宇宙にハリケーン？ ハッブルが遠い惑星の異常気象をどのように明らかにしたかをご覧ください

天文学者らは、NASA のハッブル宇宙望遠鏡を使用して、居住不可能な系外惑星 WASP-121 b 上で巨大ハリケーンなどの動的な気象活動を検出しました。 この発見は、遠く離れた惑星の天気を研究するために重要であり、詳細な観測と高度な計算モデルによって可能になりました。 画像クレジット: NASA、ESA、Quentin Changat (ESA/STScI)、Mehdi Zamani (ESA/Hubble)

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の 木星WASP-121 b サイズの惑星は家と呼べる場所ではありません。 まず、太陽よりも明るくて熱い星の近くを周回しています。 この惑星はその星に危険なほど接近しているため、その上層大気は3,400度の灼熱の温度になっている F – 製鋼炉よりも熱い。

主星からの紫外線の奔流が惑星の上層大気を加熱し、マグネシウムと鉄のガスが宇宙に逃げ出す原因となります。 この星からの強い潮汐力により、惑星の形状が変化し、よりサッカーの形に似ています。 数年間の情報を組み合わせることで、 ハッブル宇宙望遠鏡 コンピューターモデリングを使用した観測を通じて、天文学者たちは、地獄の惑星上で巨大なハリケーンが渦巻いている証拠を発見した。 竜巻は、惑星の星に面した側と暗い夜の側との間の大きな温度差によって頻繁に発生および破壊されます。 系外惑星。

これは、タイロスとしても知られる系外惑星 WASP-121 b のアーティストのコンセプトです。 系外惑星の外観は、ハッブルによる天体のシミュレーションからのデータに基づいています。 別の科学者チームは、ハッブル観測を利用して、木星の非常に熱い系外惑星の上層大気からマグネシウムや鉄などの重金属が漏れ出ているのを発見したことを以前に報告していた。 これをそのような発見の最初のものとしてマークします。 この系外惑星は、地球と太陽の間の距離の約 2.6% という危険なほど主星に近い軌道を周回しているため、星の潮汐力によって引き裂かれる寸前にあります。 強い重力により、惑星の形状が変化しました。 画像クレジット: NASA、ESA、Quentin Changat (ESA/STScI)、Mehdi Zamani (ESA/Hubble)

ハッブル宇宙望遠鏡は、3 年間にわたる系外惑星の大気の変化を観察します。

数年間にわたる観察結果を組み合わせることで、 NASA天文学者らはハッブル宇宙望遠鏡とコンピューターモデリングを利用して、880光年離れた熱い木星サイズの惑星上で渦巻く巨大なハリケーンやその他のダイナミックな気象活動の証拠を発見した。

WASP-121 bと呼ばれるその惑星は居住不可能である。 しかし、この結果は、遠く離れた世界の気象パターンを研究し、おそらく最終的には安定した長期にわたる気候を持つ居住可能な系外惑星を発見する上での重要な初期段階を表している。

過去数十年にわたり、太陽系の近隣惑星を望遠鏡や探査機で詳細に観察した結果、その乱流大気は静的なものではなく、地球の天気と同じように常に変化していることがわかってきました。 この矛盾は他の恒星を周回する惑星にも当てはまるはずです。 しかし、そのような変化を実際に測定するには、多くの詳細な監視と計算モデリングが必要です。

太陽系外気象の観測における画期的な進歩

この発見を行うために、天文学者の国際チームは、2016年、2018年、2019年に撮影されたWASP-121 bのハッブル観測を編集し、再処理しました。

彼らは、この惑星には時間の経過とともに変化する動的な大気があることを発見しました。 研究チームは、高度なモデリング技術を使用して、これらの劇的な時間差が系外惑星の大気中の気象パターンによって説明できることを証明しました。

この視覚化は、タイロスとしても知られる系外惑星 WASP-121 b の、日の出、正午、日の入り、深夜にわたる 130 日にわたる系外惑星の気温予測を示しています。 明るい黄色の領域は、太陽系外惑星の昼側で温度が 2,100 ケルビン (華氏 3,320 度) を超える領域を示しています。 主星に近いため、地球と太陽の間の距離の約 2.6% です。 昼側と夜側の極端な温度差により、天文学者らは、昼側の大気の上層に逃げた蒸発した鉄やその他の重金属が部分的に下層に遡り、夜間に鉄の雨を降らせるのではないかと考えている。 一部の重金属は、上層大気から地球の重力を逃れることもあります。 画像クレジット: NASA、ESA、Quentin Changat (ESA/STScI)、Mehdi Zamani (ESA/Hubble)

