(An artist’s impression of the hot Jupiter WASP-43b closely orbiting its parent star. The planet’s tight orbit resulted in its rotation period becoming synchronized with the orbital period, both amounting to 19.5 hours. As a result, WASP-43b always faces the star with the same hemisphere permanently engulfed in daylight with temperatures reaching 1250°C. The nightside facing away from the star is covered by clouds made of condensed mineral droplets at temperatures around 600°C. Credit: T. Müller (MPIA/HdA))
(Using the James Webb Space Telescope (JWST), the JTEC-ERS team observed the WASP-43 system continuously for 27 hours to observe the entire orbit of the hot, Jupiter-sized exoplanet WASP-43b. As the planet orbits its host star, different faces of the planet are pointed towards the telescope (shown in the top panel). As a result, they measured different temperatures depending on the proportions of the hot dayside and the cold nightside that faced the observer. Using JWST’s MIRI instrument, the team measured the temperature across the planet’s surface by applying the phase curve observing method, with MIRI working like a gigantic contactless infrared thermometer. Because the planet orbits so closely to its host star, its dayside is a scorching 1250°C and winds on the planet transport some of that heat to the relatively cool nightside, which is still a fiery 600°C. Credit: Nature Astronomy (2024). DOI: 10.1038/s41550-024-02230-x)
(This image illustrates how a star illuminates and heats the dayside of a tidally locked planet orbiting in bound rotation. Similar to how we see Venus in the solar system, such a planet shows different fractions of its day and night sides, the phases, during an orbit. In observing WASP-43b, astronomers tracked the planet’s signal as a function of the degree of illumination, thereby obtaining data of the entire planet. Credit: ESA)
제임스 웹 우주 망원경이 뜨거운 목성형 외계 행성인 WASP-43b의 정확한 표면 온도를 측정했습니다. 10년 전 허블 우주 망원경이 상당한 양의 물의 존재를 확인한 이 외계 행성은 별에 너무 가까이 있어 낮인 지역은 영원히 낮이고 밤인 지역은 영원히 밤인 행성입니다.
이는 지구 - 달처럼 가까이 있는 천체에서 흔히 볼 수 있는 조석 고정 현상입니다. 하지만 공전 주기가 한달에 가까운 달과 달리 WASP-43b의 공전 주기는 19.5시간에 불과합니다. 행성의 공전 궤도 역시 별의 지름의 두 배에 불과해 거의 인공 위성 같은 느낌입니다.
나사의 에임즈 연구소의 테일러 벨 (Taylor J. Bell)이 이끄는 국제 천문학자팀은 제임스 웹 우주 망원경을 이용해 지구에서 280광년 떨어져 있는 WASP-43b를 27시간 동안 관측했습니다. 제임스 웹 우주 망원경의 중적외선 카메라인 MIRI를 거대한 비접촉식 온도계처럼 사용해 낮인 부분과 밤인 부분의 온도를 관측한 결과 각각 섭씨 1650도와 섭씨 600도라는 결과를 얻었습니다.
빛을 받지 못하는 밤인 부분도 상당히 뜨거운 이유는 대기의 순환 때문입니다. 목성의 폭풍도 산들바람처럼 여겨질 정도인 시속 9000km의 바람이 낮인 지역에서 밤인 지역으로 열을 전달합니다. 하지만 기본적으로 온도차이가 크기 때문에 밤인 지역에서는 두꺼운 구름이 형성되는 것으로 보입니다. 이는 밤인 지역의 적외선 방출이 예측보다 적은 이유를 설명할 수 있는 가장 유력한 가설입니다.
다만 이 구름은 지구처럼 수증기의 구름이나 목성처럼 암모니아의 구름이 아니라 이보다 훨씬 높은 온도에서 응결되는 원소일 것으로 추정됩니다. 이 가운데는 금속 성분도 있을 수 있습니다. 하지만 제임스 웹 우주 망원경의 높은 분해능으로도 284광년이나 떨어진 행성 구름 성분을 확인하지는 못했습니다. 물론 과학자들은 앞으로 계속해서 구름과 대기의 구성 성분을 알아내기 위해 노력할 것입니다.
외계 행성의 대기를 조사하기 위한 제임스 웹 망원경의 도전은 현재 진행형입니다. 앞으로 어떤 흥미로운 결과가 나올지 기대됩니다.
참고
https://phys.org/news/2024-04-clouds-blanket-night-side-hot.html
Taylor J. Bell et al, Nightside clouds and disequilibrium chemistry on the hot Jupiter WASP-43b, Nature Astronomy (2024). DOI: 10.1038/s41550-024-02230-x
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