2012-07-11 03:09:05
Αστρονόμοι χρησιμοποιώντας το
διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble παρατήρησαν δραματικές αλλαγές στα ανώτερα τμήματα της ατμόσφαιρας ενός μακρινού πλανήτη.
Αμέσως μετά από ένα βίαιο ξέσπασμα του μητρικού του άστρου, έντονη ακτινοβολία Χ έφτασε στον πλανήτη εξατμίζοντας ένα ποσοστό της ατμόσφαιρας του.
Οι παρατηρήσεις μας δίνουν μια γεύση από τις μεταβαλλόμενες καιρικές συνθήκες και κλίματα σε πλανήτες εκτός του ηλιακού μας συστήματος.
Ο αστρονόμος Alain Lecavelier des Etangs (CNRS-UPMC, Γαλλία) και η ομάδα του, χρησιμοποίησαν το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble και παρατήρησαν την ατμόσφαιρα του εξωπλανήτη HD 189733b [1] στις αρχές του 2010 και στο τέλος του 2011, καθώς διερχόταν μπροστά από το μητρικό άστρο του [2]. Κατά την διάρκεια της διάβασης, η ατμόσφαιρα του πλανήτη άφησε την χημική της υπογραφή στο φως του άστρου, επιτρέποντας στους αστρονόμους να αποκωδικοποιήσουν ό,τι συμβαίνει σε κλίμακες πολύ μικρές για άμεση απεικόνιση. Οι παρατηρήσεις έγιναν με σκοπό να επιβεβαιώσει η ομάδα το ίδιο φαινόμενο που συνέβη σε διαφορετικό πλανητικό σύστημα: την εξάτμιση της ατμόσφαιρας ενός εξωπλανήτη (heic0403)
Ο HD 189733b έχει γαλάζιο ουρανό όπως η Γη, αλλά τίποτε άλλο κοινό. Είναι ένας τεράστιος αέριος γίγαντας, παρόμοιος με τον Δία, αλλά είναι πάρα πολύ κοντά στο άστρο του, το ένα τριακοστό της απόστασης Γης - Ηλίου. Αν και το άστρο είναι ελάχιστα πιο μικρό και ψυχρό από τον Ήλιο, το κλίμα του πλανήτη είναι εξαιρετικά θερμό στους 1000 βαθμούς Κελσίου, και η ανώτερη ατμόσφαιρά του βομβαρδίζεται από έντονη ακτινοβολία, ακραία υπεριώδη και Χ. Έτσι είναι ιδανικός υποψήφιος μελέτης των επιπτώσεων ενός άστρου σε πλανητική ατμόσφαιρα
“Η πρώτη σειρά παρατηρήσεων ήταν απογοητευτική” δηλώνει ο Lecavelier,“ επειδή δεν έδειξαν κανένα ίχνος της ατμόσφαιρας του. Καταλάβαμε ότι είδαμε κάτι πιο ενδιαφέρον στην δεύτερη σειρά παρατηρήσεων”
Οι δεύτερες παρατηρήσεις το 2011, έδειξαν μια δραματική αλλαγή, με σαφή σημάδια νεφών αερίου που δραπέτευαν από τον πλανήτη με ρυθμό τουλάχιστον 1000 τόνων το δευτερόλεπτο. “Δεν επιβεβαιώσαμε μόνο το γεγονός ότι μερικές ατμόσφαιρες εξατμίζονται”, εξηγεί ο Lecavelier, “είδαμε και τις συνθήκες της ατμόσφαιρας που εξατμίζονταν, να αλλάζουν με τον χρόνο. Κανείς δεν το κατάφερε αυτό”
Η επόμενη ερώτηση είναι: γιατί συμβαίνει αυτό;
Παρά την ακραία θερμοκρασία στον πλανήτη, η ατμόσφαιρα του δεν είναι τόσο θερμή ώστε να εξατμίζεται με τον ρυθμό που παρατηρήθηκε το 2011. Αντίθετα πιστεύεται ότι η εξάτμιση οφείλεται στην έντονη ακτινοβολία από ακτίνες Χ και ακραίες υπεριώδεις από το μητρικό άστρο HD 189733A, η οποία είναι 20 φορές ισχυρότερη από την ακτινοβολία του Ήλιου. Λαμβάνοντας υπόψη ότι ο HD 189733b είναι ένας γιγάντιος πλανήτης πολύ κοντά στο άστρο του, τότε η δόση των ακτίνων Χ είναι 3 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από αυτή που δέχεται η Γη.
