JWST - Космический телескоп имени Джеймса Уэбба

[vika vorobyeva]

JWST обнаружил экзопланету вокруг пульсара, атмосфера которого полностью состоит из углерода.

Ответ 1777 на предыдущей странице
И нет, атмосфера планеты не состоит из углерода, она в основном состоит из гелия, а углерода там около 1%. Планета из углерода не была бы газовым гигантом.

[Goodricke]

Обнаружены "шестиконечная звезда" и темные пятна в атмосфере Сатурна

Астрономы впервые изучили атмосферу Сатурна при помощи орбитального телескопа "Джеймс Уэбб" во время одной из вспышек полярных сияний, что помогло им обнаружить сложные структуры в верхних и нижних слоях его газовых оболочек, в том числе своеобразную "шестиконечную звезду" и набор из связанных друг с другом темных пятен.

Астрономы совершили это открытие проведении первых в истории длительных наблюдений за Сатурном при помощи инфракрасных камер телескопа "Джеймс Уэбб". Он направлен в сторону северного полюса планеты на протяжении десяти часов, в ходе которых атмосфера Сатурна была "подсвечена" вспышкой полярного сияния. Это помогло ученым детально изучить ее структуру и проследить за тем, как она менялась с течением времени.

В верхних слоях стратосферы Сатурна, расположенных на 500 км глубже этих "бусин", планетологи обнаружили еще одну загадочную темную структуру, похожую по форме на шестиконечную звезду, у которой отсутствовали два из шести лучей. Пока у астрономов нет объяснений тому, как возникли и те, и другие аномалии, однако при этом они предполагают, что они связаны друг с другом и процессами в еще более глубоких слоях атмосферы планеты-гиганта.
В частности, астрономы отмечают, что эти структуры могут быть связаны с другой необычной особенностью Сатурна - шестиугольным "вечным" ураганом диаметром в 30 тыс. км, который вращается вокруг северного полюса планеты-гиганта как минимум несколько десятков лет. Он расположен еще глубже, чем обнаруженная "Джеймсом Уэббом" шестиконечная звезда и набор из "бусин", что говорит о наличии еще большего числа связей между процессами во внешних и глубинных слоях атмосферы Сатурна, подытожили ученые.

https://nauka.tass.ru/nauka/25104569
https://www.europlanet.org/epsc-dps2025-jwst-reveals-dark-beads-and-lopsided-star-patterns-in-saturns-atmosphere/
https://www.eurekalert.org/news-releases/1098998

https://www.youtube.com/watch?v=BiUUsT-N4wg&t=14s

[Dayan]

В статье, вышедшей сегодня в Архиве, уточнены параметры системы TOI-561.
Architecture of TOI-561 planetary system

Система TOI-561 была открыта в 2020 году, и с тех пор несколько раз рассматривалась в более поздних исследованиях. В ней известно 5 планет – 4 транзитные и одна нетранзитная, открытая с помощью метода лучевых скоростей.
Размеры и массы планет после предыдущего анализа изменились не сильно, но у двух внешних планет значительно уточнены эфемериды. У планеты TOI-561 e ранее был известен только один транзит (в секторе 8 ), а период определён только из лучевых скоростей. В новой статье получены два новых транзита – один TESS в секторе 45, и второй с помощью CHEOPS.
Был использован тот же набор лучевых скоростей, что и в статье 2022 года, но метод определения параметров несколько поменялся.

Сегодня система выглядит так.
TOI-561 – это бедная металлами древняя звезда толстого диска Галактики (спектральный класс G9 V, возраст ~ 11.0 млрд лет). Имеет массу ~ 0.806 M⊙, радиус ~ 0.843 R⊙, Teff ≈ 5372 K, светимость ~ 0.533 солнечной.

