Videnskab
 Science >> Videnskab >  >> Astronomi

Observatoriet i den beboelige verden kunne se måne- og solformørkelser

En kunstners opfattelse af en exoplanet med en stor kredsende eksomåne. Kredit:University of Columbia/Helena Valenzuela Widerström

Et fremtidigt rumobservatorium kunne bruge exo-formørkelser til at drille exomoon-populationer ud.



Hvis du er ligesom os, kommer du stadig ned fra den himmelske eufori, der var sidste måneds totale solformørkelse. Synet med månen, der blokerer solen, har også givet astronomer unikke videnskabelige muligheder i fortiden, fra opdagelsen af ​​helium til bevis for generel relativitet. Nu kan formørkelser i fjerntliggende exoplanetariske systemer hjælpe i jagten på undvigende eksomåner.

En nylig undersøgelse fra University of Michigan i samarbejde med Johns Hopkins APL og Department of Physics og Kavli Institute for Astrophysics and Space Research ved Massachusetts Institute of Technology med titlen "Exomoons &Exorings with the Habitable Worlds Observatory I:On the Detection af Earth-Moon Analog Shadows &Eclipses," udsendt til arXiv preprint-server, ser ud til at bruge en fremtidig mission til at jage efter formørkelser, transit og okkultationer i fjerne systemer.

På jagt efter exomoons

"HWO vil sandsynligvis være i stand til at detektere exomoons ved hjælp af en række forskellige detektionsmetoder, i modsætning til eksisterende observatorier," fortalte Mary Anne Limbach (University of Michigan) hovedforfatter på undersøgelsen til Universe Today. "I et system, hvor vi detekterer en exomoon via en exo-formørkelse, kan vi muligvis observere andre signaturer, såsom lys fra månen inden for månens og planetens kombinerede reflekterede lysspektrum."

Det foreslåede Habitable Worlds Observatory (HWO) blev afledt af LUVOIR-B-konceptet (Large Ultraviolet Optical and Infrared Explorer). Dette blev fremhævet i Astro2020 Decadal Survey for rumbaseret astronomi. HWO ville arbejde fra sol-Earth L2 Lagrange-punktet (det nuværende hjemsted for Euclid og JWST) og lancere på enten en SLS eller Falcon Heavy engang i midten af ​​2030'erne.

HWO ville anvende et fritflyvende "stjerneskjold", der tillader det at observere exoplaneter, der kredser om stjerner direkte. Men det, der virkelig lokker iagttagere, er ideen om at se store måner kredse om nævnte planeter. Indtil videre er påstande om eksomoondetektioner som Kepler-1625b og Kepler-1708b forblevet uhåndgribelige. Hvis disse måner derimod kredser langs deres respektive ekliptiske planer, vil vi se tydelige fald i lysstyrken, når disse måner passerer ind i planetens skygge, og derefter kaste deres skygger tilbage på værtens primære.

Eclips, transits og occultations

I astronomi kalder vi dette formørkelses-transitmønster for en række gensidige begivenheder, når et legeme passerer foran et andet. I vores eget solsystem er Jupiter et godt eksempel på dette. Jorden og månen oplever lignende slags begivenheder to gange om året i de såkaldte formørkelsestider.

Typer af transit 'exo-eclipse' begivenheder. Kredit:University of Michigan.

"HWO's primære mission er at søge efter signaturer af liv på planeter, der kredser om andre stjerner. For at opnå dette bliver HWO nødt til at observere mange nærliggende stjernesystemer, nogle gange i flere dage ad gangen," siger Limbach.

"Under disse observationer vil HWO måle det reflekterede lys fra de direkte afbildede planeter i systemet. Hvis der sker en exo-formørkelse (eller transit) i løbet af denne tid, ville vi observere væsentligt mindre lys fra planeten under formørkelsen (op til ca. 30 % mindre for en jord-måne-analog, afhængigt af orbitalfasen)."

Vi har allerede en ide om, hvordan en "exo-eclipse" eller transitbegivenhed kan se ud på afstand. I 2008 genbrugte NASA Deep Impact-rumfartøjet til det, der var kendt som EPOXI (en kombination af to akronymer:Deep Impact Extended Investigation og Extrasolar Planet Observation and Characterization-missionerne). Når vi ser tilbage på Jord-måne-systemet, så EPOXI en række transitter. Disse giver forskerne en idé om, hvordan sådan en begivenhed kan se ud.

Leder efter jordanaloger

Habitable Worlds Observatory ville arbejde i det nær-infrarøde, et bånd, hvor store måner kan overstråle deres værtsverdener. Med et jord-måne analogt system forventes HWO at se 2-20 gensidige hændelser ud til 10 parsecs afstand. Større gasgiganthændelser kan muligvis detekteres med en afstand på 20 parsecs væk.

"Da flere eksomoondetektionsmetoder vil være tilgængelige for HWO, og vi forudser, at disse vil lette eksomoondetektion, kan HWO være i stand til at afsløre generel information om eksomooner som en befolkning, såsom hvor almindelige eller sjældne store måner omkring jordlignende planeter er, eller de fysiske omstændigheder, under hvilke exomoons let findes," siger Jacob Lustig-Yager (University of Washington). "Hvis HWO er i stand til at opdage mange exomoons, så kan dette åbne døren til sådanne befolkningsundersøgelser i fremtiden."

For at være sikker på, vil det være vanskeligt at opdage exomoons via de exo-formørkelser, de producerer. Dette vil repræsentere selve forkanten af, hvad selv Habitable Worlds Observatory er i stand til. Denne metode vil også skulle kæmpe med falske signaler. Disse omfatter mulige "exo-ringe" og endda vejrvariabilitet og rotation, der ændrer albedo eller overordnet lysstyrke for værtens primære.

På den positive side bemærker forskere, at yngre systemer bør producere flere gensidige begivenheder. Tænk på Jord-måne-systemet tidligt i dets historie, da månen først blev revet fra Jorden og var meget tættere på. Denne urmåne ville have stået stor på himlen og frembragt masser af formørkelser.

En population af exomoons

"Det næste aspekt, vi undersøger, er den spektroskopiske sporbarhed af 'jordlignende' måner, der kredser om gasgigantiske planeter i den beboelige zone," siger Limbach. "Mens sådanne måner ofte er blevet afbildet i populærkulturen (f.eks. Endor og Pandora), kan HWO være det første observatorium, der er i stand til at detektere og karakterisere dem, hvis de eksisterer."

I sidste ende kunne de beskrevne metoder føre til påvisning af en hel population af exomoons, hvilket giver os mulighed for med en vis autoritet at sige, hvor almindelige de er i kosmos.