5 Minutės
Webbas aptikė metano dujas virš Makemake
Tarptautinė komanda, vadovaujama Southwest Research Institute (SwRI), panaudojo James Webb kosminį teleskopą (JWST) ir aptiko metano dujas virš tolimosios nykštukinės planetos Makemake. Šis atradimas daro Makemake antruoju transneptūninio objekto pavyzdžiu po Plutono, kuriame spektriškai identifikuotos dujos. Radinys rodo aktyvias lakiųjų medžiagų (volatilų) procesų apraiškas šiame apledėjusiame kūne Saulės sistemos pakraštyje ir kelia naujų klausimų apie ledų paviršiaus ir plonų atmosferų sąveiką mažų, šaltų kūnų aplinkoje.
SwRI vadovaujama grupė panaudojo Webbo teleskopo stebėjimus (balta) metano dujoms aptikti tolimame nykštukiniame objekte Makemake. Aštrūs emisijos pikiniai ties maždaug 3,3 mikrono atsiskleidžia kaip metano dujos dujinėje fazėje virš Makemake paviršiaus. Palyginimui ant vaizdo uždėtas kontinuumo modelis (ciano spalvos); dujų emisijos pikas nustatomi ten, kur obseruotas spektras kyla virš to kontinuumo. Fone parodytas meninis Makemake paviršiaus atvaizdas.
Observacijos ir spektriniai įrodymai
Metano signalas ištrauktas iš JWST infraraudonųjų spindulių spektrų kaip aštrūs emisijos požymiai ties maždaug 3,3 mikrono — bangų ilgiu, kuriame metano molekulės fluorescuoja po saulės spindulių absorbcijos. Tyrėjai šiuos požymius identifikuoja kaip saulės sužadintą fluorescenciją: saulės šviesa sužadina metano molekules, kurios vėliau išskiria energiją charakteringais infraraudonaisiais bangų ilgiais. Norėdami atskirti emisijos pikinus nuo atspindžio kontinuumo, mokslininkai palygino stebėtą spektrą su kontinuumo modeliu ir nustatė statistiškai reikšmingus pakilimus virš šios bazės linijos.
JWST jautrumas vidutinio infraraudonio spektre ir stabilus spektroskopinis našumas leido aptikti signalą, tačiau esami duomenys ribojami spektrine raiška ir foniniu triukšmu. Šios ribos reiškia, kad vien vien spektrai dar neatskleidžia, ar metanas egzistuoja kaip globaliai susieta atmosfera, ar yra išskiriamas lokaliais, trumpalaikiais išsiveržimais.
Mokslinis kontekstas: Makemake, lakiųjų medžiagų elgsena ir Kuiperio juosta
Makemake yra apledėjusi nykštukinė planeta, maždaug 1 430 kilometrų skersmens (apie du trečdaliai Plutono diametro), esanti Kuiperio juostoje. Jos šviesus paviršius dominuojamas sušalusio metano, todėl spektriniai metano dujų aptikimai yra ypatingai reikšmingi. Ankstesni žvaigždžių okliudavimo eksperimentai nustatė griežtas ribas storai globalinei atmosferai, tačiau paliko galimybę itin plonai atmosferai arba lokalizuotiems ventiliams.
Per pastarąjį dešimtmetį infraraudonieji stebėjimai taip pat atskleidė terminio pobūdžio anomalijas ir heterogenines metano ledo savybes Makemake paviršiuje. Šie rezultatai paskatino JWST tolimesnius stebėjimus: jei mažos sritys sušyla arba poviršiniai procesai mobilizuoja flyvalius, trumpalaikis dujų išlaisvinimas gali įvykti net tada, kai globalios atmosferos nėra.
Metano aiškinimas: atmosfera ar išsiveržimai?
