Про це розповіли у Науковому інституті космічного телескопу.

Космічний телескоп “Джеймс Вебб” запущений наприкінці минулого року, знаходиться за кілька тижнів від початку роботи: його дзеркальні сегменти вже чудово вирівняні, а  наукові прилади проходять калібрування. Вчені сподіваються вже цього літа отримати перші результати спостережень, а потім почнеться поглиблена наукова робота Вебба.

Серед досліджень, запланованих на перший рік, - вивчення двох гарячих екзопланет, що класифікуються як "суперземлі" через їх розмір та кам'янистий склад. Перша — покрита лавою “55 Cancri e”, друга — позбавлена повітря “LHS 3844 b”. Дослідники тренуватимуть високоточні спектрографи нового космічного телескопа на цих екзопланетах, щоб зрозуміти геологічну різноманітність планет у всій нашій галактиці та еволюцію кам'янистих планет, подібних Землі.

55 Cancri e обертається на відстані менш як 2,41 мільйона кілометрів навколо своєї зорі,  схожої на наше Сонце (1/25 відстані між Меркурієм і Сонцем), здійснюючи один оберт менш ніж за 18 годин. Оскільки температура поверхні набагато вища за температуру плавлення типових породоутворювальних мінералів, вважається, що денна сторона планети вкрита океанами лави.

Передбачається, що планети, які знаходяться на орбіті так близько до своєї зірки, припливно заблоковані — це коли одна сторона постійно повернута до зірки. У результаті, найгарячішим місцем на планеті має бути те, що повернуте до зірки найбільш прямо, а кількість тепла, що виходить з денної сторони, не повинна сильно змінюватися з часом.

Але, схоже що, це не так. Спостереження за “55 Cancri e” за допомогою космічного телескопа Spitzer показують, що найгарячіша область зміщена від тієї частини, яка повернута до зорі найбільш прямо, в той час як загальна кількість тепла, що виявляється з денного боку, змінюється.

Одне з пояснень цих спостережень полягає у тому, що планета має динамічну атмосферу, яка переміщує тепло. "55 Cancri e може мати щільну атмосферу з більшою частиною кисню або азоту", - пояснив Реню Ху з Лабораторії реактивного руху НАСА, очільник групи, яка використовуватиме камеру Вебба в ближній інфрачервоній області (NIRCam) та інструмент середнього інфрачервоного діапазону (MIRI) для отримання спектра теплового випромінювання денної сторони планети "Якщо вона має атмосферу, [Вебб] має достатню чутливість і діапазон довжин хвиль, щоб виявити її та визначити, з чого вона складається", - додав Ху.

Інша інтрига полягає в тому, що “55 Cancri e” припливно не заблокована. Натомість вона може бути схожою на Меркурій, обертаючись навколо своєї осі три рази на кожні дві орбіти навколо зірки (так званий резонанс 3:2). В результаті на планеті буде відбуватися цикл день-ніч.

"Це може пояснити, чому найгарячішу частину планети зміщено", - пояснив Алексіс Брандекер, дослідник зі Стокгольмського університету, який очолює іншу групу, яка вивчає планету. "Як і на Землі, для нагрівання поверхні потрібен час. Найспекотніший час дня буде після полудня, а не опівдні".

Команда Брандекера планує перевірити цю гіпотезу, використовуючи NIRCam для вимірювання тепла, що випромінюється освітленою стороною “55 Cancri e” на чотирьох різних положеннях орбіти. Якщо планета має резонанс 3:2, вони спостерігатимуть кожну півкулю двічі та зможуть виявити будь-яку різницю між півкулями.

У цьому сценарії поверхня планети нагріватиметься, плавитиметься та навіть випаровуватиметься протягом дня, утворюючи дуже тонку атмосферу, яку зможе виявити "Вебб". Увечері пара охолоджувалася б та конденсувалася, утворюючи краплі лави, які дощем падають на поверхню та з настанням ночі знову стать твердими.

У той час як “55 Cancri e” зможе надати нам уявлення про екзотичну геологію світу, вкритого лавою, LHS 3844 b надасть унікальну можливість проаналізувати тверду породу на поверхні екзопланети.

Як і “55 Cancri e”, “LHS 3844 b” рухається орбітою, яка дуже близька до її зірки, здійснюючи один оберт за 11 годин. Однак, оскільки її зоря відносно мала та холодна, планета недостатньо гаряча, щоб її поверхня була розплавленою. Крім того, спостереження зі Spitzer показують, що планета навряд чи має істотну атмосферу.

Хоча ми не зможемо отримати пряме зображення поверхні LHS 3844 b за допомогою "Вебба", відсутність атмосфери уможливлює вивчення поверхні за допомогою спектроскопії.

"Виявляється, різні типи порід мають різні спектри", - пояснює Лаура Крайдберг з Інституту астрономії Макса Планка. "Ви можете побачити на власні очі, що граніт має світліший колір, ніж базальт. Аналогічні відмінності є також в інфрачервоному світлі, яке випромінюють гірські породи".

Команда Крайдберга буде використовувати MIRI для отримання спектра теплового випромінювання денної сторони LHS 3844 b, а потім порівнювати його зі спектрами відомих порід, таких як базальт та граніт, щоб визначити їхній склад. Якщо планета вулканічно активна, спектр може показати наявність слідів вулканічних газів.

Важливість цих спостережень виходить далеко за межі лише двох із більш ніж 5 000 підтверджених екзопланет у нашій галактиці. "Вони дадуть нам нові фантастичні перспективи щодо землеподібних планет загалом, допоможуть нам дізнатися, якою могла бути рання Земля, коли на ній було спекотно, як на цих планетах сьогодні", - сказав Крайдберг.

Спостереження за 55 Cancri e та LHS 3844 b будуть проводитись у рамках програми "Вебб" для загальних спостерігачів першого циклу. Програми Загальних спостерігачів було відібрано на конкурсній основі з використанням системи подвійного анонімного рецензування, тієї ж системи, яка використовувалася для розподілу часу на Хаблі.

Нагадаємо, космічний телескоп Джеймса Вебба, після тривалих затримок, було запущено у грудні 2021 року, і недавно він прибув на місцеположення, з якого вестиме свої дослідження. Серед його цілей не тільки дослідження екзопланет, його потужність дозволить розгледіти ранні галактики Всесвіту.