5 Minuten
Webb aptinka metano dujas virš Makemake
Tarpdisciplininė komanda, vadovaujama Southwest Research Institute (SwRI), panaudojo James Webb kosminį teleskopą (JWST), kad aptiktų metano dujas virš tolimosios nykštukinės planetos Makemake. Šis atradimas padaro Makemake antruoju trans-Neptūniniu objektu po Plutono, kuriame dujos buvo identifikuotos spektroskopiškai. Aptikimas rodo aktyvius volatilių procesus šiame lediniame kūne Saulės sistemos pakraštyje ir kelia naujų klausimų apie paviršiaus ledo ir retiškų atmosferų sąveiką mažų, šaltų kūnų atveju.
SwRI vadovaujama komanda panaudojo Webb teleskopo stebėjimus (balta), kad aptiktų metano dujas tolimajame nykštukiniame planetoje Makemake. Aštrūs emisijos pikai ties maždaug 3,3 mikrono atskleidžia metaną dujų fazėje virš Makemake paviršiaus. Kontinuumo modelis (cianu) uždėtas palyginimui; dujų emisijos pikai identifikuojami ten, kur stebėtasis spektras pakyla virš kontinuumo. Fone pateiktas meninis Makemake paviršiaus atvaizdas.
Stebėjimai ir spektriniai įrodymai
Metano signalas buvo išgautas iš JWST infraraudonųjų spindulių spektro kaip aštrūs emisijos bruožai ties 3,3 mikrono — bangų ruože, kuriame metano molekulės fluorescuoja po saulės spindulių absorbcijos. Komanda identifikuoja šiuos bruožus kaip saulės sužadintą fluorescenciją: saulės šviesa sužadina metano molekules, kurios vėliau vėl išskiria energiją charakteringais infraraudonųjų bangų ilgio ruožais. Norėdami atskirti emisijos pikus nuo pagrindinio atspindėto šviesos kontinuumo, tyrėjai palygino stebėtą spektrą su kontinuumo modeliu ir nustatė statistiškai reikšmingus pakilimus virš tos bazės linijos.
JWST jautrumas vidutinėje infraraudonoje srityje ir stabilus spektroskopinis našumas leido aptikti signalą, tačiau esami duomenys ribojami spektrine skiriamąja geba ir foniniu triukšmu. Šios ribos reiškia, kad vien tik spektrai dar neatskleidžia, ar metanas egzistuoja globalioje susietoje atmosferoje, ar yra išskiriamas lokaliais, trumpalaikiais išsiveržimais.
Mokslinis kontekstas: Makemake, volatiliai ir Kuiperio juosta
Makemake yra ledinė nykštukinė planeta maždaug 1 430 kilometrų skersmens (apie du trečdaliai Plutono skersmens), esanti Kuiperio juostoje. Jos šviesus paviršius dominuoja užšalęs metanas, todėl spektriniai metano dujų aptikimai yra ypač reikšmingi. Ankstesni žvaigždžių užtemimo (occultation) eksperimentai nustatė griežtas ribas bet kokiai tankiai globaliai atmosferai, tačiau paliko galimybę itin retai atmosferai arba lokaliems ventiliams.
Per pastarąjį dešimtmetį infraraudonosios stebėsenos taip pat atskleidė terminės anomalijas ir heterogenines metano ledo savybes Makemake paviršiuje. Šie rezultatai paskatino JWST tolimesnius stebėjimus: jeigu smulkios sritys sušyla arba jeigu požeminiai procesai mobilizuoja volatilius, gali įvykti pereinamas dujų išsiskyrimas net ten, kur globali atmosfera neegzistuoja.
Metano interpretacija: atmosfera ar geizeriai?
Tyrėjai svarsto dvi pagrindines hipotezes, suderintas su JWST duomenimis. Viena galimybė — labai plona, paviršiuje besiribojanti atmosfera, esanti garų slėgio pusiausvyroje su paviršiniu metano ledu — scenarijus, analogiškas Plutono sezoninei atmosferai, bet gerokai silpnesnis. Modelių pritaikymai tyrime nurodo dujų temperatūrą apie 40 Kelvinų (maždaug −233 °C) ir apskaičiuotą paviršinį slėgį maždaug 10 pikobarų: maždaug 100 milijardų kartų mažesnį nei Žemės slėgis ir apie milijoną kartų mažesnį už Plutono.
Kita tikėtina galimybė — epizodiniai, geizerių tipo išsiveržimai, kai metanas išsiskiria lokaliais protrūkiais. Tokiu atveju modeliavimas rodo, kad pikinės išsiskyrimo greitis galėtų siekti kelis šimtus kilogramų per sekundę — panašiai kaip Encelado intensyvūs vandens fontanai ir daug didesnis nei anksčiau Ceres matuotas itin silpnas garavimas.
Dr. Silvia Protopapa (SwRI), JWST analizės vyriausioji autorė, pabrėžia, kad metano dujų aptikimas rodo, jog Makemake nėra visiškai inertinis objektas. Bendraautoris dr. Ian Wong (Space Telescope Science Institute) pažymi, kad aukštesnės spektrinės skiriamosios gebos stebėjimai bus reikalingi, kad būtų galima aiškiai atskirti susietą atmosferą nuo geizerių aktyvumo.
Pasekmės ir būsimi stebėjimai
Jeigu Makemake turi aktyvią, net jei labai retą, atmosferą, tai išplėstų tolimųjų Saulės sistemos objektų rinkinį, kuriuose paviršiaus–atmosferos mainai vis dar vyksta. Patvirtinus arba paviršinę atmosferą, arba geizerių veiklą, būtų paveikti modeliai apie volatilių transportą, sezoninį elgesį Kuiperio juostoje ir supratimas, kaip saulės apšvitinimas skatina sublimaciją esant labai žemoms temperatūroms.
Tyrėjų komanda pabrėžia tolimesnių Webb spektroskopinių stebėjimų svarbą su didesne spektrine skiriamąja geba ir papildomų stebėjimų atlikimą skirtingais sezoniniais arba sukimosi laikotarpiais. Papildomos technikos — pavyzdžiui, tikslingi žvaigždžių užtemimai (occultacijos) ir jautrios submilimetrinės dujų paieškos — galėtų padėti apriboti globalų slėgį ir erdvinį kintamumą.
Ekspertų komentaras
Dr. Laura Kim, planetų mokslininkė (fiktyvi), komentuoja: "Metano dujų aptikimas virš Makemake su JWST yra Kuiperio juostos mokslo žingsnis. Net itin plonos atmosferos gali atskleisti daug apie paviršiaus sudėtį ir energijos balansą. Tikrasis kitas žingsnis — laike išskirtinė spektroskopija, kad būtų galima stebėti, ar signalas kinta su planeta sukimosi eiga arba saulės apšvitinimu, kas rodytų lokalius šaltinius."
Išvados
JWST aptikimas metano emisijos iš Makemake suteikia pirmąjį tiesioginį spektrinį įrodymą apie dujas virš šios tolimos nykštukinės planetos. Nors esami duomenys dar negali nustatyti, ar Makemake palaiko globalią, paviršinę atmosferą, ar patiria epizodinius geizerių tipo išsiskyrimus, atradimas nustato Makemake kaip prioritetinį tikslą būsimoms stebėjimų kampanijoms. Aukštesnės skiriamosios gebos JWST spektrai, užtemimo kampanijos ir nuolatinis terminis paviršiaus žemėlapis bus būtini norint suprasti volatilių ciklus ir mechanizmus, kurie skatina dujų išsiskyrimą tolimajame Saulės sistemoje.
Quelle: scitechdaily
Kommentar hinterlassen