Tyrėjai laiko dvi pagrindines paaiškinimo versijas, suderinamas su JWST duomenimis. Pirmoji galimybė — labai plona, paviršiaus ribojama atmosfera, kuri yra garų slėgio pusiausvyroje su paviršiniu metano ledu — scenarijus analogiškas Plutono sezoninei atmosferai, bet gerokai silpnesnis. Modelių pritaikymai tyrime rodo dujų temperatūrą apie 40 Kelvinų (apie −233 °C) ir apskaičiuotą paviršiaus slėgį maždaug 10 pikobarų: tai maždaug 100 milijardų kartų mažesnis už Žemės slėgį ir maždaug milijoną kartų mažesnis už Plutono.
Antroji reali galimybė — epizodiniai, geizerių tipo išsiveržimai, kai metanas išsiskiria lokalizuotomis bangomis. Tokiu atveju modeliavimas nurodo, kad piko išsiskyrimo greičiai galėtų siekti kelis šimtus kilogramų per sekundę — panašiai kaip Enceladuso aktyvių vandens fontanų masės srautas ir gerokai didesnis už labai silpną garavimą, anksčiau fiksuotą Cereso atveju.
Dr. Silvia Protopapa (SwRI), JWST analizės vadovė, pabrėžia, kad metano dujų aptikimas rodo: Makemake nėra visiškai inertiška liekana. Bendraautoris dr. Ian Wong (Space Telescope Science Institute) pažymi, kad aukštesnės spektrinės raiškos stebėjimai reikalingi, kad būtų galima atskirti globaliai susietą atmosferą nuo plūdurų ar išsiveržimų aktyvumo.
Pasekmės ir būsimi stebėjimai
Jei Makemake turėtų aktyvią, net ir itin ploną atmosferą, tai praplėstų išorinių Saulės sistemos kūnų, kuriuose vyksta paviršiaus–atmosferos mainai, pavyzdžių sąrašą. Patvirtinus tiek paviršiaus ribojamą atmosferą, tiek epizodinius išsiveržimus, keistis turėtų lakiųjų medžiagų transporto modeliai, Kuiperio juostos sezoninių procesų supratimas ir žinios apie tai, kaip saulės spinduliai skatina sublimaciją esant labai žemoms temperatūroms.
Tyrėjų komanda pabrėžia tolimesnių Webbo spektroskopinių stebėjimų svarbą, ypač su didesne spektrine raiška, bei papildomus stebėjimus, atliekamus skirtingų sezoninių ar sukimosi fazių metu. Papildomos technikos — pavyzdžiui, tikslingi žvaigždžių okliudavimai ir jautrūs submilimetriniai dujų paieškos metodai — galėtų padėti apriboti globalų slėgį ir erdvinį kintamumą.
Eksperto komentaras
Dr. Laura Kim, planetų mokslininkė (fiktyvi), komentuoja: "Metano dujų aptikimas virš Makemake su JWST yra kertinis Kuiperio juostos mokslo laimėjimas. Net itin plonos atmosferos gali atskleisti daug apie paviršiaus sudėtį ir energinį balansą. Tikrasis kitas žingsnis — laiko sekos spektroskopija, kad pamatytume, ar signalas kinta su sukimusi ar saulės šildymu, kas rodytų lokalizuotus šaltinius."
Išvados
JWST metano emisijos aptikimas iš Makemake pateikia pirmąjį tiesioginį spektrinį įrodymą apie dujas virš šios tolimos nykštukinės planetos. Nors esami duomenys kol kas negali nuspręsti, ar Makemake palaiko globalią, paviršiumi ribojamą atmosferą, ar patiria epizodinius geizerių tipo išsiveržimus, atradimas iškelia Makemake kaip aktyvų taikinį būsimoms stebėjimų kampanijoms. Aukštesnės raiškos JWST spektriniai duomenys, okliudavimo kampanijos ir tolesnis terminis žemėlapis bus esminiai norint suprasti lakiųjų ciklus ir mechanizmus, skatinančius dujų išsiskyrimą išorėje Saulės sistemos dalyje.
Šaltinis: scitechdaily
Komentarai