Космический телескоп НАСА «Джеймс Уэбб» совершил революционное открытие в области изучения Юпитера, запечатлев беспрецедентные детали полярных сияний на крупнейшей планете нашей Солнечной системы. Танцующие огни, наблюдаемые над южным полюсом Юпитера, оказались в сотни раз ярче северного сияния на Земле.

Уникальные наблюдения были сделаны 25 декабря 2023 года с помощью камеры NIRCam телескопа «Джеймс Уэбб», которая работает в ближнем инфракрасном диапазоне на длине волны 3,36 микрона.

Откройте для себя Вселенную! Присоединяйтесь к нашему сообществу в Telegram и будьте в курсе самых свежих новостей астрономии и космонавтики каждый день!

Исследовательская группа под руководством доктора Джонатана Николса из Лестерского университета обнаружила удивительные изменения в поведении полярных сияний.

Как отмечает доктор Николс: «Это был настоящий рождественский подарок! Мы ожидали медленных изменений в течение четверти часа, но вместо этого наблюдали, как вся область сияния мерцала и вспыхивала буквально каждую секунду».

Научное значение этих наблюдений особенно велико благодаря тому, что учёные смогли изучить излучение триводородного катиона (H3+) в атмосфере Юпитера. Этот тип излучения возникает при столкновении высокоэнергетических электронов с молекулярным водородом и особенно активно светится в инфракрасном диапазоне, который идеально подходит для инструментов «Уэбба». Особенно интересным стало сопоставление данных «Уэбба» с ультрафиолетовыми наблюдениями, проведёнными космическим телескопом «Хаббл», которые показали неожиданные различия в яркости свечения.

Уникальность полярных сияний Юпитера объясняется несколькими факторами. В отличие от Земли, где основным источником является солнечный ветер, у Юпитера есть дополнительный источник заряженных частиц — его спутник Ио. Вулканы Ио выбрасывают частицы в космос, которые затем захватываются мощным магнитным полем Юпитера. Это поле разгоняет частицы до огромных скоростей, и при столкновении с атмосферой они вызывают интенсивное свечение.

Это открытие вызвало больше вопросов, чем ответов на существующие. Ученые обнаружили загадочное несоответствие между данными «Хаббла» и «Уэбба», которое указывает на присутствие большого количества частиц с очень низкой энергией — явление, которое ранее считалось невозможным. В ближайшее время команда планирует провести дополнительные наблюдения с помощью «Уэбба» и сравнить их с данными космического аппарата «Юнона», чтобы лучше понять причину загадочного яркого излучения и его влияние на атмосферу Юпитера. Эти результаты были опубликованы в престижном журнале Nature Communications и открывают новые перспективы для понимания сложных процессов в атмосфере газового гиганта.

Присоединяйся в наше сообщество в Telegram и будь в курсе самых свежих новостей астрономии и космонавтики каждый день!

(https://t.me/s/SpaceNews_Russia/@SpaceNews_Russia)

Автор: Осипов Илья Александрович, лектор «Смоленского Планетария» имени Ю. А. Гагарина. (2022-2024)

Привет, космические искатели! Сегодня мы погружаемся в увлекательный мир астрономии и метафизики, чтобы понять, что происходит за пределами нашего маленького голубого шарика. Все мы знаем, что Луна — это не просто кусок камня, она — свидетель множества столкновений в ранней Солнечной системе. Так что, если вы когда-нибудь задумывались, насколько хаосом были заполнены первые моменты нашей Солнечной системы, вам стоит узнать, что пока мы не смотрим в космос, чаша весов продолжает качаться. И как оказалось, вся эта революция происходит прямо сейчас, благодаря новым исследованиям!

Краткий экскурс в столкновения.

Посмотрите на Луну: её поверхность усеяна кратерами — это как книга с историями о космических схватках, оставшихся с ранних этапов формирования нашей Солнечной системы. Дело в том, что потоки крупных объектов объединялись, создавая гигантские планеты и, следовательно, создавая тот мега-удар, который мы сейчас наблюдаем.

Исследователи с Университета Калифорнии в Беркли, во главе с теоретическим физиком Дж. Дж. Заназзи, подняли занавес на эту драму. Они попросили два вопроса, которые, как я думаю, вам будут интересны: что произойдет при столкновении двух массивных экзопланет, и могут ли сейсмические волны, возникающие в результате этих столкновений, быть замечены телескопом Джеймса Уэбба (JWST)?

Катастрофы в космосе — это не просто увлекательные истории для людей с научной фантастикой. Некоторые экзопланеты имеют ядра, содержащие более 100 масс Земли твердых материалов. Это как если бы вы нашли гигантский "блокбастер" на полке с фильмов о планетах, где каждый эпизод начинается с мощного столкновения. Исследование сфокусировано на экзопланете Beta Pictoris b — юном супер-Юпитере весом около 13 масс Юпитера, который можно рассматривать как главного героя нашего космического повествования.

