Nya rön om vattnet i Jupiters atmosfär

 

Bild https://www.caltech.edu/ En illustration av Jupiters atmosfär på varierande djup. Djupare under molnlagret ökar vattenkoncentration. Bildkälla: H. Ge

Caltech-forskare (California Institute of Technology)har utvecklat en ny datasimulering av den hydrologiska cykeln på Jupiter, som visar modellerar av hur vattenånga kondenseras till moln och faller som regn i planetens virvlande, turbulenta atmosfär. Studier visar att Jupiters vatten inte är jämnt fördelat vilket ger uppdrag som NASA:s Juno (som svävat runt Jupiter sedan 2016) viktig vägledning om var man ska leta efter vatten i planetens atmosfär.

Jupiter ansågs vara den första planeten i vårt solsystem som bildades och dess massiva gravitations inflytande formade omloppsarkitekturen för jorden och de andra planeterna i solsystemet. Att förstå hur mycket vatten Jupiter har, och var man ska leta efter det, ger ledtrådar till hur vatten kom till jorden vilket fortfarande är en öppen fråga inom planetvetenskapen.

Jupiters virvlande utseende är ett resultat av dess atmosfäriska dynamik som är visuellt vacker men gör det svårt att bestämma överflödet av kemin här var vatten finns och vilka  metaller som finns och var. Under  Galileo-uppdraget upptäcktes först vatten på Jupiter nära dess ekvator på 1990-talet, men det förblev osäkert om det vattnet var jämnt fördelat över planeten. Den nya modellen tar hänsyn till Jupiters snabba rotation ett helt varv, eller en dag, på Jupiter tar en dag cirka 10 jordtimmar. Denna snabba rotation orsakar de turbulenta ränderna som syns på Jupiters atmosfär. Den nya modellen föreslår att denna turbulens på de subtropiska och mellersta breddgraderna leder till regn som drar med sig vatten djupare under molnlagret, vilket gör planetens lägre atmosfär fuktigare tiotals kilometer under molnen.

Jupiter skiljer sig från jorden på många sätt, så att modellera dess atmosfäriska dynamik  och sedan jämföra dessa modeller med observationer leder till en bättre förståelse av ett brett spektrum av planeter i ett bredare perspektiv. Härnäst planerar teamet att skapa en mer global modell som expanderar bortom mellanbreddgraderna. I idealfallet kan teorin tillämpas på andra gasjättar som Uranus och Neptunus som också har ojämna fördelningar av kemiska ämnen här mer som metan snarare än vatten.

Forskningen beskrivs i en artikel som publicerats i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences den 29 september . Studiens huvudförfattare är Huazhi Ge, postdoktor  professor emeritus i Andrew P. Ingersolls grupp. California Institute of Technology

Exoplaneten CT Cha b runt vilken en måne nu bildas

 

Bild https://science.nasa.gov/ Konstnärs avbildning av en skiva bestående av stoft och gas som omger den unga exoplaneten, CT Cha b, 625 ljusår från jorden. Spektroskopiska data från NASA:s James Webb Space Telescope tyder på att skivan innehåller råmaterialet till månbildning: diacetylen, vätecyanid, propen, acetylen, etan, koldioxid och bensen. Planeten syns längst ner till höger, medan dess sol med dess  omgivande cirkumstellära skiva syns i bakgrunden. Illustration: NASA, ESA, CSA, STScI, Gabriele Cugno (University of Zu00fcrich, NCCR PlanetS), Sierra Grant (Carnegie Institution for Science), Joseph Olmsted (STScI), Leah Hustak (STScI)

NASA:s James Webb Space Telescope har gjort de första direkta mätningarna av de kemiska och fysikaliska egenskaperna hos en potentiellt månbildande skiva som omger en stor exoplanet. Den kolrika skivan omger exoplanet CT Cha b, finns 625 ljusår från jorden där möjligen en eller flera månar nu uppkommer även om inga månar upptäckts i Webbs data.

Den unga stjärnan som planeten kretsar kring är  2 miljoner år gammal och samlar fortfarande på sig cirkumstellärt material. Den cirkumplanetära skivan som upptäcktes av Webb är dock inte en del av den större ackretionsskivan runt den centrala stjärnan.

De två objekten ligger 46 miljarder kilometer från varandra.  Infraröd observation av CT Cha b gjordes med Webbs MIRI (Mid-Infrared Instrument) med hjälp av dess medelupplösta spektrograf. En första titt i Webbs insamlade arkivdata avslöjade tecken på molekyler i den cirkumplanetära skivan vilket motiverade en djupare sökning i den insamlade datan.  

