뜨거운 목성의 어두운 면이 처음으로 자세히 공개됩니다.

MIT 천문학자들은 별에 "조석으로 잠겨 있는" 외계행성의 영원한 어두운 면에 대한 가장 선명한 시야를 확보했습니다. 그들의 관측은 행성의 영구적인 낮 측의 측정과 결합되어 외계 행성의 지구 대기에 대한 최초의 상세한 보기를 제공합니다.

 

 

MIT 카블리 천체 물리학 및 우주 연구소에서 박사후 연구원으로 연구를 이끈 Thomas Mikal-Evans는 "우리는 이제 외계행성 대기의 특정 영역에 대한 고립된 스냅샷을 찍는 것을 넘어 3D 시스템으로 연구하고 있습니다."라고 말했습니다. 연구. 네이처 천문학( Nature Astronomy )에 실린 새로운 연구의 중심에 있는 행성 은 목성 크기의 거의 두 배에 달하는 거대한 가스 거인 WASP-121b입니다. 이 행성은 매우 뜨거운 목성이며 지구에서 약 850 광년 떨어진 별 주위를 도는 2015년에 발견되었습니다 . WASP-121b는 지금까지 발견된 가장 짧은 궤도 중 하나를 가지고 있으며, 단 30시간 만에 별을 한 바퀴 돌고 있습니다. 또한 별을 향한 "낮" 쪽은 영구적으로 불에 구워지고 "밤" 쪽은 영원히 우주를 향하도록 조석으로 잠겨 있습니다.

 

"뜨거운 목성은 낮 면이 매우 밝은 것으로 유명하지만 밤 면은 다른 짐승입니다. WASP-121b의 밤 면은 낮 면보다 약 10배 더 어둡습니다."라고 MIT의 TESS 박사후 연구원인 Tansu Daylan이 말했습니다. 연구. 천문학자들은 이전에 수증기를 감지하고 지구의 낮 쪽의 고도에 따라 대기 온도가 어떻게 변하는지 연구했습니다.

 

새로운 연구는 훨씬 더 자세한 그림을 포착합니다. 연구원들은 낮에서 밤으로의 극적인 온도 변화를 매핑할 수 있었고 이러한 온도가 고도에 따라 어떻게 변하는지 확인할 수 있었습니다. 그들은 또한 처음으로 행성의 낮과 밤 사이에서 물이 순환하는 방식을 보여주기 위해 대기를 통한 물의 존재를 추적했습니다.

 

지구에서 물 순환은 먼저 증발한 다음 구름으로 응결된 다음 비가 내림으로써 WASP-121b에서 물 순환이 훨씬 더 강렬합니다. 낮에는 물을 구성하는 원자가 3,000도 이상의 온도에서 찢어집니다. 켈빈. 이 원자는 밤 쪽으로 날아가는데, 온도가 더 낮으면 수소와 산소 원자가 물 분자로 재결합할 수 있고, 다시 낮 쪽으로 날아가 순환이 다시 시작됩니다.

팀은 행성의 물 순환이 초당 최대 5km 또는 시속 11,000마일 이상의 속도로 행성 주위의 원자를 휘젓는 바람에 의해 유지된다고 계산합니다.

 

또한 지구 주위를 순환하는 데 물만 있는 것은 아닌 것으로 보입니다. 천문학자들은 밤이 루비와 사파이어를 구성하는 광물인 철과 커런덤의 이국적인 구름을 수용할 만큼 충분히 춥다는 것을 발견했습니다. 수증기와 같은 이 구름은 고온이 금속을 가스 형태로 기화시키는 낮 쪽으로 휘둘릴 수 있습니다. 도중에 커런덤 구름에서 액체 보석과 같은 이국적인 비가 생성될 수 있습니다.

Mikal-Evans는 "이 관측을 통해 우리는 외계 행성의 기상학에 대한 전지구적 관점을 얻게 되었습니다."라고 말했습니다.

