societyn (AAS) lehdistötilaisuudessa keskiviikkona 11. tammikuuta 2023.

NASAn InSight-luotain hiljeni

NASAn Jet Propulsion Laboratoryn (JPL) lennonjohtajat eivät ole saaneet yhteyttä laskeutujaan kahden peräkkäisen yrityksen jälkeen, minkä vuoksi he päättelivät, että avaruusaluksen aurinkoenergialla toimivista akuista oli loppunut energia.

InSight:n viimeinen selfie 24. huhtikuuta 2022. Luotain on peittynyt paljon enemmän pölyyn kuin joulukuussa 2018, pian laskeutumisen jälkeen otetussa ensimmäisessä selfiessä – tai sen toisessa selfiessä, joka otettiin maalis- ja huhtikuussa 2019. Kuva NASA.

NASA oli aiemmin päättänyt julistaa operaation päättyneeksi, jos laskeutuja epäonnistuu kahdessa viestintäyrityksessä. Virasto jatkaa luotaimen signaalin kuuntelemista varmuuden vuoksi, mutta sen kuulemista tässä vaiheessa pidetään epätodennäköisenä. Edellisen kerran InSight oli yhteydessä Maahan 15. joulukuuta.

InSight on lyhenne sanoista Interior Exploration with Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport. Luotaimen tehtävä oli havaita Marsin sisöisan syviä rakenteita. Laskeutujatiedot ovat tuottaneet tietoja Marsin sisäkerroksista, sen vaimentuneen magneettidynamon pinnan alla olevista yllättävän vahvoista jäännöksistä, laskeutumisalueen säästä ja havaita Marsin järistystoimintaa.

Luotaimen erittäin herkkä seismometri yhdessä ranskalaisen avaruusjärjestön Center National d'Etudes Spatialesin (CNES) ja ETH Zürichin hallinnoiman Marsquake Servicen päivittäisen valvonnan kanssa havaitsi 1 319 maanjäristystä, mukaan lukien meteoroidien törmäyksistä aiheutuneet järistykset.

Tällaiset vaikutukset auttavat tutkijoita määrittämään planeetan pinnan iän, ja seismometrin tiedot tarjoavat tutkijoille tavan tutkia planeetan kuorta, vaippaa ja ydintä.

Seismometri oli viimeinen havaintoinstrumentti, joka pysyi päällä, kun luotaimen aurinkopaneeleille kerääntynyt pöly vähensi vähitellen sen energiaa.

Kaikki marstehtävät kohtaavat haasteita, eikä InSight ollut poikkeus. Luotaimen marsperään kaivautuva sondi – lempinimeltään "myyrä”, oli tarkoitus tunkeutua noin 5 metrin syvyyteen. Se veti perässään useita antureita sisältänyt nauha, joka olisi mitannut planeetan sisältä tulevaa lämpöä. Näistä mittauksista tutkijat olisivat laskeneet energian määrän, joka on jäljellä Marsin muodostumisesta.

Muilla lennoilla nähtyä löysää hiekkaista maaperää varten suunniteltu myyrä ei pystynyt kuitenkaan saamaan pitoa InSightia ympäröivässä yllättävän tiiviistä marsperästä. Saksan ilmailukeskuksen (DLR) toimittama instrumentti onnistui tunkeutumaan lopulta noin 40 cm pinnan alle, keräten arvokasta tietoa Marsin maaperän fysikaalisista ja lämpöominaisuuksista matkan varrella. Tästä on hyötyä kaikissa tulevissa ihmis- tai robottitehtävissä, jotka yrittävät kaivautua pinnan alle.

Myyrän saatiin tungettua niin pitkälle kuin mahdollista, kiitos JPL:n ja DLR: n insinöörien, jotka käyttivät laskeutujan robottikäsivartta vasarana. Pääasiassa instrumenttien asettamiseen Marsin pinnalle tarkoitettu käsivarsi ja sen pieni kauha auttoivat myös poistamaan pölyä InSightin aurinkopaneeleista tehon vähentyessä.

NASA/JPL hallinnoiman InSightia kehittelyssä ja toiminnan valvomisessa oli mukana useita eurooppalaisia toimijoita:

CNES ja Saksan ilmailukeskus (DLR). CNES toimitti Seismic Experiment for Interior Structure (SEIS) -instrumentin, jonka päätutkija tuli IPGP:stä (Institut de Physique du Globe de Paris). IPGP:ltä tuli myös merkittävä panos SEIS-järjestelmään. Myös Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) Saksassa; Sveitsin liittovaltion teknologiainstituutti (ETH Zurich) Sveitsissä; Imperial College London ja Oxford University Yhdistyneessä kuningaskunnassa olivat mukana laitetoimittajina. Lisäksi DLR toimitti Heat Flow and Physical Properties -paketin (HP 3), jossa oli merkittävä panos Puolan tiedeakatemian avaruustutkimuskeskuksella (CBK) ja Puolan Astronikalta, sekä espanjalainen Centro de Astrobiología (CAB) toimitti sääaseman lämpötila- ja tuulianturit.