Планеты:
b – суперземля, обращающаяся по круговой орбите с периодом 0.4466 суток и большой полуосью ~ 0.0106 а.е. При радиусе 1.397 ± 0.027 R⊕ имеет массу 2.02 ± 0.23 M⊕, что даёт среднюю плотность ~ 4.09 г/см³. Инсоляция на планете превышает земную аж в ~ 4709 раз, что при нулевом альбедо приводит к равновесной температуре 2319 ± 34 K.
На диаграмме "Масса – Радиус" находится выше линии 100% силикатов, что говорит о присутствии заметной оболочки, к примеру, из воды и/или соединений углерода с долей меньше 1% полной массы.

c – мининептун, обращающийся по орбите с периодом 10.7788 суток и большой полуосью ~ 0.0889 а.е. (e ~ 0.023). При радиусе 2.865 ± 0.041 R⊕ имеет массу 5.93 ± 0.67 M⊕, что даёт среднюю плотность ~ 1.39 г/см³. Инсоляция на планете превышает земную в ~ 67.5 раз, что приводит к равновесной температуре 802 ± 12 K.

d – нептун, обращающийся по орбите с периодом 25.7127 суток и большой полуосью ~ 0.1587 а.е. (e ~ 0.111). При радиусе 2.615 ± 0.059 R⊕ имеет массу 13.33 ± 0.98 M⊕, что даёт среднюю плотность ~ 4.11 г/см³. Инсоляция на планете превышает земную в ~ 21.2 раза, что приводит к равновесной температуре 600 ± 9 K.

e – нептун, обращающийся по орбите с периодом 77.1440 суток и большой полуосью ~ 0.3300 а.е. (e ~ 0.074). При радиусе 2.517 ± 0.045 R⊕ имеет массу 12.4 ± 1.4 M⊕, что даёт среднюю плотность ~ 4.29 г/см³. Инсоляция на планете превышает земную в ~ 4.9 раза, что приводит к равновесной температуре 416 ± 6 K.

f – нептун, обращающийся по орбите с периодом 433 ⁺²⁰₋₁₈ суток и большой полуосью ~ 1.043 а.е. (e ~ 0.083). Его минимальная масса 19.1 ± 2.7 M⊕. Инсоляция на планете сравнима с марсианской, и составляет ~ 0.49 земной, что приводит к равновесной температуре 234 ± 5 K.

В сегодняшней статье представлены результаты исследования эмиссионного спектра суперземли TOI-561 b, обращающейся по ультракороткопериодической орбите.
A Thick Volatile Atmosphere on the Ultra-Hot Super-Earth TOI-561 b

Наблюдения проводились с помощью инструмента NIRSpec JWST в диапазоне длин волн 3–5 мкм в течение чуть более трёх оборотов планеты вокруг родительской звезды, и охватили 4 вторичных затмения. В случае отсутствия атмосферы ожидаемая температура дневной стороны составила бы ~ 2950 K, однако наблюдаемая яркостная температура по разным моделям составляет 1740–2150 (± 70–80) K – она даже ниже равновесной температуры ~ 2320 K для нулевого альбедо и равномерного распределения тепла! Это означает, что планета окружена плотной атмосферой/оболочкой из летучих веществ, которая максимально эффективно охлаждает дневную сторону планеты. Этот результат прекрасно согласуется с низкой средней плотностью планеты, которая была установлена в ходе предыдущих исследований. И это несмотря на большую древность (около 11 млрд лет) планеты, обращающейся у звезды толстого диска Галактики!

Подобные результаты ставят под сомнение строгость концепции космической береговой линии, которая утверждает о том, что небольшие планеты с чрезвычайно высокой инсоляцией должны быть полностью высушенными мирами. Но также результат исследования подтверждает прогнозы о том, что магматические океаны планетарного масштаба могут удерживать значительные запасы летучих веществ исключительно длительное время.

На прикреплённой картинке показано положение TOI-561 b на диаграмме "Инсоляция – Вторая космическая скорость" с теоретической космической береговой линией. Рассматриваемая суперземля лежит далеко над космической береговой линией.

[Foma]

однако наблюдаемая яркостная температура по разным моделям составляет 1740–2150 (± 70–80) K – она даже ниже равновесной температуры ~ 2320 K для нулевого альбедо и равномерного распределения тепла! Это означает, что планета окружена плотной атмосферой/оболочкой из летучих веществ, которая максимально эффективно охлаждает дневную сторону планеты.

