NASA의 차세대 전망대 인 2021 년 제임스 웹 우주 망원경 (JWST), 우주로 이동합니다. 일단 작동하면이 주력 임무는 다른 우주 망원경이있는 곳에서 허블, 케플러, 스피처 – 중단했다. 이것은 가장 큰 우주의 신비를 조사하는 것 외에도 잠재적으로 거주 가능한 외계 행성을 찾고 대기의 특성을 분석하려고 시도한다는 것을 의미합니다.
이것은 JWST를 이전 모델과 차별화시키는 요소 중 일부입니다. 높은 감도와 적외선 이미징 기능 사이에서 전례없는 외계 행성의 데이터를 수집 할 수 있습니다. 그러나 최근 NASA가 지원 한 연구에서 알 수 있듯이 밀도가 높은 행성은 광범위한 구름 덮개를 가지고있을 수 있으며, 이로 인해 가장 중요한 데이터를 수집하려는 시도가 복잡해질 수 있습니다.
수 천 년간 천문학 자들은 Transit Photometry (일명 Transit Method)를 사용하여 멀리 떨어진 별의 밝기를 모니터링하여 외계 행성을 탐지했습니다. 이 방법은 또한 일부 행성의 대기 조성을 결정하는 데 유용한 것으로 입증되었습니다. 이 물체들이 별들 앞에서 통과 할 때, 빛은 대기를 통과하며, 스펙트럼은 어떤 화학 원소가 있는지 분석하기 위해 분석됩니다.
지금까지이 방법은 먼 거리에서 태양을 선회하는 거대한 행성 (가스 자이언트 및 "슈퍼 목성")을 관찰 할 때 유용했습니다. 그러나 태양에 가까운 궤도에있는 더 작고 바위가 많은 행성 (예 :“지구와 비슷한”)을 관찰하는 것은 별의 거주 가능 지역 내에 놓을 수있는 우주 망원경의 능력을 넘어 섰습니다.
이러한 이유로 천문학 커뮤니티는 JWST와 같은 차세대 망원경을 사용할 수있는 날을 고대하고 있습니다. 과학자들은 바위 같은 행성의 대기 (투과 분광법으로 알려진 방법)를 통과하는 빛의 스펙트럼을 조사함으로써 산소 가스, 이산화탄소, 메탄 및 생명과 관련된 다른 징후 (일명“생체 학적 시그니처”)의 지표를 찾을 수 있습니다. ”).
생명체의 또 다른 중요한 요소는 물이기 때문에 지구 대기권에서 수증기의 서명은 향후 조사의 주요 대상입니다. 그러나 시카고 대학교의 지구 물리학과와 박사후 연구원 인 Thaddeus Komacek가 이끄는 새로운 연구에서 풍부한 지표수를 가진 행성은 대기 중에 풍부한 구름 (응결 얼음 입자)을 가질 가능성이있다 .
이 연구를 위해 Komacek과 그의 동료들은이 구름이 지구 외계 행성의 대기에서 수증기를 탐지하려는 시도를 방해하는지 여부를 조사했다. 최근 몇 년 동안 Proxima b와 같이 M 형 (빨간색 왜성) 별의 거주 가능 지역에서 발견 된 암석 외계 행성의 수가 많기 때문에 인접한 적색 왜성들이 미래 조사의 주요 초점이 될 것입니다.
코맥이 이메일을 통해 스페이스 매거진에 설명했듯이, 적색 왜성 궤도를 도는 궤도에 잠긴 행성들은 투과 분광법과 관련된 연구에 적합하며 여러 가지 이유가 있습니다.
“지구 크기에 대한 행성의 크기의 비율이 더 크기 때문에, 붉은 왜성 별을 도는 이동하는 행성은 태양 같은 별을 도는 것보다 더 유리한 목표입니다. 전송되는 신호의 크기는 행성 크기와 별 크기의 비율의 제곱으로 크기가 조정되므로 신호가 지구보다 작은별로가는 신호가 크게 증가합니다.
“붉은 왜성에 공전하는 행성이 관측하기에 더 유리한 또 다른 이유는 '거주 가능한 구역'또는 지구 표면에 액체 물이있을 것으로 예상되는 곳이 별에 훨씬 더 가깝기 때문입니다… 더 가까운 궤도, 붉은 왜성 별을 도는 거주 가능한 암석 행성은 별을 훨씬 자주 통과하여 관측자가 많은 반복 관측을 할 수 있습니다.“
이를 염두에두고 Komacek과 그의 팀은 두 가지 모델을 결합하여 M 형 별 주위에 단단하게 잠긴 행성의 합성 투과 스펙트럼을 생성했습니다. 첫 번째는 지구의 기후를 시뮬레이션하는 데 사용되는 CESM (Community Earth System Model) 인 콜로라도 대학교 대기 및 우주 물리 연구소 (LASP)의 Eric Wolf 박사가 개발 한 ExoCAM으로 지구의 기후를 시뮬레이션하는 데 사용되었습니다.
