Nowe obserwacje z wykorzystaniem Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) przyniosły fascynujące odkrycia na temat TRAPPIST-1 b, jednej z planet skalistych orbitujących ultrachłodną czerwonego karła TRAPPIST-1. Naukowcy debatują nad dwoma możliwymi scenariuszami: czy planeta jest nagą, młodą skałą, czy też posiada grubą atmosferę bogatą w dwutlenek węgla, pokrytą fotochemicznymi mgławicami. Odkrycia te mogą rzucić nowe światło na naturę podobnych egzoplanet w innych układach.
Dwie Twarze TRAPPIST-1 b: Skała czy Mgliste Powietrze?
TRAPPIST-1 b, znajdująca się około 40 lat świetlnych od Ziemi, wzbudziła zainteresowanie badaczy dzięki analizie emisji termalnych za pomocą instrumentu Mid-Infrared Imager (MIRI) na teleskopie JWST. W ubiegłym roku wcześniejsze obserwacje sugerowały, że planeta jest prawdopodobnie pozbawiona atmosfery, przypominając jałowy, skalisty glob z minimalnym przenoszeniem ciepła. Jednak nowe dane, które obejmują pięć dodatkowych obserwacji przejść planety za gwiazdę macierzystą, skłoniły naukowców do ponownego rozważenia tych wniosków.
Zespół badaczy pod kierunkiem Elsy Ducrot z Komisariat à l’Énergie Atomique (CEA) wskazuje na dwa główne możliwe scenariusze:
- Model nagiej skały: TRAPPIST-1 b może mieć młodą, geologicznie aktywną skorupę zbudowaną z ultramaficznych materiałów — skał bogatych w magnez i żelazo, które występują w płaszczu Ziemi. Powierzchnia mogłaby mieć zaledwie około 1000 lat i być nieustannie kształtowana przez ekstremalną wulkaniczność lub siły pływowe.
- Atmosfera bogata w CO2: Alternatywny scenariusz zakłada obecność grubej atmosfery, zawierającej głównie dwutlenek węgla. Mgławice fotochemiczne — podobne do tych na Tytanie, jednym z księżyców Saturna — mogłyby tworzyć odwrócenie temperatury w atmosferze, gdzie górne warstwy są cieplejsze i emitują detekowalne promieniowanie podczerwone.
„Koncepcja planety skalistej z wyraźnie wywiane powierzchnią, pozbawionej atmosfery, jest niespójna z obecnymi obserwacjami” – zauważył Jeroen Bouwman z Instytutu Maxa Plancka ds. Astronomii (MPIA).
Geologiczna Aktywność jako Dowód na Młodą Powierzchnię
Jeśli planeta rzeczywiście posiada młodą, aktywną powierzchnię, powstaje wiele interesujących pytań dotyczących jej historii. Zazwyczaj skorupy planet są z czasem wycierane przez promieniowanie gwiezdne i kolizje meteorytów. Na TRAPPIST-1 b powierzchnia jednak wydaje się chroniona i ciągle odświeżana. Wyjaśnienia mogą obejmować resztkowe ciepło z okresu formowania się planety, siły pływowe wywołane oddziaływaniem z macierzystą gwiazdą lub sąsiadującymi planetami, a także potencjalne interakcje magnetyczne. Porównania z Janusowym, wulkanicznie aktywnym księżycem Jowisza, Io, dają potencjalne wskazówki na temat mechanizmów powstałych na TRAPPIST-1 b.
Atmosfera z Mgławicami: Skomplikowana, ale Prawdopodobna
Choć tłumaczenie wyników za pomocą atmosfery bogatej w CO2 jest mniej prawdopodobne, wciąż pozostaje możliwe. Atmosfery planet w układach czerwonych karłów często podlegają silnym zniszczeniom przez wiatry gwiezdne i promieniowanie, co znacznie utrudnia ich przetrwanie przez miliony lat. Jednak, jak zauważa Thomas Henning, były dyrektor MPIA, przy pewnych warunkach mgławice mogą odwrócić typowy gradient temperatury atmosferycznej, sprawiając, że emisje IR stają się wykrywalne.
Techniczne Wyzwania Eksploracji
Choć JWST posiada niespotykane dotąd zdolności obserwacyjne, precyzyjne określenie składu atmosfer skalistych planet pozostaje skomplikowane. Metoda zaćmień wtórnych, wykorzystywana w tych badaniach, pozwala na analizę emisji termalnej z dziennej strony planety, gdy ta przechodzi za swoją gwiazdę. Jest to jedna z najbardziej precyzyjnych metod eliminujących zaburzenia wywołane promieniowaniem gwiezdnym, ale wymaga ogromnych zasobów czasowych — w przypadku TRAPPIST-1 b były to aż 48-godzinne pomiary.
W planach są kolejne badania, w tym analiza krzywych fazowych, które mogą pomóc w określeniu, czy planeta posiada atmosferę zdolną do redystrybucji ciepła z dziennej strony na stronę nocną. Oczekuje się, że pozwolą one na ostateczne rozstrzygnięcie tej kosmicznej zagadki.
Słowniczek Pojęć
- Zaćmienie wtórne: Moment, w którym planeta przechodzi za swoją gwiazdę, blokując swoją emisję termalną.
- Mgławice fotochemiczne: Cząsteczki przypominające smog, powstałe w atmosferze na skutek rozszczepienia gazów przez światło UV.
- Ogrzewanie pływowe: Proces nagrzewania wnętrza planety przez siły grawitacyjne gwiazd lub sąsiednich planet.
- Skały ultramaficzne: Skały bogate w magnez i żelazo, związane z aktywnością geologiczną.
- Krzywa fazowa: Zmiana jasności planety w czasie, wskazująca na rozkład temperatury na jej powierzchni.
Sprawdź Swoją Wiedzę
Jakie narzędzie JWST zostało użyte do badania TRAPPIST-1 b?
Zastosowano instrument Mid-Infrared Imager (MIRI) do analizy emisji termalnych planety.
Dlaczego gwiazdy typu czerwony karzeł utrudniają badania atmosfer planet?
Emitują silne promieniowanie i wiatr gwiezdny, które mogą niszczyć atmosfery pobliskich planet.
Czym są mgławice fotochemiczne i gdzie jeszcze zostały zaobserwowane?
Są to cząsteczki przypominające smog, powstające na skutek promieniowania UV. Zaobserwowano je także na Tytanie, księżycu Saturna.
Co może wyjaśnić młodą powierzchnię TRAPPIST-1 b?
Powierzchnia może być ukształtowana przez intensywną działalność wulkaniczną, ogrzewanie pływowe lub oddziaływania magnetyczne.