이 연구의 공동 저자에는 MIT, Johns Hopkins University, Caltech 및 기타 기관의 공동 작업자가 포함됩니다.

 

낮과 밤팀은 NASA의 허블 우주 망원경에 탑재된 분광 카메라를 사용하여 WASP-121b를 관찰했습니다. 이 장비는 행성과 별에서 오는 빛을 관찰하고 그 빛을 구성 파장으로 분해하며 그 강도는 천문학자들에게 대기의 온도와 구성에 대한 단서를 제공합니다.

 

분광학 연구를 통해 과학자들은 많은 외계 행성의 낮의 대기 세부 사항을 관찰했습니다. 그러나 야간에 대해 동일한 작업을 수행하는 것은 행성이 별을 도는 동안 행성의 전체 스펙트럼에서 작은 변화를 관찰해야 하기 때문에 훨씬 더 까다롭습니다.

 

새로운 연구를 위해 팀은 2018년과 2019년에 각각 2개의 완전한 궤도에서 WASP-121b를 관찰했습니다. 두 관찰 모두에서 연구원들은 존재를 나타내는 특정 선 또는 스펙트럼 특징에 대한 빛 데이터를 조사했습니다. 수증기의.

Mikal-Evans는 "우리는 이 물의 특징을 보았고 행성 궤도의 다른 부분에서 어떻게 변했는지 매핑했습니다. "그것은 고도의 함수로 행성 대기의 온도가 무엇을 하는지에 대한 정보를 인코딩합니다."

 

변화하는 물의 특징은 팀이 낮과 밤의 온도 프로파일을 매핑하는 데 도움이 되었습니다. 그들은 관측 가능한 가장 깊은 층에서 2,500Kelvin에서 가장 높은 층에서 3,500Kelvin까지 낮의 범위를 발견했습니다. 야간의 범위는 가장 깊은 층에서 1,800Kelvin에서 상부 대기에서 1,500Kelvin까지입니다. 흥미롭게도 온도 프로파일은 낮에는 고도에 따라 상승하고(기상학적 용어로 "열 역전") 밤에는 고도와 함께 하락하는 플립플롭(flip-flop)으로 나타났습니다.

그런 다음 연구원들은 특정 고도와 온도가 주어지면 행성의 대기에 존재할 가능성이 있는 화학 물질을 식별하기 위해 다양한 모델을 통해 온도 지도를 전달했습니다. 이 모델링은 철, 커런덤, 티타늄과 같은 금속 구름이 야간에 존재할 가능성을 보여주었습니다.

 

그들의 온도 매핑에서 팀은 또한 행성의 가장 뜨거운 영역이 별 바로 아래의 "아성" 영역의 동쪽으로 이동하는 것을 관찰했습니다. 그들은 이러한 변화가 극심한 바람 때문이라고 추론했습니다.

미칼-에반스는 "이 가스는 항성 이하 지점에서 가열되지만 우주로 재방사되기 전에 동쪽으로 날아가고 있다"고 설명했다.

 

이동의 크기에서 팀은 풍속이 초당 약 5km로 증가할 것으로 추정합니다.

NASA의 MIT 주도 임무인 TESS를 사용하여 행성에서 이전 작업을 주도한 Daylan은 "이 바람은 우리의 제트기류보다 훨씬 빠르며 약 20시간 안에 지구 전체를 가로질러 구름을 이동할 수 있습니다."라고 말합니다.

 

천문학자들은 올해 말 WASP-121b를 관찰하기 위해 제임스 웹 우주 망원경으로 시간을 예약했으며 과학자들이 대기에 존재해야 한다고 의심하는 수증기 뿐만 아니라 일산화탄소의 변화를 매핑하기를 희망합니다.

"그것은 우리가 이 행성의 대기에서 탄소 함유 분자를 측정할 수 있는 첫 번째 사례가 될 것입니다."라고 Mikal-Evans가 말했습니다. "대기 중 탄소와 산소의 양은 이러한 종류의 행성이 형성되는 위치에 대한 단서를 제공합니다."