研究チームは、WASP-121 b の大気は観測間で顕著な違いを示していることを発見しました。 さらに興味深いのは、恒星に面する側と系外惑星の暗い側との間の大きな温度差により、巨大な気象前線、巨大な嵐、ハリケーンが繰り返し発生し破壊される可能性があることです。 彼らはまた、系外惑星の最も熱い領域と惑星上の恒星に最も近い点との間に明確なずれがあること、および系外惑星の大気の化学組成の変動（分光法で測定）も検出した。

研究チームは、系外惑星の大気の観察された変化の説明に役立つ計算モデルを使用して、これらの結論に達しました。 「系外惑星大気シミュレーションの絶妙な詳細により、WASP-121 b のような非常に熱い惑星の天候を正確にモデル化することができます」とカリフォルニア工科大学（カリフォルニア州パサデナ）の博士研究員で共同リーダーのジャック・スキナー氏は説明する。 この研究から。 「今回、観測上の制約と大気シミュレーションを組み合わせて、これらの惑星の時間とともに変化する天気を理解することで、重要な一歩を踏み出しました。」

「これは、系外惑星の気象パターンの観察を進める上で、非常に興味深い結果です」と、チームの主任研究員の一人、クエンティン・チャンガット氏は語った。 欧州宇宙機関 メリーランド州ボルチモアにある宇宙望遠鏡科学研究所の研究員。 「系外惑星の天気を研究することは、他の世界の系外惑星の大気の複雑さを理解する上で、特に居住可能な条件を備えた系外惑星を探す上で極めて重要です。」

この視覚化は、タイロスとしても知られる系外惑星 WASP-121 b の気象パターンを示しています。 このビデオは、系外惑星の大気のパターンをより詳細に観察するために速度を落としています。 画像クレジット: NASA、ESA、Quentin Changat (ESA/STScI)、Mehdi Zamani (ESA/Hubble)

WASP-121 b: 太陽系外大気におけるケーススタディ

WASP-121 b は親星に非常に近いため、公転周期はわずか 1.27 日です。 この近さは、月が常に同じ面を地球に向けているのと同じように、惑星が潮汐的に固定されており、一方の半球が常に星に面していることを意味します。 惑星の星に面した側では、日中の気温が 3,450°F (2,150°K) に近づきます。

研究チームは、WASP-121 b のアーカイブされたハッブル観測の 4 セットを使用しました。 完全なデータセットには、恒星の前を通過する WASP-121 b の観測結果が含まれていました (2016 年 6 月に撮影)。 WASP-121 b は、二次日食としても知られるその星の後ろを通過します (2016 年 11 月に撮影)。 そして星に対する位相角の関数としてのWASP-121 bの明るさ（月の満ち欠けの周期と同様に、親星の周りを公転する系外惑星から地球上で受け取る光の量の変化）。 これらのデータは、それぞれ 2018 年 3 月と 2019 年 2 月に取得されました。

「結合されたデータセットは、単一の惑星のかなりの量の観測時間を表しており、現在、これらの繰り返し観測の唯一の一貫したセットです」とチャンガット氏は述べた。 これらの観測から私たちが抽出した情報は、さまざまな時点での WASP-121 b の大気中に存在する化学物質、温度、および曇りを推測するために使用されました。 これにより、地球が時間の経過とともにどのように変化したかについての興味深い全体像が得られました。

ハッブルのユニークな能力は、12月1日に始まったサイクル31の観測を通じて可能になる幅広い科学プログラムにも明らかです。 ハッブルの時間の約 3 分の 2 は画像研究に費やされ、残りは分光研究に費やされます。 、WASP-121 で使用されているものなど、 b. コース 31 サイエンスの詳細については、A を参照してください。 最後の広告。

参考：「超高温木星WASP-121bの大気は変動するのか？」 クエンティン・チャンガット、ジャック・W・スキナー、ジェームズ・Y・K ジュー、ジョナス ナテラ、インゴ B. ウォルドマン、アーメド F. アル・リファイ、アクレン・デリック、ビリー・エドワーズ、トーマス・ミカル・エヴァンス、マックス・ジョシュア、ジュゼッペ・ムリーリョ、ヌール・スカフ、アンジェロス・ツィアラス、オリビア・ヴィノ、カイ・ホー・イップ、2023年1月2日。 天体物理学 > 地球惑星物理学。
arXiv:2401.01465

ハッブル宇宙望遠鏡は、NASA と欧州宇宙機関の国際協力プロジェクトです。 メリーランド州グリーンベルトにある NASA のゴダード宇宙飛行センターがこの望遠鏡を運用しています。 メリーランド州ボルチモアにある宇宙望遠鏡科学研究所 (STScI) は、ハッブルとウェッブの科学運用を行っています。 STScI は、ワシントン DC にある天文学研究大学協会によって NASA のために運営されています。