'뜨거운 목성'의 어두운 면이 최초로 공개된다

Sep 18, 2023

2022년 2월 21일

매사추세츠 공과대학 제니퍼 추(Jennifer Chu)

MIT 천문학자들은 별에 "조석 고정"되어 있는 외계 행성의 영원한 어두운 면에 대한 가장 명확한 시각을 얻었습니다. 행성의 영구 일면 측정과 결합된 그들의 관측은 외계 행성의 지구 대기에 대한 최초의 상세한 시각을 제공합니다.

"우리는 이제 외계 행성 대기의 특정 지역에 대한 고립된 스냅샷을 찍는 것을 넘어, 그것을 진정한 3D 시스템으로 연구하기 위해 나아가고 있습니다"라고 MIT의 Kavli 천체물리학 및 우주 연구소에서 박사후 연구원으로 이 연구를 이끈 Thomas Mikal-Evans는 말합니다. 연구.

Nature Astronomy에 게재된 새로운 연구의 중심에 있는 행성은 목성 크기의 거의 두 배에 달하는 거대한 가스 거인 WASP-121b입니다. 이 행성은 초고온 목성으로 지구에서 약 850광년 떨어진 별 주위를 공전하는 2015년에 발견되었습니다. WASP-121b는 현재까지 감지된 가장 짧은 궤도 중 하나를 가지고 있으며 단 30시간 만에 별을 돌고 있습니다. 또한 별을 향하는 "낮" 쪽은 영구적으로 구워지고 "밤" 쪽은 우주를 향해 영원히 회전하도록 조석 고정되어 있습니다.

"뜨거운 목성은 매우 밝은 낮 면으로 유명하지만 밤 면은 다릅니다. WASP-121b의 밤 면은 낮 면보다 약 10배 더 어둡습니다."라고 공동 저술한 MIT의 TESS 박사후 연구원인 Tansu Daylan은 말합니다. 연구.

천문학자들은 이전에 수증기를 감지하고 행성의 낮 쪽 고도에 따라 대기 온도가 어떻게 변하는지 연구했습니다.

새로운 연구는 훨씬 더 자세한 그림을 포착합니다. 연구자들은 낮부터 밤까지의 극적인 온도 변화를 지도화하고 이러한 온도가 고도에 따라 어떻게 변하는지 확인할 수 있었습니다. 그들은 또한 처음으로 행성의 낮과 밤 사이에 물이 어떻게 순환하는지 보여주기 위해 대기를 통해 물의 존재를 추적했습니다.

지구에서는 물이 증발한 다음 구름으로 응축된 다음 비가 내리는 방식으로 순환하는 반면, WASP-121b에서는 물 순환이 훨씬 더 강렬합니다. 낮에는 물을 구성하는 원자가 3,000도 이상의 온도에서 찢어집니다. 켈빈. 이 원자는 밤 쪽으로 날아가서 온도가 낮아지면 수소와 산소 원자가 물 분자로 재결합되고, 그런 다음 낮 쪽으로 다시 불어 사이클이 다시 시작됩니다.

연구팀은 행성의 물 순환이 초당 최대 5km, 즉 시속 11,000마일 이상의 속도로 행성 주변의 원자를 휘젓는 바람에 의해 유지된다고 계산합니다.

또한 지구 주위를 순환하는 데 물만 있는 것은 아닌 것으로 보입니다. 천문학자들은 밤 쪽이 루비와 사파이어를 구성하는 광물인 철과 강옥으로 이루어진 이국적인 구름을 수용할 만큼 충분히 추운 것을 발견했습니다. 수증기처럼 이 구름은 고온으로 인해 금속이 가스 형태로 기화되는 낮 쪽으로 휘몰아칠 수 있습니다. 도중에 커런덤 구름에서 액체 보석과 같은 이국적인 비가 생성될 수도 있습니다.

Mikal-Evans는 "이번 관찰을 통해 우리는 실제로 외계 행성의 기상학에 대한 전체적인 시각을 얻게 되었습니다."라고 말합니다.

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

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

분광학 연구를 통해 과학자들은 많은 외계 행성의 낮 측면에서 대기의 세부 사항을 관찰했습니다. 그러나 밤에 동일한 작업을 수행하는 것은 별을 돌면서 행성의 전체 스펙트럼에서 작은 변화를 관찰해야 하기 때문에 훨씬 더 까다롭습니다.

새로운 연구에서 팀은 2018년과 2019년에 각각 두 개의 전체 궤도에 걸쳐 WASP-121b를 관찰했습니다. 두 관측 모두에서 연구원들은 빛 데이터를 통해 존재를 나타내는 특정 선 또는 스펙트럼 특징을 조사했습니다. 수증기의.