Αποδείξεις που υποστηρίζουν την εξάτμιση λόγω των ακτίνων Χ, δίνει και ο δορυφόρος Swift, ο οποίος αντίθετα με το Hubble, παρατηρεί το άστρο και στο τμήμα του φάσματος των ακτίνων Χ. Λίγες ώρες πριν την δεύτερη παρατήρηση του Hubble, το Swift κατέγραψε μια έντονη λάμψη στην επιφάνεια του άστρου, κατά την διάρκεια της οποίας το άστρο έγινε 4 φορές φωτεινότερο στις ακτίνες Χ.
“Οι εκπομπές ακτίνων Χ είναι ένα μικρό μέρος της συνολικής ακτινοβολίας του άστρου, αλλά έχουν αρκετή ενέργεια έτσι ώστε να προκαλέσουν την εξάτμιση της ατμόσφαιρας”, εξηγεί ο Peter Wheatley (Πανεπιστήμιο Warwick, Αγγλία). “Ήταν η φωτεινότερη έκλαμψη ακτίνων Χ που παρατηρήθηκε στο HD 189733A, και μοιάζει πολύ πιθανό ότι το αποτέλεσμα της στον πλανήτη είναι η εξάτμιση που παρατηρήθηκε μερικές ώρες αργότερα από το Hubble.”
Οι ακτίνες Χ έχουν αρκετή ενέργεια ώστε να θερμάνουν τα αέρια της ανώτερης ατμόσφαιρας σε δεκάδες χιλιάδες βαθμούς, μια θερμοκρασία που τους δίνει την δυνατότητα να ξεφύγουν από την βαρυτική έλξη του πλανήτη. Παρόμοιο φαινόμενο, αν και σε πολύ μικρότερη κλίμακα, παρατηρείται στην ατμόσφαιρα της Γης όταν καταφθάνει σύννεφο πλάσματος από μια ηλιακή έκλαμψη και πλήττει την ιονόσφαιρα της, διαταράσσοντας τις επικοινωνίες.
Ενώ η ομάδα πιστεύει ότι η λάμψη των ακτίνων Χ είναι η πιθανότερη αιτία της αλλαγής των ατμοσφαιρικών συνθηκών στον HD 189733b, υπάρχουν και άλλες πιθανές εξηγήσεις. Για παράδειγμα μπορεί το κανονικό επίπεδο των ακτίνων Χ να αυξήθηκε κατά το διάστημα 2010 έως 2011, σε μια εποχική διαδικασία παρόμοια με τον ενδεκαετή κύκλο του Ήλιου μας.
Ανεξάρτητα από τις λεπτομέρειες του τι ακριβώς συνέβη στην ατμόσφαιρα του HD 189733b, που η ομάδα ελπίζει να διευκρινίσει μέσω μελλοντικών παρατηρήσεων με το Hubble και το διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων Χ, XMM-Newton της ESA, δεν υπάρχει αμφιβολία ότι ο πλανήτης επλήγη από μια αστρική έκλαμψη, και ότι ο ρυθμός της εξάτμισης της ατμόσφαιρας του πλανήτη πολλαπλασιάστηκε.