En cirkumplanetär skiva har länge antagits vara där  Jupiters fyra stora månar bildades. Dessa galileiska satelliter måste ha kondenserats ut ur en sådan tillplattad skiva för miljarder år sedan vilket framgår av deras gemensamma omloppsbanor runt Jupiter. De två yttersta månarna Ganymedes och Callisto, består till 50 % av vattenis. Men de har förmodligen steniga kärnor troligast bestående av kol eller kisel.

– Vi vill lära oss mer om hur vårt solsystem bildade månar beskriver Gabriele Cugno vid University of Zürich. (Vår måne är däremot troligast resultatet av en katastrof i det förgångna i form av en kollision mellan jorden och en annan planet den så kallade Theiateorin min anmärkning)

Resultatet av studien publiceras nyligen i TheAstrophysical Journal Letters. 

 Medverkande i studien var Gabriele Cugno (University of Zürich, NCCR PlanetS), Sierra Grant (Carnegie Institution for Science), Joseph Olmsted (STScI), Leah Hustak (STScI)

Norrsken på en ensamvandrande exoplanet därute

 

Bild https://www.tcd.ie/ en konstnärs tolkning av exoplaneten SIMP-0136 (upphovsman  Dr Evert Nasedkin).

Ett team av astronomer från Trinity College i Dublin, använde NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope för att ta en närmare titt på vädret på en ensamvandrande planet den bruna dvärgen SIMP-0136 som finns i den södra delen av stjärnbilden Fiskarna. Den tillhör inte något solsystem utan svävar fritt i Vintergatan.

Känsligheten hos instrumenten på Webbteleskopet gjorde det möjligt för teamet att se små förändringar i planetens ljusstyrka när den roterade vilket  möjliggjorde att upptäcka förändringar i temperatur, molntäcke och kemi.

Överraskande nog belyste dessa observationer också SIMP-0136:s starka norrskensaktivitet som liknar norrskenet här på jorden eller det kraftfulla norrskenet på Jupiter som värmer upp dess övre atmosfär. Men vad som är norrskenets källa på den bruna dvärgen är ännu en gåta)

"Det här är några av de mest exakta mätningarna av atmosfären hos något  objekt hittills  (som inte svävar om en stjärna) och första gången som förändringar i atmosfärens egenskaper", beskriver Dr Evert Nasedkin, från Kanada, som är postdoktor vid Trinity's School of Physics, och huvudförfattare till forskningsartikeln som  publicerats i den internationella tidskriften, Astronomy & Astrophysics. 

Forskningen genomfördes som en del av Webbs General Observer Program 3548. Det stöddes av ett Royal Society – Research Ireland University Research Fellowship.

 Med över 1 500 °C får SIMP-0136 jordens sommarens värmebölja att verka mild", beskriver. Nasedkin  – De precisa observationer vi gjorde innebar att vi kunde registrera temperaturförändringar som var mindre än 5 °C på ett korrekt sätt. Dessa temperaturförändringar var relaterade till subtila förändringar i den kemiska sammansättningen av denna fritt flytande planet vilket tyder på stormar här som är liknande de i Jupiters stora röda fläck.

Ett märkligt objekt som astronomer upptäckte av en slump 2020 och som kallas "The Accident".

 

Bild https://www.nasa.gov/ I grafiken ovan visas hur bruna dvärgar kan vara mycket mer massiva än stora gasplaneter som Jupiter och Saturnus. Men saknar den storlek i massa som sätter igång kärnfusionen i kärnan och får stjärnan att lysa och kallas stjärna. NASA/JPL-Caltech

Varför har kisel, ett av de vanligaste grundämnena i universum blivit i stort sett oupptäckt i atmosfärerna hos Jupiter, Saturnus och gasplaneter som kretsar kring andra stjärnor? En ny studie med observationer från NASA:s James Webb Space Telescope kastar ljus över denna fråga genom att fokusera på ett märkligt objekt som astronomer upptäckte av en slump 2020 och som kallas "The Accident". En brun dvärg så ljussvag och märklig att forskarna ville använda webbteleskopet för att studera dess atmosfär. Bland flera överraskningar hittade de bevis på en molekyl som de först inte kunde identifiera. Det visade sig senare vara en enkel kiselmolekyl en så kallad silan (SiH4). Forskare har länge förväntat sig att finna silan men inte lyckats inte bara i vårt solsystems gasjättar utan också i de tusentals atmosfärer som tillhör bruna dvärgar och de gasjättar som kretsar kring andra stjärnor. The Accident är det första objekt där denna molekyl har identifierats.

