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Webb da NASA mapeia o clima no planeta a 280 anos-luz de distância
Caros Leitores;
Este conceito artístico mostra como poderia ser o exoplaneta gigante de gás quente WASP-43 b.
Créditos: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)
Este conceito artístico mostra como poderia ser o exoplaneta gigante de gás quente WASP-43 b. WASP-43 b é um planeta do tamanho de Júpiter, a cerca de 280 anos-luz de distância, na constelação de Sextans. O planeta orbita a sua estrela a uma distância de cerca de 2,1 milhões de quilômetros, completando um circuito em cerca de 19,5 horas. Por estar tão perto de sua estrela, WASP-43 b provavelmente está bloqueado por maré: sua taxa de rotação e período orbital são os mesmos, de modo que um lado fica sempre voltado para a estrela.
Créditos: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)
Uma equipe internacional de pesquisadores usou com sucesso o Telescópio Espacial James Webb da NASA para mapear o clima no exoplaneta gigante de gás quente WASP-43 b.
Medições precisas de brilho em um amplo espectro de luz infravermelha média, combinadas com modelos climáticos 3D e observações anteriores de outros telescópios, sugerem a presença de nuvens altas e espessas cobrindo o lado noturno, céus claros no lado diurno e ventos equatoriais acima de 5.000 milhas. por hora misturando gases atmosféricos ao redor do planeta.
A investigação é apenas a mais recente demonstração da ciência dos exoplanetas agora possível com a extraordinária capacidade de Webb de medir variações de temperatura e detectar gases atmosféricos a triliões de quilômetros de distância.
“Júpiter Quente” bloqueado por maré
WASP-43 b é um exoplaneta do tipo “Júpiter quente”: semelhante em tamanho a Júpiter, feito principalmente de hidrogênio e hélio, e muito mais quente do que qualquer um dos planetas gigantes do nosso sistema solar. Embora a sua estrela seja mais pequena e mais fria que o Sol, WASP-43 b orbita a uma distância de apenas 2,1 milhões de quilômetros – menos de 1/25 da distância entre Mercúrio e o Sol.
Com uma órbita tão estreita, o planeta está bloqueado pelas marés , com um lado continuamente iluminado e o outro em escuridão permanente. Embora o lado noturno nunca receba qualquer radiação direta da estrela, os fortes ventos de leste transportam o calor do lado diurno.
Desde a sua descoberta em 2011, WASP-43 b foi observado com vários telescópios, incluindo o Hubble da NASA e os agora aposentados telescópios espaciais Spitzer.
“Com o Hubble , pudemos ver claramente que há vapor de água no lado diurno. Tanto o Hubble como o Spitzer sugeriram que pode haver nuvens no lado noturno”, explicou Taylor Bell, investigador do Bay Area Environmental Research Institute e principal autor de um estudo publicado hoje na Nature Astronomy . “Mas precisávamos de medições mais precisas do Webb para realmente começar a mapear a temperatura, a cobertura de nuvens, os ventos e uma composição atmosférica mais detalhada em todo o planeta.”
Mapeando a temperatura e inferindo o clima
Embora WASP-43 b seja muito pequeno, escuro e próximo de sua estrela para ser visto diretamente por um telescópio, seu curto período orbital de apenas 19,5 horas o torna ideal para espectroscopia de curva de fase, uma técnica que envolve a medição de pequenas mudanças no brilho do sistema estrela-planeta enquanto o planeta orbita a estrela.
Como a quantidade de luz infravermelha média emitida por um objeto depende em grande parte de quão quente ele é, os dados de brilho capturados por Webb podem então ser usados para calcular a temperatura do planeta.
Imagem: Exoplaneta gigante de gás quente WASP-43 b (curva de fase MIRI)
Esta curva de fase, capturada pelo espectrómetro de baixa resolução MIRI no Telescópio Espacial James Webb da NASA, mostra a mudança no brilho do sistema WASP-43 ao longo do tempo à medida que o planeta orbita a sua estrela. O sistema parece mais brilhante quando o lado diurno quente do planeta está voltado para o telescópio, pouco antes e depois de passar por trás da estrela. O sistema fica mais escuro à medida que o planeta continua suas órbitas e o lado noturno gira para aparecer. Ele brilha novamente depois de passar na frente da estrela enquanto o lado diurno volta a aparecer. WASP-43 b é um Júpiter quente a cerca de 280 anos-luz de distância, na constelação de Sextans.
Créditos: Ciência: Taylor J. Bell (BAERI); Joanna Barstow (Universidade Aberta); Michael Roman (Universidade de Leicester) Design gráfico: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)
A equipe usou o MIRI (Instrumento de Infravermelho Médio) de Webb para medir a luz do sistema WASP-43 a cada 10 segundos por mais de 24 horas. “Ao observar uma órbita inteira, fomos capazes de calcular a temperatura dos diferentes lados do planeta à medida que eles giravam até aparecerem”, explicou Bell. “A partir disso, poderíamos construir um mapa aproximado da temperatura em todo o planeta.”
As medições mostram que o lado diurno tem uma temperatura média de quase 1.250 graus Celsius (2.300 graus Fahrenheit) – quente o suficiente para forjar ferro. Enquanto isso, o lado noturno é significativamente mais frio, com 600 graus Celsius (1.100 graus Fahrenheit). Os dados também ajudam a localizar o ponto mais quente do planeta (o “ponto quente”), que está ligeiramente deslocado para leste a partir do ponto que recebe mais radiação estelar, onde a estrela está mais alta no céu do planeta. Essa mudança ocorre por causa dos ventos supersônicos, que movem o ar aquecido para o leste.
