Hurrikane im Weltraum? Sehen Sie, wie Hubble extreme Wetterbedingungen auf einem fernen Planeten entdeckte

Stürmisches Wetter für „heißen Jupiter“

Die der JupiterDer Planet von der Größe WASP-121 b ist kein Ort, den man sein Zuhause nennen kann. Zunächst einmal umkreist es die Nähe eines Sterns, der heller und heißer als die Sonne ist. Der Planet ist seinem Stern so gefährlich nahe, dass seine obere Atmosphäre glühende 3.400 Grad hat F – Heißer als ein Stahlofen.

Eine Flut ultravioletter Strahlung vom Wirtsstern erhitzt die obere Atmosphäre des Planeten und führt dazu, dass Magnesium- und Eisengas in den Weltraum entweichen. Starke gravitative Gezeitenkräfte des Sterns haben die Form des Planeten so verändert, dass er eher der Form eines Fußballs ähnelt. Durch die Kombination mehrerer Jahre Hubble-Weltraumteleskop Durch Beobachtungen mithilfe von Computermodellen haben Astronomen Hinweise auf massive Hurrikane gefunden, die über den höllischen Planeten wirbeln. Tornados werden häufig durch den großen Temperaturunterschied zwischen der dem Stern zugewandten Seite und der dunklen Nachtseite des Planeten erzeugt und zerstört. Exoplanet.

Dies ist ein künstlerisches Konzept des Exoplaneten WASP-121 b, auch bekannt als Tylos. Das Aussehen des Exoplaneten basiert auf Daten aus Hubbles Simulation des Objekts. Mithilfe von Hubble-Beobachtungen hatte ein anderes Wissenschaftlerteam zuvor über die Entdeckung von Schwermetallen wie Magnesium und Eisen berichtet, die aus der oberen Atmosphäre des extrem heißen Exoplaneten Jupiter entweichen; Ich bezeichne es als die erste derartige Entdeckung. Der Exoplanet kreist gefährlich nahe um seinen Mutterstern, etwa 2,6 % der Entfernung zwischen Erde und Sonne, und steht kurz davor, durch die Gezeitenkräfte des Sterns auseinandergerissen zu werden. Starke Gravitationskräfte haben die Form des Planeten verändert. Bildnachweis: NASA, ESA, Quentin Changat (ESA/STScI), Mehdi Zamani (ESA/Hubble)

Das Hubble-Weltraumteleskop beobachtet die Veränderung der Atmosphäre eines Exoplaneten über einen Zeitraum von 3 Jahren

Durch die Kombination mehrerer Jahre an Beobachtungen aus NASAMit dem Hubble-Weltraumteleskop und Computermodellen haben Astronomen Hinweise auf massive Hurrikane und andere dynamische Wetteraktivitäten gefunden, die auf einem heißen Planeten in der Größe von Jupiter in 880 Lichtjahren Entfernung wirbeln.

Der Planet mit der Bezeichnung WASP-121 b ist unbewohnbar. Dieses Ergebnis stellt jedoch einen wichtigen ersten Schritt bei der Untersuchung von Wettermustern auf fernen Welten dar und möglicherweise schließlich bei der Suche nach bewohnbaren Exoplaneten mit stabilem, langanhaltendem Klima.

In den letzten Jahrzehnten haben detaillierte Teleskop- und Raumfahrtbeobachtungen benachbarter Planeten in unserem Sonnensystem gezeigt, dass ihre turbulenten Atmosphären nicht statisch sind, sondern sich ständig ändern, genau wie das Wetter auf der Erde. Diese Diskrepanz sollte auch für Planeten gelten, die andere Sterne umkreisen. Um solche Veränderungen tatsächlich zu messen, bedarf es jedoch einer umfassenden detaillierten Überwachung und rechnerischen Modellierung.

Ein Durchbruch bei der Beobachtung extrasolaren Wetters

Um diese Entdeckung zu machen, hat ein internationales Team von Astronomen Hubble-Beobachtungen von WASP-121 b aus den Jahren 2016, 2018 und 2019 zusammengestellt und neu verarbeitet.

Sie fanden heraus, dass der Planet eine dynamische Atmosphäre hat, die sich im Laufe der Zeit verändert. Das Team nutzte ausgefeilte Modellierungstechniken, um zu beweisen, dass diese dramatischen Zeitunterschiede durch Wettermuster in der Atmosphäre des Exoplaneten erklärt werden können.

Diese Visualisierung zeigt Temperaturvorhersagen über 130 Exoplanetentage, über Sonnenaufgang, Mittag, Sonnenuntergang und Mitternacht, für den Exoplaneten WASP-121 b, auch bekannt als Tylos. Die helleren gelben Bereiche stellen Bereiche auf der Tagseite des Exoplaneten dar, in denen die Temperaturen über 2.100 Grad Kelvin (3.320 Grad Fahrenheit) steigen; Aufgrund seiner Nähe zu seinem Mutterstern beträgt er etwa 2,6 % der Entfernung zwischen Erde und Sonne. Aufgrund des extremen Temperaturunterschieds zwischen der Tag- und der Nachtseite vermuten Astronomen, dass verdampftes Eisen und andere Schwermetalle, die auf der Tagseite in die oberen Schichten der Atmosphäre eindringen, teilweise in die unteren Schichten zurückfallen, sodass es nachts Eisen regnet. Einige Schwermetalle entkommen auch der Schwerkraft des Planeten aus der oberen Atmosphäre. Bildnachweis: NASA, ESA, Quentin Changat (ESA/STScI), Mehdi Zamani (ESA/Hubble)

Das Team stellte fest, dass die Atmosphäre von WASP-121 b deutliche Unterschiede zwischen den Beobachtungen aufweist. Noch interessanter ist, dass es aufgrund des großen Temperaturunterschieds zwischen der dem Stern zugewandten Seite und der dunklen Seite des Exoplaneten zu riesigen Wetterfronten, riesigen Stürmen und Hurrikanen kommen kann, die immer wieder entstehen und zerstört werden. Sie entdeckten außerdem einen deutlichen Versatz zwischen der heißesten Region des Exoplaneten und dem dem Stern am nächsten gelegenen Punkt auf dem Planeten sowie eine Variation in der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre des Exoplaneten (gemessen durch Spektroskopie).

