50光年からの地質学：ウェッブは岩の多い世界を研究する準備をします

ジェームスウエッブ宇宙望遠鏡の能力からしたら50光年先のホットスーパーアースの温度、自転周期や大気の厚さを測定するなんて事はお茶の子さいさいなんだろう。以下、機械翻訳。
50光年からの地質学：ウェッブは岩の多い世界を研究する準備をします
2022年5月26日
地球がはるかに太陽に近いと想像してみてください。非常に近いので、1年はほんの数時間しか続きません。重力が一方の半球を恒久的な灼熱の日光に、もう一方の半球を無限の暗闇に閉じ込めているほど近くにあります。海が沸騰し、岩が溶け始め、雲が溶岩を降らせるほど近くにあります。
私たち自身の太陽系にはそのような惑星は存在しませんが、このような惑星は、岩が多く、ほぼ地球の大きさで、非常に熱く、星に近いので、天の川銀河では珍しくありません。
これらの惑星の表面と大気は本当にどのようなものですか？NASAのジェイムズウェッブ宇宙望遠鏡は、いくつかの答えを提供しようとしています。
ミラーセグメントが美しく位置合わせされ、科学機器が校正されているため、NASAのジェイムズウェッブ宇宙望遠鏡は完全な運用からわずか数週間です。今年の夏に最初の観測が明らかになった直後に、Webbの詳細な科学が始まります。
初年度に計画された調査の中には、サイズと岩石の組成で「スーパーアース」に分類された2つの太陽系外惑星の研究があります。溶岩で覆われたかに座55番星eと空気のないLHS3844bです。研究者は、銀河全体の惑星の地質学的多様性、および地球のような岩石惑星の進化を理解する目的で、これらの惑星でWebbの高精度スペクトログラフを訓練します。

スーパーホットスーパーアース55番星e
かに座55番星eは、太陽のような星から225万km未満（水星と太陽の間の距離の25分の1）を周回し、18時間以内に1つ公転を完成させます。典型的な岩石形成鉱物の融点をはるかに超える表面温度で、惑星の昼側は溶岩の海で覆われていると考えられています。
星の近くを周回する惑星は、常に片側が星に面している状態で、自転と公転していると見なされます。結果として、地球上で最も暑い場所は、星に最も直接面している場所であるはずであり、日側から来る熱の量は、時間の経過とともにあまり変化しないはずです。
しかし、そうではないようです。NASAのスピッツァー宇宙望遠鏡からのかに座55番星eの観測は、最も高温の領域が星に最も直接面する部分からオフセットされていることを示唆していますが、日側から検出される熱の総量は異なります。

かに座55番星eは厚い大気を持っていますか？
これらの観測の1つの説明は、惑星が熱を動かす動的な大気を持っているということです。「かに座55番星eは、酸素または窒素が支配的な厚い大気を持っている可能性があります」と、ウェッブの近赤外線カメラ（NIRCam）と中赤外線機器（MIRI ）を使用するチームを率いるNASAの南カリフォルニアのジェット推進研究所のRenyuHuは説明しました。 ）惑星の昼側の熱放射スペクトルをキャプチャします。「大気があれば、[Webb]はそれを検出し、それが何でできているかを判断するための感度と波長範囲を持っています」とHu氏は付け加えました。

それともかに座55番星eの夕方に溶岩が降っていますか？
ただし、もう1つの興味深い可能性は、かに座55番星eがきちんとロックされていないことです。代わりに、それは水星のようであり、2つの軌道ごとに3回自転します（3：2共鳴として知られています）。その結果、惑星は昼夜のサイクルを持つことになります。
「それは、惑星の最も暑い部分がシフトする理由を説明することができました」と、惑星を研究している別のチームを率いるストックホルム大学の研究者であるアレクシスブランデカーは説明しました。「地球と同じように、表面が熱くなるまでには時間がかかります。その日の最も暑い時間は、正午ではなく午後になるでしょう。」
Brandekerのチームは、NIRCamを使用してこの仮説をテストし、かに座55番星eの点灯側から4つの異なる軌道で放出される熱を測定することを計画しています。惑星に3：2の共鳴がある場合、彼らは各半球を2回観察し、半球間の違いを検出できるはずです。
このシナリオでは、表面は日中に熱くなり、溶け、さらには蒸発し、Webbが検出できる非常に薄い大気を形成します。夕方になると、蒸気は冷えて凝縮し、溶岩の液滴を形成します。溶岩は雨が降って地表に戻り、夜になると再び固まります。