Η έρευνα δεν αφορά μόνο σε πλανήτες τύπου Δία. Αρκετές πρόσφατες ανακαλύψεις βραχωδών πλανητών τύπου “υπερ-Γης” σε κοντινή απόσταση από το άστρο τους, πιστεύεται ότι είναι απομεινάρια πλανητών όπως ο HD 189733b, μετά την πλήρη εξάτμιση της ατμόσφαιρας τους. [3]
Σημειώσεις
[1] Ο HD 189733b είναι ένας “καυτός Δίας” σε τροχιά γύρω από το άστρο HD 189733A, σε απόσταση περίπου 60 ετών φωτός από την Γη. Οι πλανήτες τύπου καυτού Δία είναι αέριοι γίγαντες με τροχιά πολύ κοντά στο άστρο τους. Ο HD 189733b βρίσκεται πολύ κοντά στο άστρο του, περίπου το ένα τριακοστό της απόστασης Γης - Ηλίου, φθάνοντας έτσι σε θερμοκρασίες 1000 βαθμών Κελσίου. Μια περιφορά γύρω από το άστρο του διαρκεί μόνο 53 ώρες και έχει 10% περισσότερη μάζα από τον Δία. Ακόμη και ο Ερμής, ο κοντινότερος πλανήτης στον Ήλιο, βρίσκεται σε δεκαπλάσια απόσταση απ’ ότι ο HD 189733b. Ο πλανήτης έχει μια θολή ατμόσφαιρα που αποτελείται κυρίως από υδρογόνο, η οποία διαχέει τα μικρότερα μήκη κύματος, που σημαίνει ότι φαίνεται γαλάζια. Το άστρο του, HD 189733A, έχει το 80% της μάζας και λίγο παραπάνω από τα τρία τέταρτα της διαμέτρου του Ήλιου, είναι 800 βαθμούς ψυχρότερο και ελαφρά πιο κοκκινωπό στο χρώμα. Είναι μέρος διπλού αστρικού συστήματος μαζί με το αστέρι HD 189733B (δεν πρέπει να συγχέεται με τον πλανήτη, HD 189733b), το οποίο είναι αρκετές χιλιάδες φορές πιο μακριά και πολύ μικρότερο από το HD 189733A και έτσι δεν έχει καμιά επίδραση στον πλανήτη.
[2] Η μέθοδος παρατήρησης των εξωπλανητών λέγεται μέθοδος της διάβασης, επειδή εκμεταλλεύεται την διάβαση του πλανήτη μπροστά από τον δίσκο του μητρικού του άστρου. Μόνο ένα μικρό ποσοστό εξωπλανητών μπορούν να μελετηθούν με την μέθοδο της διάβασης, καθώς απαιτεί το τροχιακό επίπεδο του πλανήτη να φαίνεται εντελώς πλευρικά από την δική μας προοπτική. Εκεί όπου έχει εφαρμογή η μέθοδος είναι ένα πολύ ισχυρό εργαλείο. Οι παρατηρήσεις έγιναν με τον φασματογράφο του Hubble, ο οποίος αναλύει το φως του άστρου στα επιμέρους χρώματα του, όπως ένα πρίσμα. Οι σχετικές φωτεινότητες των διαφορετικών χρωμάτων του φωτός φέρουν πολλές πληροφορίες, συμπεριλαμβανομένων των αποτυπωμάτων των ειδών, των ιδιοτήτων, της ποσότητας και ακόμη της κίνησης των αερίων τα οποία διαπέρασε. Σε αυτήν την περίπτωση, η ομάδα ερευνούσε για υδρογόνο (το κύριο συστατικό της ατμόσφαιρας του HD 189733b) το οποίο διέφυγε από την ατμόσφαιρα του.
[3] Οι υπερ-Γαίες είναι είναι μια κατηγορία από βραχώδεις εξωπλανήτες, παρόμοιοι με την Γη, αλλά με αρκετές φορές περισσότερη μάζα. Υπερ-Γαίες που βρίσκονται στην βιώσιμη ζώνη του άστρου τους (εκεί όπου η θερμοκρασία επιτρέπει το νερό να βρίσκεται σε υγρή μορφή), θεωρούνται καλοί υποψήφιοι για την ύπαρξη ζωής. Οι εξωπλανήτες Kepler-10b και CoRoT-7b χαρακτηρίζονται ως υπερ-Γαίες, αλλά είναι πολύ κοντά στα άστρα τους για να διατηρήσουν νερό σε υγρή μορφή. Θεωρούνται σαν τα πετρώδη απομεινάρια πλανητών σαν τον HD 189733b που έχουν χάσει όλη την ατμόσφαιρα τους από εξάτμιση.
ΟΦΑ/ spacetelescope.org
www.ofa.gr
διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble παρατήρησαν δραματικές αλλαγές στα ανώτερα τμήματα της ατμόσφαιρας ενός μακρινού πλανήτη.