Supermassiivinen musta aukko riipi tähden

Viime helmikuussa Palomarin observatoriossa (Kalifornia) havaittiin mustan aukon säteilymäärän kasvaneen ja samalta alueelta havaittiin energistä röntgensäteilyä. Havaintojen ryhdyttiin myös muissa observatorioissa ja lopputuloksena todettiin havaintojen johtuneen siitä, että supermassiivinen musta aukko oli onnistunut riipimään tähden. Tapahtuma sai tunnuksekseen AT2022cmc.

Taiteilijan näkemys mustasta aukosta sen kaapatessa tähden tai osan siitä. Kuva Nasa's Goddard Space Flight Center.

Vaikka nämä vuorovesihäiriötapahtumat (a tidal disruption event, TDE) eivät aivan ennen havaitsemattomia olekaan, niin ne eivät ole kovinkaan yleisiä. Toistaiseksi niitä on havaittu kaikkiaan 125 tapahtumaa.

Poikkeuksellisen tästä tekee se, että tapahtuman etäisyydeksi määriteltiin noin 12,5 miljardia valovuotta (punasiirtymä Z=1,193). Etäisyys on niin suuri, että normaalisti tältä etäisyydeltä näitä tapahtumia ei havaita. Tässä tapauksessa havainnot onnistuivat havaintogeometrian vuoksi.

Mustan aukon kaapatessa tähden tai osan siitä, aine ennen mustaan aukkoon joutumistaan muodostaa kertymäkiekon musta aukon ympärille. Kertymäkiekossa aineen tiheys ja lämpötila kasvavat, kiekolle muodostuu voimakas magneettikenttä ja osa kiekon ionisoituneesta materiasta sinkoutuu järjestelmästä pois kiekon pyörimisakselin suunnassa relativistisella nopeudella (lähes valonnopeudella) hyvin kapeana suihkuna (super-Eddington -suihku). Tämä ilmiö on myös syynä siihen, miksi pystyimme havaitsemaan tapahtuman: katselemme sitä juuri suihkun suunasta.

Suihku joutuu kosketuksiin avaruudessa olevan aineen kanssa ja törmäyksessä syntyy synkrotronisäteilyä, joka ilmenee voimakkaana ja kapeakeilaisena (Ø < 1°) radiosäteilynä hyvin laajalla aallonpituusalueella (röntgensäteilystä radioaaltoihin asti). Osa röntgensäteilystä käänteisen Comptonin sironnan^[1] vuoksi leviää joka suuntaan.

Laskelmissaan tutkijat päätyivät tulokseen, jonka mukaan supermassiivisen mustan aukon massa ei kuitenkaan ollut kovin suuri, enintään samaa suuruusluokkaa kuin mitä nykyinen Linnunradan keskustassa oleva musta aukko (noin 4,5 miljoonaa auringonmassaa). Sen sijaan musta aukko näyttää pyörivän hyvin nopeasti.

 

Huomautukset

[1] Käänteisessä Comptonin sironnassa energia siirtyy (relativistisiltä) elektroneilta pienienergiselle fotonille. Siirtymässä fotoninen energia ja taajuus lisääntyy; syntyy röntgesäteilyä.

[2] Tutkimus tulkaistiin Nature Astronomy tiedejulkaisussa (maksullinen):

Pasham, DR, Lucchini, M., Laskar, T. et ai. Relativistisen suihkukoneen synty kosmologisen mustan aukon aiheuttaman tähden hajoamisen jälkeen. Nat Astron (2022). https://doi.org/10.1038/s41550-022-01820-x.

Sama paperi on julkaistu myös pdf-formaatissa

https://www.nature.com/articles/s41550-022-01820-x.epdf?sharing_token=tflRYRuwKiPNFPZ4hXQ2TtRgN0jAjWel9jnR3ZoTv0MNYozI0D8Eajp5gnFDd1dhQFze2DV2wrYMALVJnlhdiu8_rXr-GWEK3ZTLRvYkX6Y7WIE4rahuN8tpGKcaw0IoFud5muh1nXXifILnvP8hfdZbxQY07aLDxKlN9OxZ2kCxyF1C6GoOTJ6jm9Ej4hwWo7qsrw8w77AVAw8zc1FglyOAoGP0JHvX9JNf7ITYsAQ%3D&tracking_referrer=www.newscientist.com