岩だらけの太陽系外惑星LHS3844bとかに座55番星eを地球と海王星と比較した図。かに座55番星eとLHS3844bはどちらも、サイズと質量の点で地球と海王星の間にありますが、組成の点では地球に似ています。惑星は、半径の大きい順に左から右に配置されています。
クレジット：イラスト：NASA、ESA、CSA、ダニプレーヤー（STScI）
やや涼しいスーパーアースLHS3844b
かに座55番星eは溶岩で覆われた世界のエキゾチックな地質学への洞察を提供しますが、LHS 3844 bは、太陽系外惑星の表面の固い岩を分析するユニークな機会を提供します。
かに座55番星eのように、LHS 3844 bはその星に非常に近い軌道を回っており、11時間で1公転を完了します。しかし、その星は比較的小さくて涼しいので、惑星は表面が溶けるのに十分なほど熱くありません。さらに、スピッツァーの観測は、惑星が実質的な大気を持っている可能性が非常に低いことを示しています。

LHS 3844 bの表面は何でできていますか？
LHS 3844 bの表面をWebbで直接画像化することはできませんが、不明瞭な雰囲気がないため、分光法で表面を調べることができます。
「さまざまな種類の岩石のスペクトルが異なることがわかりました」と、マックスプランク天文学研究所のローラクライトバーグは説明しました。「花崗岩は玄武岩よりも色が薄いことが目でわかります。岩が発する赤外線にも同様の違いがあります。」
Kreidbergのチームは、MIRIを使用してLHS 3844 bの昼側の熱放射スペクトルをキャプチャし、それを玄武岩や花崗岩などの既知の岩石のスペクトルと比較して、その組成を決定します。惑星が火山活動をしている場合、スペクトルは微量の火山ガスの存在も明らかにする可能性があります。
これらの観測の重要性は、銀河で確認された5,000を超える太陽系外惑星のうちの2つだけをはるかに超えています。「彼らは私たちに地球のような惑星一般についての素晴らしい新しい視点を与えてくれ、これらの惑星が今日のように暑かったときの初期の地球がどのようであったかを学ぶのを助けます」とKreidbergは言いました。
かに座55番星eとLHS3844bのこれらの観測は、Webbのサイクル1一般観測者プログラムの一部として実施されます。一般オブザーバープログラムは、ハッブルに時間を割り当てるために使用されたのと同じシステムである、二重匿名レビューシステムを使用して競争的に選択されました。
ジェイムズウェッブ宇宙望遠鏡は、世界有数の宇宙科学天文台です。Webbは私たちの太陽系の謎を解き、他の星の周りの遠い世界に目を向け、私たちの宇宙とその中の私たちの場所の神秘的な構造と起源を調べます。Webbは、NASAとそのパートナーであるESA（欧州宇宙機関）およびカナダ宇宙機関が主導する国際的なプログラムです。

バナー画像： 現在の惑星の理解に基づいて、かに座55番星eがどのように見えるかを示す図。かに座55番星eは、太陽のような星からわずか0.015天文単位を周回する、地球のほぼ2倍の直径を持つ岩石の惑星です。軌道が狭いため、惑星は非常に暑く、日中の気温は摂氏約2,400度に達します。アートワーククレジット：NASA、ESA、CSA、Dani Player（STScI）

最終更新日：2022年5月27日
タグ： 太陽系外惑星 ゴダード宇宙飛行センター ジェイムズウェッブ宇宙望遠鏡 宇宙