Αμέσως μετά από ένα βίαιο ξέσπασμα του μητρικού του άστρου, έντονη ακτινοβολία Χ έφτασε στον πλανήτη εξατμίζοντας ένα ποσοστό της ατμόσφαιρας του.
Οι παρατηρήσεις μας δίνουν μια γεύση από τις μεταβαλλόμενες καιρικές συνθήκες και κλίματα σε πλανήτες εκτός του ηλιακού μας συστήματος.
Ο αστρονόμος Alain Lecavelier des Etangs (CNRS-UPMC, Γαλλία) και η ομάδα του, χρησιμοποίησαν το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble και παρατήρησαν την ατμόσφαιρα του εξωπλανήτη HD 189733b [1] στις αρχές του 2010 και στο τέλος του 2011, καθώς διερχόταν μπροστά από το μητρικό άστρο του [2]. Κατά την διάρκεια της διάβασης, η ατμόσφαιρα του πλανήτη άφησε την χημική της υπογραφή στο φως του άστρου, επιτρέποντας στους αστρονόμους να αποκωδικοποιήσουν ό,τι συμβαίνει σε κλίμακες πολύ μικρές για άμεση απεικόνιση. Οι παρατηρήσεις έγιναν με σκοπό να επιβεβαιώσει η ομάδα το ίδιο φαινόμενο που συνέβη σε διαφορετικό πλανητικό σύστημα: την εξάτμιση της ατμόσφαιρας ενός εξωπλανήτη (heic0403)
Ο HD 189733b έχει γαλάζιο ουρανό όπως η Γη, αλλά τίποτε άλλο κοινό. Είναι ένας τεράστιος αέριος γίγαντας, παρόμοιος με τον Δία, αλλά είναι πάρα πολύ κοντά στο άστρο του, το ένα τριακοστό της απόστασης Γης - Ηλίου. Αν και το άστρο είναι ελάχιστα πιο μικρό και ψυχρό από τον Ήλιο, το κλίμα του πλανήτη είναι εξαιρετικά θερμό στους 1000 βαθμούς Κελσίου, και η ανώτερη ατμόσφαιρά του βομβαρδίζεται από έντονη ακτινοβολία, ακραία υπεριώδη και Χ. Έτσι είναι ιδανικός υποψήφιος μελέτης των επιπτώσεων ενός άστρου σε πλανητική ατμόσφαιρα
“Η πρώτη σειρά παρατηρήσεων ήταν απογοητευτική” δηλώνει ο Lecavelier,“ επειδή δεν έδειξαν κανένα ίχνος της ατμόσφαιρας του. Καταλάβαμε ότι είδαμε κάτι πιο ενδιαφέρον στην δεύτερη σειρά παρατηρήσεων”
Οι δεύτερες παρατηρήσεις το 2011, έδειξαν μια δραματική αλλαγή, με σαφή σημάδια νεφών αερίου που δραπέτευαν από τον πλανήτη με ρυθμό τουλάχιστον 1000 τόνων το δευτερόλεπτο. “Δεν επιβεβαιώσαμε μόνο το γεγονός ότι μερικές ατμόσφαιρες εξατμίζονται”, εξηγεί ο Lecavelier, “είδαμε και τις συνθήκες της ατμόσφαιρας που εξατμίζονταν, να αλλάζουν με τον χρόνο. Κανείς δεν το κατάφερε αυτό”
Η επόμενη ερώτηση είναι: γιατί συμβαίνει αυτό;
Παρά την ακραία θερμοκρασία στον πλανήτη, η ατμόσφαιρα του δεν είναι τόσο θερμή ώστε να εξατμίζεται με τον ρυθμό που παρατηρήθηκε το 2011. Αντίθετα πιστεύεται ότι η εξάτμιση οφείλεται στην έντονη ακτινοβολία από ακτίνες Χ και ακραίες υπεριώδεις από το μητρικό άστρο HD 189733A, η οποία είναι 20 φορές ισχυρότερη από την ακτινοβολία του Ήλιου. Λαμβάνοντας υπόψη ότι ο HD 189733b είναι ένας γιγάντιος πλανήτης πολύ κοντά στο άστρο του, τότε η δόση των ακτίνων Χ είναι 3 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από αυτή που δέχεται η Γη.