Zu diesen Schlussfolgerungen gelangte das Team mithilfe von Rechenmodellen, um die beobachteten Veränderungen in der Atmosphäre des Exoplaneten zu erklären. „Die exquisiten Details der Atmosphärensimulationen von Exoplaneten ermöglichen es uns, das Wetter auf sehr heißen Planeten wie WASP-121 b genau zu modellieren“, erklärte Jack Skinner, Postdoktorand am California Institute of Technology in Pasadena, Kalifornien, und Co-Leiter. Aus dieser Studie. „Hier machen wir einen wichtigen Schritt nach vorne, indem wir Beobachtungsbeschränkungen mit Atmosphärensimulationen kombinieren, um das zeitlich variierende Wetter auf diesen Planeten zu verstehen.“

„Dies ist ein sehr aufregendes Ergebnis, da wir die Beobachtung von Wettermustern auf Exoplaneten vorantreiben“, sagte Quentin Changat, einer der Hauptforscher des Teams. Europäische Weltraumorganisation Ein wissenschaftlicher Mitarbeiter am Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland. „Die Untersuchung des exoplanetaren Wetters ist von entscheidender Bedeutung für das Verständnis der Komplexität exoplanetarer Atmosphären auf anderen Welten, insbesondere bei der Suche nach Exoplaneten mit bewohnbaren Bedingungen.“

Diese Visualisierung zeigt Wettermuster auf dem Exoplaneten WASP-121 b, auch bekannt als Tylos. Dieses Video wurde verlangsamt, um Muster in der Atmosphäre des Exoplaneten detaillierter zu beobachten. Bildnachweis: NASA, ESA, Quentin Changat (ESA/STScI), Mehdi Zamani (ESA/Hubble)

WASP-121 b: Eine Fallstudie in extrasolaren Atmosphären

WASP-121 b ist so nah an seinem Mutterstern, dass seine Umlaufzeit nur 1,27 Tage beträgt. Diese Nähe bedeutet, dass der Planet gezeitengebunden ist, sodass immer eine Hemisphäre dem Stern zugewandt ist, genauso wie unser Mond immer mit der gleichen Seite zur Erde zeigt. Die Tagestemperaturen nähern sich auf der dem Stern zugewandten Seite des Planeten 3.450 °F (2.150 °K).

Das Team nutzte vier Sätze archivierter Hubble-Beobachtungen von WASP-121 b. Der vollständige Datensatz umfasste Beobachtungen von WASP-121 b, der vor seinem Stern vorbeizog (aufgenommen im Juni 2016); WASP-121 b zieht hinter seinem Stern vorbei, auch Sekundärfinsternis genannt (aufgenommen im November 2016); und die Helligkeit von WASP-121 b als Funktion seines Phasenwinkels relativ zum Stern (die unterschiedliche Lichtmenge, die ein Exoplanet auf der Erde empfängt, wenn er seinen Mutterstern umkreist, ähnlich dem Phasenzyklus des Mondes). Diese Daten wurden im März 2018 bzw. Februar 2019 erhoben.

„Der kombinierte Datensatz stellt einen erheblichen Zeitraum für die Beobachtung eines einzelnen Planeten dar und ist derzeit der einzige konsistente Satz dieser wiederholten Beobachtungen“, sagte Changat. Die Informationen, die wir aus diesen Beobachtungen gewonnen haben, wurden verwendet, um die Chemie, Temperatur und Trübung in der Atmosphäre von WASP-121 b zu verschiedenen Zeiten abzuleiten. Dadurch haben wir ein faszinierendes Bild davon erhalten, wie sich der Planet im Laufe der Zeit verändert hat.

Die einzigartigen Fähigkeiten von Hubble werden auch in der breiten Palette wissenschaftlicher Programme deutlich, die es durch Beobachtungen von Zyklus 31 ermöglichen wird, der am 1. Dezember begann. Ungefähr zwei Drittel von Hubbles Zeit werden bildgebenden Untersuchungen gewidmet, während der Rest spektroskopischen Untersuchungen gewidmet wird. , wie sie beispielsweise auf WASP-121 b verwendet werden. Weitere Einzelheiten zum Kurs 31 Naturwissenschaften finden Sie in A Letzte Anzeige.

Referenz: „Ist die Atmosphäre des sehr heißen Jupiter WASP-121b variabel?“ Von Quentin Changat, Jack W. Skinner, James Y.K. Zhu, Jonas Natella, Ingo B. Waldmann, Ahmed F. Al-Rifai, Akren Derrick, Billy Edwards, Thomas Mikal Evans, Max Joshua, Giuseppe Murillo, Nour Skaf, Angelos Tsiaras, Olivia Vinot und Kai Ho Yip, 2. Januar 2023, Astrophysik > Erd- und Planetenphysik Astrophysik.
arXiv:2401.01465

Das Hubble-Weltraumteleskop ist ein Projekt der internationalen Zusammenarbeit zwischen der NASA und der Europäischen Weltraumorganisation. Das Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, betreibt das Teleskop. Das Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Maryland, führt wissenschaftliche Operationen auf Hubble und Webb durch. STScI wird für die NASA von der Association of Universities for Research in Astronomy in Washington, D.C. betrieben