그들은 ExoCAM 모델을 사용하여 붉은 왜성 주위를 공전하는 바위 같은 행성의 기후를 시뮬레이션했습니다. 둘째, 그들은 NASA의 고다드 우주 비행 센터 (Godard Space Flight Center)가 개발 한 행성 스펙트럼 생성기를 사용하여 JWST가 시뮬레이션 행성에서 감지 할 수있는 투과 스펙트럼을 시뮬레이션했습니다. Komacek이 설명했듯이 :
“이 ExoCAM 시뮬레이션은 온도, 수증기 혼합 비율 및 액체 및 얼음 물 구름 입자의 3 차원 분포를 계산했습니다. 우리는 적색 왜성 주위를 공전하는 행성이 지구보다 훨씬 더 구름이라는 것을 발견했습니다. 하루 종일 지구의 열대와 비슷한 기후를 가지고 있기 때문에 수증기가 저기압으로 쉽게 올라가서 지구의 많은 날을 덮고있는 구름을 형성하고 응축 할 수 있습니다.
“PSG는 불확실성과 함께 파장의 함수로서 전송되는 행성의 겉보기 크기에 대한 결과를 제공했습니다. 신호의 크기가 파장에 따라 어떻게 변하는 지 살펴보면 수증기 특징의 크기를 결정하고이를 불확실성 수준과 비교할 수있었습니다.”
이 두 모델 사이에서 팀은 구름 덮개가 있거나없는 행성과 JWST가 결과적으로 감지 할 수있는 행성을 시뮬레이션 할 수있었습니다. 전자의 경우, 그들은 외계 행성 대기의 수증기가 거의 확실하게 감지 될 수 있음을 발견했다. 그들은 또한 단지 10 개 이하의 환승에서 지구 크기의 외계 행성에 대해 이것이 가능하다는 것을 발견했다.
Komacek은“우리가 구름의 영향을 포함 시키면 JWST가 수증기를 감지하기 위해 관찰해야하는 통과 횟수가 10에서 100 배로 증가했다”고 말했다. "JWST의 공칭 임무 수명은 5 년이며 전송 관측은 행성이 우리와 호스트 스타 사이를 통과 할 때만 취할 수 있기 때문에 주어진 행성에서 JWST가 관측 할 수있는 통과 횟수에는 자연적인 제한이 있습니다."
그들은 또한 구름 덮개의 영향이 특히 붉은 왜성 주위에서 느리게 회전하는 행성에서 강하다는 것을 발견했습니다. 기본적으로 궤도 기간이 약 12 일보다 긴 행성은 낮에 더 많은 구름이 형성됩니다. Komacek은“우리는 TRAPPIST-1 (가장 유리한 목표)과 같은 별을 공전하는 행성의 경우 JWST가 수증기를 탐지하기에 충분한 통과를 관측 할 수 없다는 것을 발견했습니다.
이 결과는 다른 연구자들이 지적한 것과 유사하다. 작년에 NASA Goddard의 연구원들이 주도한 연구에 따르면 구름 덮개가 어떻게 TRAPPIST-1 행성의 대기에서 수증기를 감지 할 수 없게 만들 었는지를 보여줍니다. 이달 초 NASA Goddard가 지원하는 다른 연구에 따르면 구름이 수증기의 진폭을 JWST가 배경 소음으로 제거 할 수있는 수준으로 낮추는 방법이 밝혀졌습니다.
그러나 이것이 나쁜 소식이라고 생각하기 전에이 연구는 이러한 한계를 극복 할 수있는 방법에 대한 몇 가지 제안을 제시합니다. 예를 들어, 임무 시간이 중요한 요소라면 JWST 임무를 확장하여 과학자가 데이터를 수집하는 데 더 많은 시간을 할애 할 수 있습니다. 이미 NASA는 우주 망원경이 10 년 동안 운영되기를 희망하므로 이미 임무 확장이 가능합니다.
동시에, 검출을위한 더 낮은 신호 대 잡음 임계 값은 더 많은 신호가 스펙트럼에서 선택 될 수있게한다 (이것은 더 많은 오 탐지 (false positive)를 의미 할지라도). 또한 Komacek과 그의 동료들은이 결과가 외계 행성의 구름 갑판 아래에있는 지형지 물에만 적용된다고 지적했다.
“수증기가 대부분 수구 수위 아래에 갇혀 있기 때문에 적색 왜성 별을 공전하는 행성의 강력한 구름 범위는 수질을 탐지하기가 매우 어려워집니다. 중요한 점은 JWST가 여전히 12여 개의 운송 소에서 이산화탄소 및 메탄과 같은 주요 대기 성분의 존재를 제한 할 수있을 것으로 예상됩니다.”
다시 한번, 이러한 결과는 이전 연구에 의해 뒷받침됩니다. 작년 워싱턴 대학의 연구에 따르면 TRAPPIST-1 행성의 탐지 가능성과 특성을 조사한 결과 구름이 산소와 오존 특징의 탐지 가능성에 크게 영향을 미치지 않을 것으로 나타났습니다. 삶의 존재.
따라서 실제로 JWST는 최소한 짙은 구름 덮개가 관련된 외계 대기에서 수증기를 감지하는 데 어려움을 겪을 수 있습니다. 다른 생체 서명의 경우 JWST는 구름, 구름 또는 구름을 감지하는 데 어려움이 없어야합니다. NASA의 가장 강력하고 정교한 우주 망원경 인 Webb은 지금까지 큰 것들을 기대합니다. 그리고 내년에 모두 시작됩니다!