 

Talvipäivänseisaus

Joulukuun 21. päivänä on talvipäivänseisaus. Se tarkoittaa sitä, että Aurinko näennäisellä radallaan tähtitaivaalla saavuttaa eteläisimmän pisteen. Tänä vuonna tämän pisteen saavuttaminen tapahtuu kello 23.40 Suomen aikaa. Tästä eteläisestä sijainnista johtuu, että päivänä pituus, siis aika auringonnoususta auringonlaskuun on koko vuoden lyhin, Tampereella vain 5 tuntia 21 minuuttia. Auringonnousu tapahtuu kello 9.41 ja -lasku kello 15.03.

Lyhyt päivä saattaa johtaa ajatuksen siihen, että talvipäivänseisauksena auringonnousu on myöhäisin ja -lasku varhaisin ajankohta. Näin ei kuitenkaan ole, sillä myöhäisin auringonnousu tapahtuu vasta Tapaninpäivänä, siis joulukuun 26. päivänä, jolloin auringonnousu on kello 9.43. Vastaavasti varhaisin auringonlasku tapahtui joulukuun 17. päivänä kello 15.02. Syy tähän ilmiöön on se, että keskiaurinkoaika (siis kellon aika) poikkeaa paikallisesta aurinkoajasta, jota aurinkokello osoittaa. Ero ei suinkaan ole vakio, vaan se vaihtelee päivästä toiseen vuosirytmin mukaisesti. Paikallisen aurinkoajan vaihtelu on tietysti seurausta maapallon radan soikeudesta Auringon ympäri, talvella mennään nopeammin ja kesällä hitaammin. Aurinkokellon osoittama aika on tietysti seurausta tästä nopeuden vaihtelusta.

Ajantasaus vuoden kierrossa, jolla korjataan aurinkokellon osoittama aika kellonajaksi. Kuva © Kari A. Kuure.

Näyttääkö aurinkokello sitten koskaan samaa aikaa kuin kellomme (keskiaurinkoaika)? Kyllä vain, itse asiassa näin tapahtuu neljä kertaa vuodessa. Lähin tällainen hetki on joulukuun 25. päivänä, jolloin keksiaurinkoaika on sama kuin paikallinen aurinkoaika. Joulupäivänä kello 12.24 (Tampereella) Aurinko ylittää meridiaanin ja oikein suunnattu aurinkokellon pitäisi osoittaa samaa aikaa.

Tämä jälkeen seuraavan kerran molemmat kellot osoittavat samaa aikaa 16.4.2023. Koska silloin eletään kesäaikaa, Aurinko ylittää etelämeridiaanin kello 13.24. Seuraavan samanlaiseen ajanhetkeen ei enää olekaan pitkä aika, sillä kesäkuun 13. päinä ollaan samassa tilanteessa ja Aurinko on etelässä 13.24. Vuoden kierrossa ollaan vielä kerran sama-aikaisia, sillä syyskuun 1. päivänä kellot näyttävät samaa aikaa ja Aurinko on etelässä kello 13.24.

Jos ja kun kellot ovat vain jonain tiettyinä päivinä samassa ajassa, niin silloin on loogista, että ajat eroavat toisistaan vuoden muina päivinä. Aikaerossa on myös neljä käännepistettä, jonka jälkeen aikaero alkaa vähetä. Näitä käännepisteitä ovat: helmikuun 11. päivä, jolloin kelloaika on edellä 14m 13s, toukokuun 14. päivä, jolloin aurinkokello on edellä 3m 38s, heinäkuun 26. päivänä kellonaika on edellä 6m 33s ja marraskuun 3. päivänä, jolloin aurinkokello on 16m 29s edellä kellon aikaa.

Yllä kerrottu pitää paikkansa vain Tampereella ja lähiympäristössä. Muilla paikkakunnilla on tietysti oma aurinkoaikansa ja Auringon etelämeridiaanin ylitys tapahtuu itä-länsisuunnassa eri aikoina: lännessä myöhemmin ja idässä aikaisemmin. Sen sijaan ajantasaus (siis ilmoitetut aikaerot) eivät riipu havaintopaikkakunnista.

Laskeutuminen mereen!

NASAn Orion-avaruusalus molskahti mereen Tyynellämerellä Baja Californian länsipuolella sunnuntaina kello 19.40 Suomen aikaa ennätysmatkan jälkeen. Artemis 1 matkusti yli 2,3 miljoonaa kilometriä Kuun ympäri ja palasi turvallisesti Maahan.