Forskare är ganska säkra på att kisel finns i Jupiters och Saturnus atmosfärer men att det är dolt. Kisel är bundet till syre och bildar oxider som kvarts vilket kan skapa moln på heta gasjättar som kan liknas vid sandstormar på jorden. På svalare gasjättar som Jupiter och Saturnus skulle dessa typer av moln sjunka långt under lättare lager av vattenånga och ammoniakmoln, tills alla kiselhaltiga molekyler finns djupt inne i atmosfären och blir osynliga till och med för rymdfarkoster som studerar de två planeterna på nära håll.

Vissa forskare har också föreslagit att lättare molekyler av kisel, som silan, borde finnas högre upp i dessa atmosfäriska lager. Att sådana molekyler inte har hittats någon annanstans än i en enda märklig brun dvärg säger något om den kemi som förekommer i dessa miljöer.

"Ibland är det de extrema objekten som hjälper oss att förstå vad som händer i de genomsnittliga", beskriver Faherty, forskare vid American Museum of Natural History i New York City huvudförfattaren till studien.

The Accident finns cirka 50 ljusår från jorden och bildades troligen för 10 till 12 miljarder år sedan vilket gör den till en av de äldsta bruna dvärgarna som någonsin upptäckts. Universum är cirka 14 miljarder år gammalt och vid den tidpunkt då The Accident  utvecklades innehöll kosmos mestadels väte och helium med spår av andra grundämnen  inklusive kisel. Under eoner har grundämnen som kol, kväve och syre bildats i stjärnornas kärnor, så planeter och stjärnor som bildades senare har fler slag av grundämnen.

Webbs observationer av The Accident bekräftar att silan kan bildas i bruna dvärgar atmosfär och troligast i andra planeters atmosfärer. Det faktum att silan verkar saknas i tidigare undersökta  bruna dvärgar och gasjätteplaneter tyder på att när syre är tillgängligt, binder det till kisel i en så hög hastighet och så lätt att praktiskt taget inget kisel blir över för att binda till väte och bilda silan.

Så varför silan finns i The Accident anser studieförfattarna beror på att mycket mindre syre fanns i universum när denna  bruna dvärg bildades vilket resulterade i mindre syre i dess atmosfär som skulle kunna sluka allt kisel. Det tillgängliga kislet har här istället bundits med väte vilket resulterat i silan.

Studien publicerades itidskriften Nature 

Sagittarius B2 vintergatans största molekylmoln där stjärnor blir till.

 

Stjärnor, gas och kosmiskt stoft i  molekylmolnet Sagittarius B2 lyser i kortvågigt infrarött ljus, fångat av Webbs instrument NIRCam. De mörkaste områdena i bilden är inte tom rymd utan är områden där stjärnor fortfarande bildas inuti så täta moln att det blockerar ljus.

Bild: https://science.nasa.gov/  NASA, ESA, CSA, STScI, Adam Ginsburg (University of Florida), Nazar Budaiev (University of Florida), Taehwa Yoo (University of Florida); Bildbehandling: Alyssa Pagan (STScI)

Sagittarius B2 finns några hundra ljusår från det supermassiva svarta hålet i centrum av vintergatan som kallas Sagittarius A*. Centrala Vintergatan är tätt packat med stjärnor, stjärnbildande moln och komplexa magnetfält. Det infrarödsökande teleskopet som Webb arbetar med upptäckte att i områdets tjocka moln  finns unga stjärnor och varmt stoft omkring dessa.

En av de mest anmärkningsvärda aspekterna i Webbs bilder av Sagittarius B2 är de delar som ses som mörka. Dessa till synes tomma områden i rymden är inte tomma utan så täta med gas och damm att inte ens Webbteleskopet kan se genom detta. Dessa tjocka moln är råmaterialet för framtida stjärnor och en kokong med de som fortfarande är för nya för att lysa.

Den höga upplösningen och känsligheten för mellaninfrarött ljus hos Webbs MIRI (Mid-Infrared Instrument) arbetar med, var det instrument som avslöjade detta område i aldrig tidigare skådad detalj och visade även glödande kosmiskt stoft som värms upp av mycket unga massiva stjärnor. Det rödaste området på den högra halvan av MIRI:s bild är känt som Sagittarius B2 North och är ett av de mest molekylärt rika områden vi känner till och som astronomer aldrig tidigare sett så tydligt som i Webbs bilder. (Obs: Nord är till höger i dessa webbteleskopbilder.)

Dolda av Venus finns okända asteroider som kan hota jorden.

 

Bild wikipedia på Venus i naturliga färg.

I en internationell studie under ledning av forskare vid São Paulo State University (UNESP) i Brasilien har identifierats ett föga känt men potentiellt betydande hot mot jorden. Asteroider som delar Venus omloppsbana och som helt kan undkomma nuvarande observationsmöjligheter på grund av sin position i skyn (dolda bakom Venus eller solens bländande sken). Dessa objekt skulle kunna slå ner på jorden och ödelägga stora städer.