Αποδείξεις που υποστηρίζουν την εξάτμιση λόγω των ακτίνων Χ, δίνει και ο δορυφόρος Swift, ο οποίος αντίθετα με το Hubble, παρατηρεί το άστρο και στο τμήμα του φάσματος των ακτίνων Χ. Λίγες ώρες πριν την δεύτερη παρατήρηση του Hubble, το Swift κατέγραψε μια έντονη λάμψη στην επιφάνεια του άστρου, κατά την διάρκεια της οποίας το άστρο έγινε 4 φορές φωτεινότερο στις ακτίνες Χ.
“Οι εκπομπές ακτίνων Χ είναι ένα μικρό μέρος της συνολικής ακτινοβολίας του άστρου, αλλά έχουν αρκετή ενέργεια έτσι ώστε να προκαλέσουν την εξάτμιση της ατμόσφαιρας”, εξηγεί ο Peter Wheatley (Πανεπιστήμιο Warwick, Αγγλία). “Ήταν η φωτεινότερη έκλαμψη ακτίνων Χ που παρατηρήθηκε στο HD 189733A, και μοιάζει πολύ πιθανό ότι το αποτέλεσμα της στον πλανήτη είναι η εξάτμιση που παρατηρήθηκε μερικές ώρες αργότερα από το Hubble.”
Οι ακτίνες Χ έχουν αρκετή ενέργεια ώστε να θερμάνουν τα αέρια της ανώτερης ατμόσφαιρας σε δεκάδες χιλιάδες βαθμούς, μια θερμοκρασία που τους δίνει την δυνατότητα να ξεφύγουν από την βαρυτική έλξη του πλανήτη. Παρόμοιο φαινόμενο, αν και σε πολύ μικρότερη κλίμακα, παρατηρείται στην ατμόσφαιρα της Γης όταν καταφθάνει σύννεφο πλάσματος από μια ηλιακή έκλαμψη και πλήττει την ιονόσφαιρα της, διαταράσσοντας τις επικοινωνίες.
Ενώ η ομάδα πιστεύει ότι η λάμψη των ακτίνων Χ είναι η πιθανότερη αιτία της αλλαγής των ατμοσφαιρικών συνθηκών στον HD 189733b, υπάρχουν και άλλες πιθανές εξηγήσεις. Για παράδειγμα μπορεί το κανονικό επίπεδο των ακτίνων Χ να αυξήθηκε κατά το διάστημα 2010 έως 2011, σε μια εποχική διαδικασία παρόμοια με τον ενδεκαετή κύκλο του Ήλιου μας.
Ανεξάρτητα από τις λεπτομέρειες του τι ακριβώς συνέβη στην ατμόσφαιρα του HD 189733b, που η ομάδα ελπίζει να διευκρινίσει μέσω μελλοντικών παρατηρήσεων με το Hubble και το διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων Χ, XMM-Newton της ESA, δεν υπάρχει αμφιβολία ότι ο πλανήτης επλήγη από μια αστρική έκλαμψη, και ότι ο ρυθμός της εξάτμισης της ατμόσφαιρας του πλανήτη πολλαπλασιάστηκε.