В ходе моделирования столкновения между молодой газовой гигантской планетой и её старшим, более массивным собратом, учёные обнаружили, что такие события, как правило, генерируют долговечные сейсмические волны. Научный взрыв в том, что эти волны могут быть обнаружены с помощью JWST, который в состоянии фиксировать изменения в свете планет.

Авторский коллектив утверждает, что сейсмические колебания могут быть таким же важным индикатором внутренних структур экзопланет, как гравитационные исследования. И знаете что? Эти колебания могут сохраняться долгие временные промежутки — фактически, они могут указывать на возраст планеты.

Новый подход к астрономическим исследованиям!

Исследователи обнаружили, что светимость Beta Pictoris b может колебаться под воздействием сейсмических волн, и если столкновение произошло в последние 9-18 миллионов лет, то JWST мог бы зафиксировать эти изменения. Это как если бы мы имели возможность заглянуть в глубокие недра экзопланет, используя свет и тени.

И это еще не всё! Если взглянуть шире, сейсмология открывает новые двери в понимании внутренних структур гигантских планет. Пока учёные использовали гравитационные измерения для определения внутреннего строения, новый метод может помочь идентифицировать продвинутые структуры на других планетах.

Почему это важно?

Понимание формирования экзопланет не только обогащает нашу астрономию, но и помогает нам постичь путь, который наш собственный дом прошел в своей эволюции. Столкновения, сейсмические волны и их последствия позволяют нам взглянуть в будущее исследования других систем, а также расширяют горизонты астрономии.

Так что, пока мы продолжаем изучать звезды и планеты, не забывайте: хаос и столкновения в космосе — это не только сюжеты фантастических фильмов, но и ключ к пониманию того, как формируются планеты. И кто знает, возможно, в недрах других планет мы найдем ответы на вопросы, которые еще не пришли нам в голову!

Хотя они и не вращаются вокруг нашего Солнца, субнептуны являются наиболее распространённым типом экзопланет, или планет за пределами нашей солнечной системы, которые были наблюдаемы в нашей галактике. Эти небольшие газовые планеты окутаны тайной… и зачастую густым туманом. Теперь, благодаря наблюдениям экзопланеты TOI-421 b, космический телескоп Джеймса Уэбба от NASA помогает учёным лучше понять субнептуны так, как это было невозможно до запуска телескопа.

"Я ждала всю свою карьеру момента, когда появится Уэбб, чтобы мы могли значимо охарактеризовать атмосферы этих меньших планет," — говорит главный исследователь Элиза Кемптон из Университета Мэриленда в Колледж-Парке. "Изучая их атмосферы, мы получаем лучшее понимание того, как субнептуны образовались и развивались, и частью этого является понимание, почему они не существуют в нашей солнечной системе.".

Маленькие, холодные, окутанные туманом!
Существование субнептунов стало неожиданностью до их открытия с помощью退休 NASA космического телескопа Кеплера в прошлом десятилетии. Теперь астрономы пытаются понять, откуда пришли эти планеты и почему они так распространены.

До появления Уэбба учёные имели очень мало информации о них. Хотя суб-Нептуны в несколько раз больше Земли, они всё ещё значительно меньше газовых гигантов и, как правило, холоднее горячих Юпитеров, что делает их наблюдение гораздо более сложным по сравнению с их газовыми аналогами.

Ключевым открытием до появления Уэбба было то, что большинство атмосфер субнептунов имели плоские или безликие спектры передачи. Это означает, что когда учёные наблюдали спектр планеты, проходящей перед её звёздным хозяином, вместо того чтобы видеть спектральные особенности — химические отпечатки, которые могли бы раскрыть состав атмосферы — они видели лишь плоский спектр. Астрономы сделали вывод из всех этих плоских спектров, что по крайней мере некоторые субнептуны, вероятно, были сильно затенены облаками или туманами.

Другой вид субнептуна?
"Почему мы наблюдали эту планету, TOI-421 b? Потому что мы думали, что, возможно, у неё не будет туманов," — говорит Кемптон. "И причина в том, что существовали некоторые предыдущие данные, которые подразумевали, что, возможно, планеты в определённом температурном диапазоне менее окутаны туманом или облаками, чем другие."

Этот температурный порог составляет около 1,070 градусов по Фаренгейту. Ниже этой отметки учёные предположили, что между солнечным светом и метаном будет происходить сложный набор фотохимических реакций, что приведёт к образованию тумана. Но более горячие планеты не должны содержать метан и, следовательно, не должны иметь туман.

Температура TOI-421 b составляет около 1,340 градусов по Фаренгейту, что значительно превышает предполагаемый порог. Без тумана или облаков исследователи ожидали увидеть ясную атмосферу — и они её увидели!

Удивительное открытие!
«Мы наблюдали спектральные особенности, которые можем отнести к различным газам, и это позволило нам определить состав атмосферы», — заявил Брайан Дэвенпорт из Университета Мэриленда, аспирант третьего курса, который провёл основной анализ данных.

«В отличие от многих других субнептунов, которые были ранее наблюдаемы, мы знаем, что их атмосферы состоят из чего-то, но это скрыто за туманом».