“O facto de podermos mapear a temperatura desta forma é uma verdadeira prova da sensibilidade e estabilidade de Webb”, disse Michael Roman, co-autor da Universidade de Leicester, no Reino Unido.
Para interpretar o mapa, a equipe usou modelos atmosféricos 3D complexos, como aqueles usados para entender o tempo e o clima na Terra. A análise mostra que o lado noturno está provavelmente coberto por uma camada espessa e alta de nuvens que impedem que parte da luz infravermelha escape para o espaço. Como resultado, o lado noturno – embora muito quente – parece mais escuro e frio do que seria se não houvesse nuvens.
Imagem: Exoplaneta gigante de gás quente WASP-43 b (mapas de temperatura)
Este conjunto de mapas mostra a temperatura do lado visível do exoplaneta gigante de gás quente WASP-43 b, à medida que orbita a sua estrela. O lado diurno do planeta é visível pouco antes e depois de passar por trás da estrela. As temperaturas foram calculadas com base em mais de 8.000 medições de brilho de luz infravermelha média de 5 a 12 mícrons detectadas no sistema estrela-planeta pelo MIRI (o Instrumento de Infravermelho Médio) no Telescópio Espacial James Webb da NASA. Em geral, quanto mais quente é um objeto, mais luz infravermelha média ele emite.
Créditos: Ciência: Taylor J. Bell (BAERI); Joanna Barstow (Universidade Aberta); Michael Roman (Universidade de Leicester) Design gráfico: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)
Animação: Exoplaneta gigante de gás quente WASP-43 b (mapas de temperatura)
Mapa da temperatura global do exoplaneta gigante de gás quente WASP-43 b. Este mapa foi feito com base no brilho da luz infravermelha média de 5 a 12 mícrons detectada no planeta pelo MIRI (o Instrumento de Infravermelho Médio) no Telescópio Espacial James Webb da NASA. Em geral, quanto mais quente é um objeto, mais luz infravermelha média ele emite. Embora o planeta esteja demasiado próximo da luz ofuscante da sua estrela para ser visto por si só, é possível calcular o seu brilho medindo o brilho do sistema estrela-planeta como um todo e depois subtraindo a quantidade de luz proveniente de a estrela (medida quando o planeta está atrás da estrela). Webb foi capaz de medir cada lado do planeta observando uma órbita inteira de 19,5 horas. O planeta está bloqueado pelas marés, o que significa que a sua taxa de rotação é a mesma do seu período orbital, pelo que diferentes lados rodam à medida que o planeta se move em torno da estrela. WASP-43 b tem uma temperatura média de cerca de 2.280°F (1.250°C) no lado diurno e 1.115°F (600°C) no lado noturno. O mapa de temperatura também mostra que o lado noturno provavelmente está coberto por nuvens altas e espessas. As nuvens impedem que parte da energia infravermelha escape para o espaço, fazendo com que o lado noturno pareça mais frio do que seria se não houvesse nuvens.
Thomas Müller, MPIA
Falta de metano e ventos fortes
O amplo espectro de luz infravermelha média capturada por Webb também tornou possível medir a quantidade de vapor d'água (H 2 O) e metano (CH 4 ) ao redor do planeta. “Webb nos deu a oportunidade de descobrir exatamente quais moléculas estamos vendo e colocar alguns limites nas abundâncias”, disse Joanna Barstow, coautora da Open University no Reino Unido.
Os espectros mostram sinais claros de vapor de água tanto no lado noturno como no lado diurno do planeta, fornecendo informações adicionais sobre a espessura das nuvens e a altura que se estendem na atmosfera.
Surpreendentemente, os dados também mostram uma nítida falta de metano em qualquer parte da atmosfera. Embora o lado diurno seja demasiado quente para a existência de metano (a maior parte do carbono deveria estar na forma de monóxido de carbono), o metano deveria ser estável e detectável no lado noturno mais frio.
“O facto de não vermos metano diz-nos que o WASP-43b deve ter velocidades de vento que atingem cerca de 8.000 quilómetros por hora”, explicou Barstow. “Se os ventos movem o gás do lado diurno para o noturno e vice-versa com rapidez suficiente, não há tempo suficiente para que as reações químicas esperadas produzam quantidades detectáveis de metano no lado noturno.”
A equiper pensa que, devido a esta mistura impulsionada pelo vento, a química atmosférica é a mesma em todo o planeta, o que não era aparente em trabalhos anteriores com o Hubble e o Spitzer.
A observação MIRI de WASP-43 b foi conduzida como parte dos programas Webb Early Release Science , que estão a fornecer aos investigadores um vasto conjunto de dados robustos e de acesso aberto para estudar uma vasta gama de fenómenos cósmicos. O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de ciências espaciais do mundo. Webb está resolvendo mistérios em nosso sistema solar, olhando além, para mundos distantes em torno de outras estrelas, e investigando as misteriosas estruturas e origens de nosso universo e nosso lugar nele. Webb é um programa internacional liderado pela NASA com os seus parceiros, a ESA (Agência Espacial Europeia) e a Agência Espacial Canadiana.
Transferências
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Web Science Academy; Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso (EAD) de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).
Acompanha e divulga os conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration), ESA (European Space Agency) e outras organizações científicas e tecnológicas.
Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela NASA. A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of State.
>Autor de cinco livros, que estão sendo vendidos nas livrarias Amazon, Book Mundo e outras.
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