Η έρευνα δεν αφορά μόνο σε πλανήτες τύπου Δία. Αρκετές πρόσφατες ανακαλύψεις βραχωδών πλανητών τύπου “υπερ-Γης” σε κοντινή απόσταση από το άστρο τους, πιστεύεται ότι είναι απομεινάρια πλανητών όπως ο HD 189733b, μετά την πλήρη εξάτμιση της ατμόσφαιρας τους. [3]
Σημειώσεις
[1] Ο HD 189733b είναι ένας “καυτός Δίας” σε τροχιά γύρω από το άστρο HD 189733A, σε απόσταση περίπου 60 ετών φωτός από την Γη. Οι πλανήτες τύπου καυτού Δία είναι αέριοι γίγαντες με τροχιά πολύ κοντά στο άστρο τους. Ο HD 189733b βρίσκεται πολύ κοντά στο άστρο του, περίπου το ένα τριακοστό της απόστασης Γης - Ηλίου, φθάνοντας έτσι σε θερμοκρασίες 1000 βαθμών Κελσίου. Μια περιφορά γύρω από το άστρο του διαρκεί μόνο 53 ώρες και έχει 10% περισσότερη μάζα από τον Δία. Ακόμη και ο Ερμής, ο κοντινότερος πλανήτης στον Ήλιο, βρίσκεται σε δεκαπλάσια απόσταση απ’ ότι ο HD 189733b. Ο πλανήτης έχει μια θολή ατμόσφαιρα που αποτελείται κυρίως από υδρογόνο, η οποία διαχέει τα μικρότερα μήκη κύματος, που σημαίνει ότι φαίνεται γαλάζια. Το άστρο του, HD 189733A, έχει το 80% της μάζας και λίγο παραπάνω από τα τρία τέταρτα της διαμέτρου του Ήλιου, είναι 800 βαθμούς ψυχρότερο και ελαφρά πιο κοκκινωπό στο χρώμα. Είναι μέρος διπλού αστρικού συστήματος μαζί με το αστέρι HD 189733B (δεν πρέπει να συγχέεται με τον πλανήτη, HD 189733b), το οποίο είναι αρκετές χιλιάδες φορές πιο μακριά και πολύ μικρότερο από το HD 189733A και έτσι δεν έχει καμιά επίδραση στον πλανήτη.
[2] Η μέθοδος παρατήρησης των εξωπλανητών λέγεται μέθοδος της διάβασης, επειδή εκμεταλλεύεται την διάβαση του πλανήτη μπροστά από τον δίσκο του μητρικού του άστρου. Μόνο ένα μικρό ποσοστό εξωπλανητών μπορούν να μελετηθούν με την μέθοδο της διάβασης, καθώς απαιτεί το τροχιακό επίπεδο του πλανήτη να φαίνεται εντελώς πλευρικά από την δική μας προοπτική. Εκεί όπου έχει εφαρμογή η μέθοδος είναι ένα πολύ ισχυρό εργαλείο. Οι παρατηρήσεις έγιναν με τον φασματογράφο του Hubble, ο οποίος αναλύει το φως του άστρου στα επιμέρους χρώματα του, όπως ένα πρίσμα. Οι σχετικές φωτεινότητες των διαφορετικών χρωμάτων του φωτός φέρουν πολλές πληροφορίες, συμπεριλαμβανομένων των αποτυπωμάτων των ειδών, των ιδιοτήτων, της ποσότητας και ακόμη της κίνησης των αερίων τα οποία διαπέρασε. Σε αυτήν την περίπτωση, η ομάδα ερευνούσε για υδρογόνο (το κύριο συστατικό της ατμόσφαιρας του HD 189733b) το οποίο διέφυγε από την ατμόσφαιρα του.
[3] Οι υπερ-Γαίες είναι είναι μια κατηγορία από βραχώδεις εξωπλανήτες, παρόμοιοι με την Γη, αλλά με αρκετές φορές περισσότερη μάζα. Υπερ-Γαίες που βρίσκονται στην βιώσιμη ζώνη του άστρου τους (εκεί όπου η θερμοκρασία επιτρέπει το νερό να βρίσκεται σε υγρή μορφή), θεωρούνται καλοί υποψήφιοι για την ύπαρξη ζωής. Οι εξωπλανήτες Kepler-10b και CoRoT-7b χαρακτηρίζονται ως υπερ-Γαίες, αλλά είναι πολύ κοντά στα άστρα τους για να διατηρήσουν νερό σε υγρή μορφή. Θεωρούνται σαν τα πετρώδη απομεινάρια πλανητών σαν τον HD 189733b που έχουν χάσει όλη την ατμόσφαιρα τους από εξάτμιση.
ΟΦΑ/ spacetelescope.org
www.ofa.gr
VIDEO
ΜΟΙΡΑΣΤΕΙΤΕ
ΔΕΙΤΕ ΑΚΟΜΑ
ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΟ ΑΡΘΡΟ
Από έλλειμμα πάμε καλά...
ΕΠΟΜΕΝΟ ΑΡΘΡΟ
Άντλησε 1,625 δισ. το Δημόσιο
ΣΧΟΛΙΑΣΤΕ