Laskeutumine oli Artemis I -operaation viimeinen virstanpylväs, joka alkoi NASAn Space Launch System (SLS) -raketin onnistuneella lähdöllä 16. marraskuuta NASAn Kennedyn avaruuskeskuksen Floridassa sijaitsevalta Launch Pad 39B:ltä. NASA testasi Orionia 25,5 vuorokauden aikana syvän avaruuden ankarassa ympäristössä ennen astronauttien lentämistä Artemis II :lla .

Artemis 1 -lento päättyi onnistuneeseen laskeutumiseen Tyyneen mereen 11.12.2022 kello 19.40 Suomen aikaa. Kuva NASA.

”Orion-avaruusaluksen laskeutuminen – joka tapahtui 50 vuotta Apollo 17:n Kuuhun laskeutumispäivään – on Artemis I:n huippusaavutus. Maailman tehokkaimman raketin laukaisusta poikkeukselliseen matkaan Kuun ympäri ja takaisin Maahan. Tämä alus on suuri edistysaskel Artemis-sukupolven kuuntutkimuksessa", sanoi NASAn johtaja Bill Nelson. ”Se ei olisi mahdollista ilman uskomatonta NASA-tiimiä. Vuosien ajan tuhannet henkilöt ovat osallistuneet tähän tehtävään, joka inspiroi maailmaa työskentelemään yhdessä koskemattomien kosmisten rantojen saavuttamiseksi. Tänään on valtava voitto NASAlle, Yhdysvalloille, kansainvälisille kumppaneillemme ja koko ihmiskunnalle”.

Orion teki tehtävän aikana kaksi Kuun ohitusta 132 km säteellä Kuun pinnasta. Orion matkusti lennon aikana kaukaisimmalla etäisyydellä lähes 446 000 km kotiplaneetaltamme, yli 1 000 kertaa kauempana kuin Kansainvälinen avaruusasema Maata, testataksemme järjestelmiä tarkoituksellisesti ennen miehistöä.

"Kun Orion on palannut turvallisesti Maahan, voimme alkaa nähdä horisontissa seuraavaa tehtäväämme, joka lennättää miehistön Kuuhun ensimmäistä kertaa osana seuraavaa tutkimusaikakautta", sanoi Jim Free, NASAn Explorationin apulaisvastaava. Systems Development Mission Directorate. "Tästä alkaa polkumme säännölliseen tehtävään ja jatkuvaan ihmisen läsnäoloon Kuussa tieteellisiä löytöjä varten ja valmistautuaksemme ihmisten tehtäviä Marsiin."

Ennen Maan ilmakehään tuloa miehistömoduuli erottui huoltomoduulistaan, joka on ESA:n (European Space Agency) toimittama osa Artemis-lennoille. Palattuaan Orion kesti lämpötiloja, jotka olivat noin puolet niin kuumia kuin Auringon pinta, noin 2 500 astetta.

Testilennolla Orion miehistökapseli viipyi avaruudessa pidempään kuin mikään astronauteille suunniteltu avaruusalus on tehnyt ilman telakointia avaruusasemalle. Kaukaisella Kuun kiertoradalla Orion ylitti ihmisten kuljettamiseen suunnitellun avaruusaluksen matkaennätyksen, joka tehtiin aiemmin Apollo 13:n aikana.

"Orion on palannut Kuusta ja on turvallisesti takaisin Maaplaneetalle", sanoi Mike Sarafin, Artemis I -operaation johtaja. "Olemme laskeutumisen myötä onnistuneet operoimaan Orionia syvän avaruuden ympäristössä, jossa se ylitti odotuksemme ja osoitti, että Orion kestää äärimmäiset olosuhteet palaamalla Maan ilmakehän läpi kuulennon nopeuksista."

Palautustiimit työskentelevät nyt turvatakseen Orionin kotimatkalle. NASA johtaa virastojen välistä laskeutumis- ja palautusryhmää USS Portlandissa, joka koostuu Yhdysvaltain puolustusministeriön henkilökunnasta ja omaisuudesta, mukaan lukien laivaston amfibioasiantuntijat, avaruusvoimien sääasiantuntijat ja ilmavoimien asiantuntijat sekä NASA Kennedyn insinöörit ja teknikot.

Lähipäivinä Orion palaa rantaan, jossa teknikot purkavat avaruusaluksen ja siirtävät sen kuorma-autolla takaisin Kennedyn avaruuskeskukseen. Kennedyssä tiimit avaavat luukun ja purkavat useita hyötykuormia, mukaan lukien komentaja Moonikin Campos , avaruusbiologiset kokeet , Snoopy ja virallinen lentosarja . Seuraavaksi kapseli ja sen lämpösuoja testataan ja analysoidaan useiden kuukausien ajan.