De så kallade "Venusianska asteroiderna i omloppsbana runt Venus" kretsar runt solen snarare än planeten, men de delar samma omloppsområde och har liknande bana. – De här objekten går in i 1:1-resonans med Venus, vilket innebär att de fullbordar ett varv runt solen samtidigt som planeten, beskriver forskarna.

Till skillnad från Jupiter-trojaner, som tenderar att vara mer stabila i sina banor är de Venusianska som hittills är kända mycket excentriska och instabila. De växlar mellan olika omloppsbanor i cykler som i genomsnitt varar i cirka 12 000 år. Dessa övergångar innebär att samma objekt kan befinna sig i en säker konfiguration nära Venus i ena stunden och passera nära jorden i en annan.

 "Under dessa övergångsfaser kan asteroiderna komma extremt nära jordens omloppsbana och potentiellt korsa den", beskriver Valerio Carruba professor vid UNESP School of Engineering vid Guaratinguetá campus (FEG-UNESP) och huvudförfattare till studien.

Den nuvarande katalogiseringen listar endast 20 Venusianska asteroider i omloppsbana och alla utom en har en excentricitet större än 0,38. Detta innebär att deras omloppsbanor tar dem till områden på himlen längre bort från solen, där de lättare kan upptäckas av markbaserade observatorier. Datormodeller visar dock att det bör finnas en mycket större population av asteroider med lägre excentriciteter som är praktiskt taget osynliga från jorden.

– Vår studie visar att det finns en population av potentiellt farliga asteroider som vi inte kan upptäcka med dagens teleskop. Dessa objekt kretsar runt solen, men är inte en del av asteroidbältet mellan Mars och Jupiter. Istället finns de mycket närmare oss i resonans med Venus. Men de är så svåra att observera att de förblir osynliga och kan utgöra en risk för kollision med vår planet i framtiden, beskriver Carruba.  

En artikel om studien publicerades av Carruba med kollegor i tidskriften Astronomy & Astrophysics. Arbetet kombinerade analytisk modellering och långsiktiga numeriska simuleringar för att spåra dynamiken hos dessa objekt och bedöma deras potential att komma farligt nära jorden.  

Hubbleteleskopet upptäcker nya detaljer i galaxen Messier 82 (M82)

 

Bilden https://science.nasa.gov/ är tagen av NASA/ESA:s rymdteleskop Hubble och visar den centrala delen av spiralgalaxen Messier 82. ESA/Hubble och NASA, W. D. Vacca

På bilden visas nya detaljer som Hubbleteleskopet nyligen tagit av Messier 82 (M82) vilken finns 12 miljoner ljusår bort i stjärnbilden Stora björn (stora karlavagnen). Här ses ljusstarka stjärnor skuggade av skulpturala moln bestående av klumpar och strimmor av stoft och gas. 

Galaxen  är packad med stjärnor. Här bildas nya stjärnor 10 gånger snabbare än vad som sker i Vintergatan. Den intensiva stjärnbildningen i galaxen gav och ger upphov till mycket stora stjärnsamlingar i galaxens centrala del. Var och en av dessa superstjärnhopar innehåller hundratusentals stjärnor och är mycket ljusstarkare än en typisk stjärnhop. Forskarna som använde Hubbleteleskopet kunde ringa in dessa massiva hopar och avslöja hur de bildas och utvecklas.

Hubbles tidigare bilder av galaxen har tagits i ultraviolett och synligt ljus 2012 och i nära-infrarött och synligt ljus 2006. NASA:s Chandra X-ray Observatory och Spitzer Space Telescope har också avbildat galaxen. Genom att kombinera data från det synliga och det nära infraröda ljuset som tagits på galaxen av Hubbleteleskopet, med Chandras röntgenteleskop och Spitzerteleskopets djupare infraröda bilder av galaxen får man en detaljerad bild av galaxens stjärnor, tillsammans med det stoff och den gas som stjärnorna bildas ur.

På senare tid har NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope även vänts mot galaxen och producerat infraröda bilder 2024 och 2025. Dessa bilder av ljus vid olika våglängder ger oss en mer exakt och komplett bild av galaxen så vi bättre kan förstå dess omgivning. Vart och ett av dessa NASA-observatorier ger unik och kompletterande information om processerna som sker i galaxen.

Att kombinera teleskops data ger data som ökar vår förståelse på ett sätt som inget enskilt teleskop skulle kunna åstadkomma på egen hand. Bilden ovan visar något som inte setts i tidigare släppta Hubble-bilder av galaxen.