Команда обнаружила водяной пар в атмосфере планеты, а также предварительные признаки угарного газа и диоксида серы. Однако были и молекулы, которые они не смогли зафиксировать, такие как метан и углекислый газ. Из полученных данных можно также сделать вывод о значительном содержании водорода в атмосфере TOI-421 b.

Легкая водородная атмосфера стала большим сюрпризом для исследователей. «Мы недавно привыкли к мысли о том, что первые несколько субнептунов, наблюдаемых с помощью Уэбба, имели атмосферы с тяжёлыми молекулами, поэтому это стало нашим ожиданием, а затем мы обнаружили противоположное», — отметила Кемптон. Это предполагает, что TOI-421 b могла сформироваться и эволюционировать иначе, чем более холодные субнептуны, наблюдаемые ранее.

Уникален ли TOI-421 b?
Атмосфера, богатая водородом, представляет собой интересное явление, поскольку она напоминает состав звезды, вокруг которой вращается TOI-421 b. «Если вы просто возьмёте тот же газ, который составил звезду-хозяина, добавите его к атмосфере планеты и охладите до более низкой температуры, характерной для этой планеты, вы получите ту же комбинацию газов. Этот процесс больше соответствует гигантским планетам в нашей солнечной системе и отличается от других субнептунов, которые были наблюдаемы с помощью Уэбба», — отметила Кемптон.

Помимо того, что TOI-421 b горячее, чем другие субнептуны, ранее наблюдаемые с помощью Уэбба, он вращается вокруг звезды, подобной Солнцу. Большинство других субнептунов, которые были изучены до сих пор, обращаются вокруг меньших и более холодных звёзд, известных как красные карлики.

Является ли TOI-421 b символом горячих субнептунов, вращающихся вокруг звёзд, подобных Солнцу, или же это всего лишь свидетельство разнообразия экзопланет? Чтобы выяснить, исследователи намерены наблюдать больше горячих субнептунов, чтобы определить, является ли это уникальным случаем или более широкой тенденцией. Они надеются получить новые сведения о формировании и эволюции этих распространённых экзопланет.

«Мы открыли новый способ изучения этих субнептунов», — заявил Дэвенпорт. «Эти высокотемпературные планеты поддаются характеристике, поэтому, изучая субнептуны этой температуры, мы, возможно, сможем ускорить наше понимание этих планет».

«Наше открытие высоко ионизированного неонового излучения в ядре М83 стало неожиданностью», — отметила Свея Эрнандес, ведущий автор нового исследования, проводимого в рамках AURA для Европейского космического агентства в Институте космических телескопов в Балтиморе, США. «Эти сигнатуры требуют значительных объемов энергии для своего образования — больше, чем способны генерировать обычные звезды. Это настоятельно указывает на наличие AGN, который до сих пор оставался неуловимым».

«До появления Уэбба у нас просто не было инструментов для обнаружения таких слабых и высоко ионизированных газовых сигнатур в ядре М83», — добавила Свея. «Теперь, благодаря его невероятной чувствительности в среднем инфракрасном диапазоне, мы наконец-то можем исследовать эти скрытые глубины галактики и раскрыть то, что когда-то было невидимо».

Наблюдения телескопа Джеймса Уэбба в ближнем инфракрасном диапазоне с использованием инструмента MIRI позволили астрономам заглянуть сквозь пелену космической пыли и выявить характерные признаки высоко ионизированного газа в небольших скоплениях, расположенных вблизи галактического ядра. Энергия, необходимая для формирования этих сигнатур, значительно превышает ту, которую могут обеспечить сверхновые или другие звездные процессы, что делает активное галактическое ядро (AGN) наиболее вероятным объяснением. Тем не менее, альтернативные сценарии, такие как экстремальные ударные волны в межзвёздной среде, продолжают изучаться.

«Телескоп Уэбб совершает революцию в нашем понимании галактик», — отметила соавтор исследования Линда Смит из Института науки космического телескопа. «На протяжении многих лет астрономы искали черную дыру в М83, но безуспешно. Теперь у нас, наконец, есть убедительная подсказка, указывающая на то, что она может существовать».

«Это открытие демонстрирует, как Уэбб делает неожиданные прорывы», — продолжила Смит. «Астрономы думали, что исключили наличие AGN в М83, но теперь у нас есть новые доказательства, которые ставят под сомнение прежние предположения и открывают новые горизонты для исследований».

Команда планирует провести дополнительные исследования с использованием других обсерваторий, таких как Аткамская большая миллиметровая/субмиллиметровая антенная решетка (ALMA) и Очень большой телескоп (VLT), чтобы глубже исследовать природу газа и подтвердить наличие сверхмассивной черной дыры в М83. Эти дополнительные наблюдения помогут определить, действительно ли вновь обнаруженное излучение происходит от AGN или же в игре находятся другие высокоэнергетические процессы.

Данное исследование демонстрирует способность телескопа Уэбба раскрывать скрытые структуры в галактиках и открывает новые перспективы для открытий в области астрофизики черных дыр. По мере того как астрономы продолжают расширять границы возможностей Уэбба, самые неуловимые загадки Вселенной становятся все более четкими.