|
Наблюдения за карликовыми планетами пояса Койпера
|
|
|
|
Пояс Койпера, обширный регион на краю нашей Солнечной системы, населенный бесчисленными ледяными объектами, является сокровищницей научных открытий. Обнаружение и характеристика объектов пояса Койпера (KBO), иногда называемых транснептуновыми объектами (TNO), привели к новому пониманию истории Солнечной системы. Расположение KBO является индикатором гравитационных потоков, которые сформировали Солнечную систему и раскрывают динамическую историю планетарных миграций. С конца 20-го века ученые стремились поближе познакомиться с KBO, чтобы узнать больше об их орбитах и составе. Изучение тел во внешней Солнечной системе — одна из многих целей космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST). Используя данные, полученные с помощью спектрометра ближнего инфракрасного диапазона Уэбба (NIRSpec), международная группа астрономов наблюдала три карликовые планеты в поясе Койпера: Седну, Гонггонг и Кваоар. Эти наблюдения выявили несколько интересных вещей об их орбитах и составе, включая легкие углеводороды и сложные органические молекулы, которые, как полагают, являются продуктом облучения метаном.
|
|
|
|
Исследование возглавил Джошуа Эмери, доцент кафедры астрономии и планетарных наук Университета Северной Аризоны. К нему присоединились исследователи из Центра космических полетов Годдарда НАСА (GSFC), Института пространственной астрофизики (Университет Париж-Сакле), Института Пинхеда, Космического института Флориды (Университет Центральной Флориды), Обсерватории Лоуэлла, Юго-западного исследовательского центра. Институт (SwRI), Научный институт космического телескопа (STScI), Американский университет. и Корнелльский университет. Препринт их статьи был размещен на сервере arXiv и рассматривается компанией Icarus для публикации. Несмотря на все достижения астрономии и роботов-исследователей, наши знания о Транснептуновом регионе и поясе Койпера по-прежнему ограничены. На сегодняшний день единственной миссией по изучению Урана, Нептуна и их основных спутников была миссия «Вояджер-2», которая пролетела мимо этих ледяных гигантов в 1986 и 1989 годах соответственно. Более того, миссия «Новые горизонты» стала первым космическим кораблем, изучавшим Плутон и его спутники (в июле 2015 года), и единственным, кто столкнулся с объектом в поясе Койпера, что произошло 1 января 2019 года, когда он пролетал мимо KBO, известного как Аррокот.
|
|
|
Это одна из многих причин, почему астрономы с нетерпением ждали запуска JWST. Помимо изучения экзопланет и самых ранних галактик во Вселенной, его мощные возможности инфракрасной визуализации также были направлены на наш задний двор, открывая новые изображения Марса, Юпитера и их крупнейших спутников. Для своего исследования Эмери и его коллеги использовали данные ближнего инфракрасного диапазона, полученные Уэббом для трех планетоидов пояса Койпера — Седны, Гонггонга и Кваоара. Эти тела имеют диаметр около 1000 км (620 миль), что помещает их в обозначение МАС как карликовые планеты. Как сообщил Эмери Universe Today по электронной почте, эти тела особенно интересны астрономам из-за их размера, орбит и состава. Другие транснептуновые тела, такие как Плутон, Эрида, Хаумеа и Макемаке, сохранили на своей поверхности летучие льды (азот, метан и т. д.). Единственным исключением является Хаумеа, которая потеряла свои волатильности в результате сильного воздействия (очевидно). Как сказал Эмери, они хотели посмотреть, есть ли на поверхности Седны, Гонггонга и Кваоара аналогичные летучие вещества:
|
|
|
|
«Предыдущие работы показали, что они могут это сделать. Несмотря на то, что все они примерно одинакового размера, их орбиты различны. Седна — это внутренний объект Облака Оорта с перигелием 76 а.е. и афелием почти 1000 а.е., Гонггонг находится на очень эллиптической орбите. также с перигелием 33 а.е. и афелием ~100 а.е., а Кваоар находится на относительно круговой орбите около 43 а.е. Эти орбиты помещают тела в разные температурные режимы и разные условия облучения (Седна, например, проводит большую часть своего времени за пределами солнечной гелиосферы). Мы хотели исследовать, как эти разные орбиты могут влиять на поверхности. На поверхностях есть также другие интересные льды и сложная органика». Используя данные инструмента Уэбба NIRSpec, команда наблюдала все три тела в режиме призмы низкого разрешения на длинах волн от 0,7 до 5,2 микрометра (мкм), помещая их все в ближний инфракрасный спектр. Дополнительные наблюдения Кваоара были проведены в диапазоне от 0,97 до 3,16 мкм с использованием решеток среднего разрешения с десятикратным спектральным разрешением. По словам Эмери, полученные спектры выявили некоторые интересные вещи об этих TNO и составе поверхности:
|
|
|
|
«Мы обнаружили большое количество этана (C2H6) на всех трех телах, особенно на Седне. В Седне также присутствуют ацетилен (C2H2) и этилен (C2H4). Их содержание коррелирует с орбитой (больше всего на Седне, меньше на Гонггонге, меньше всего на Кваоаре). , что согласуется с относительными температурами и условиями облучения. Эти молекулы являются продуктами прямого облучения метана (CH4). Если бы этан (или другие) находился на поверхности в течение длительного времени, они превратились бы в еще более сложные молекулы. Поскольку мы все еще видим их, мы подозреваем, что метан (CH4) должен поставляться на поверхности довольно регулярно». Эти результаты согласуются с результатами, представленными в двух недавних исследованиях, проведенных доктором Уиллом Гранди, астрономом из обсерватории Лоуэлла и соавтором миссии НАСА «Новые горизонты», и Крисом Гляйном, планетологом и геохимиком из SwRI. В обоих исследованиях Гранди, Глиен и их коллеги измерили соотношение дейтерия/водорода (D/H) в метане на Эриде и Макемаке и пришли к выводу, что метан не был первичным. Вместо этого они утверждают, что такие соотношения являются результатом переработки метана внутри них и доставки его на поверхность.
|
|
|
|
«Мы предполагаем, что то же самое может быть справедливо и для Седны, Гонггонга и Кваоара», — сказал Эмери. «Мы также видим, что спектры Седны, Гонггонга и Кваоара отличаются от спектров меньших KBO. На двух недавних конференциях состоялись переговоры, которые показали данные JWST о кластере меньших KBO в три группы, ни одна из которых не похожа на Седну, Гонггонг и Кваоар. и Кваоар. Этот результат согласуется с тем, что наши три более крупных тела имеют разную геотермальную историю». Эти результаты могут иметь важное значение для изучения KBO, ТНО и других объектов во внешней Солнечной системе. Это включает в себя новое понимание формирования объектов за пределами линии замерзания в планетных системах, которая относится к линии, за которой летучие соединения замерзают. В нашей Солнечной системе транснептуновая область соответствует линии азота, где тела сохраняют большое количество летучих веществ с очень низкими температурами замерзания (то есть азот, метан и аммиак).
|
|
|
|
Эти результаты, по словам Эмери, также демонстрируют, какой тип эволюционных процессов происходит в телах в этом регионе. «Основное значение может заключаться в определении размера, при котором KBO стали достаточно теплыми для внутренней переработки первичных льдов, а возможно, даже для дифференциации. Мы также должны быть в состоянии использовать эти спектры, чтобы лучше понять радиационную обработку поверхностных льдов во внешней солнечной системе. А будущие исследования также смогут более подробно изучить нестабильность летучих веществ и возможность существования атмосфер на этих телах на любых участках их орбит».
|
|
|
|
Результаты этого исследования также демонстрируют возможности JWST, который много раз доказал свою ценность с момента его ввода в эксплуатацию в начале прошлого года. Они также напоминают нам, что Уэбб не только открывает новые видения и открытия в отношении далеких планет, галактик и крупномасштабной структуры Вселенной, но и может раскрыть кое-что о нашем маленьком уголке космоса. «Данные JWST просто фантастические», — добавил Эмери. «Они позволили нам получить спектры на более длинных волнах, чем мы можем с земли, что позволило обнаружить эти льды. Часто при наблюдениях в новом диапазоне длин волн исходные данные могут быть довольно низкого качества. JWST не только открыл новые возможности. новый диапазон длин волн, но также предоставил данные фантастически высокого качества, чувствительные к набору материалов на поверхностях внешней солнечной системы».
|
|
|
|
Источник
|