Это означает, что конкретно на 3-5 мкм тепловое излучение поверхности не может выйти наружу и мы регистрируем температуру верхних слоев атмосферы или облаков. Та же история с нашей Венерой, в диапазоне 6-14 мкм регистрируемая яркостная температура планеты меняется сложным образом с 250 до 210 К (см картинки тут), что конечно не имеет никакого отношения к поверхности и ее эффективному охлаждению. Но во всяком случае мы теперь знаем, что у TOI-561b есть развитая атмосфера, скорее всего с облаками и пополняемая из лавового океана - настоящее раздолье для кремниевых форм жизни

[Dayan]

Это означает, что конкретно на 3-5 мкм тепловое излучение поверхности не может выйти наружу и мы регистрируем температуру верхних слоев атмосферы или облаков. Та же история с нашей Венерой, в диапазоне 6-14 мкм регистрируемая яркостная температура планеты меняется сложным образом с 250 до 210 К (см картинки тут), что конечно не имеет никакого отношения к поверхности и ее эффективному охлаждению.

Да знаю, и именно поэтому я нигде не упоминаю слово "поверхность". Речь шла о видимой для JWST в данном конкретном диапазоне "фотосфере" планеты, и её охлаждении (этот термин используют и сами авторы). Температура "поверхности", которая в случае достаточно мощной оболочки даже в отсутствие облаков из космоса может быть не видна, превышает 3000–3500 K, а большое давление вместе с высокой температурой приводят к высокому уровню смешиваемости летучих веществ в магматическом океане, за счёт чего он и является банком для этих летучих веществ. Поверхность Венеры тоже не охлаждена, а наоборот, из-за парникового эффекта сильно перегрета. А там где облака существует мощное непрерывное глобальное течение атмосферы, которое и снижает общую яркостную температуру.

[vika vorobyeva]

Сегодня в Архиве появилась интересная статья о наблюдениях горячего нептуна LTT 9779 b на NIRSpec/JWST: https://arxiv.org/pdf/2510.04863

Напомню, что LTT 9779 b – планета из пустыни горячих нептунов радиусом 4.7 радиусов Земли, массой 29 масс Земли, с орбитальным периодом 19 часов. Ранее ее наблюдали на "Спитцере", наблюдали на ChEOPS и нашли, что ее альбедо в видимых лучах достигает 0.73 ± 0.11, что сравнимо с альбедо Венеры. По всей видимости, планета окутана яркими силикатными облаками. Наблюдения на JWST/NIRISS в диапазоне 0.6-2.8 мкм показали плоский трансмиссионный спектр, что говорило об обогащенности атмосферы тяжелыми газами и/или плотной высотной дымке. Также была обнаружена асимметрия между утренним и вечерним терминаторами – над утренним терминатором облака были плотнее, а альбедо выше, чем над вечерним (что как бы неудивительно).
И вот теперь товарищи решили пронаблюдать LTT 9779 b в более длинных лучах, надеясь, что удастся заглянуть глубже в атмосферу. Они вели непрерывные наблюдения на NIRSpec в течение почти суток, захватив два вторичных минимума, один транзит и полную фазовую кривую между ними, в диапазоне 2.8-5.2 мкм. В этом диапазоне доминирует собственное тепловое излучение планеты над отраженным светом звезды.
В результате были обнаружены сильные полосы углекислого и угарного газов, а также водяного пара. Метана обнаружено не было. Отношение C/O близко к 1, что согласуется с предыдущими оценками, дававшими C/O = 0.93. Содержание тяжелых элементов как минимум в 500 раз превышает солнечное.
Наблюдения полной фазовой кривой позволили сравнить содержание различных примесей в зависимости от времени суток (точнее, от наблюдаемой стороны планеты, планета конечно приливно захвачена). Там много интересного. Например, водяной пар виден в спектре горячего дневного полушария, но не виден в спектре ночного. По всей видимости, на ночной стороне его скрывают конденсирующиеся там силикатные облака. Углекислый газ хорошо заметен везде. На дневной стороне может быть много угарного газа (до 10%!), но его содержание плохо определено, его может быть и 0.1%. На западном терминаторе (~300° долготы), и только там, в спектре появляется заметная полоса сернистого газа – по всей видимости, продукт фотохимии над дневным полушарием.
Температуру дневного полушария оценили в 2252 ± 19 К, температуру ночного – в 1109 ± 25 К, альбедо Бонда – в 0.29 ± 0.03, облака находятся на уровне ~0.4 бар.
Разницу между геометрическим альбедо (~0.50 в среднем по дневному полушарию) и альбедо Бонда (~0.3) авторы объясняют backscattering (что бы это ни означало).
Измеренная скорость зональных ветров низкая, около 100 м/с. (На горячих юпитерах бывает и 1-2 км/с.)