Lava-dekkede og luftløse superjordar er de første målene for NASAs James Webb-teleskop

En superjord dekket av hav av lava og en annen eksoplanet som er fullstendig luftfri er valgt som de første målene for NASAs James Webb-teleskop.

En av planetene, kjent som 55 Cancri e, har overflatetemperaturer som når 4400 °F (2400 °C) – langt over smeltepunktet til typiske steindannende mineraler.

Dagsiden antas derfor å være dekket av lava, som også kan falle som regn avhengig av banemønsteret.

Den steinete planeten har en diameter som er nesten dobbelt så stor som Jorden og er derfor kjent som en “superjord” – noe som betyr at den er større enn planeten vår, men mindre enn Neptun.

Den går i bane mindre enn 1,5 millioner miles fra sin sollignende stjerne – en tjuefemtedel av avstanden mellom Merkur og Solen – og fullfører én krets på mindre enn 18 timer.

Teleskopet vil også observere LHS 3844 b, som går i bane rundt en stjerne som er mindre og kjøligere enn 55 Cancri e sin vertsstjerne.

Denne planeten er ikke varm nok til at overflaten blir smeltet, og den har neppe en betydelig atmosfære, noe som betyr at forskere kan analysere den faste steinen på overflaten.

James Webb-romteleskopet på 10 milliarder dollar er for tiden rundt 1 500 000 kilometer unna jorden etter at det ble skutt opp i desember 2021.

Med instrumentene på linje, venter Webb-teleskopet nå på en endelig instrumentkalibrering før det offisielt begynner å studere fjerne stjerner om noen uker.

NASA-forskere vil trene de innebygde høypresisjonsspektrografene til 55 Cancri e for å forstå dens geologi.

Dette vil gi et innblikk i det geologiske mangfoldet av planeter over hele galaksen, og utviklingen av steinete planeter som Jorden.

Planeter som kretser veldig nær stjernen deres, som 55 Cancri e, antas å være tidevannslåst og har en side vendt mot stjernen til enhver tid.

Tidevannslåsing skjer fordi begge astronomiske legemer utøver gravitasjonskraft på den andre, som er sterkere på sidene som vender mot hverandre.

Denne kraften får den kretsende kroppen til å strekke seg og forvrenges, noe som igjen bremser rotasjonen.

Til slutt blir den bremset ned til det punktet at hastigheten på planetens bane og rotasjonshastigheten stemmer overens, og den ene siden vender bare mot stjernen – akkurat som bare én side av månen noen gang vender mot jorden.

Det varmeste stedet på planeten bør være det som vender mest direkte mot stjernen, og mengden varme som kommer fra dagsiden bør ikke endre seg mye over tid.

Imidlertid observasjoner av 55 Cancri e fra NASAs Spitzer Space Telescope antyder at den varmeste regionen er forskjøvet fra den delen som vender mest direkte mot stjernen, og den totale mengden varme som oppdages fra dagsiden varierer.

En forklaring på dette fenomenet er at planeten har sin egen dynamiske atmosfære som flytter varmen rundt.

Forskere vil bruke Webbs Near-Infrared Camera (NIRCam) og Mid-Infrared Instrument (MIRI) for å fange det termiske emisjonsspekteret fra dagsiden av planeten.

Renyu Hu, fra NASAs Jet Propulsion Laboratory i California, sa: ‘55 Cancri e kan ha en tykk atmosfære dominert av oksygen eller nitrogen.

‘Hvis det har en atmosfære, [Webb] har følsomheten og bølgelengdeområdet til å oppdage det og bestemme hva det er laget av.’

Imidlertid er 55 Cancri e kanskje ikke tidevannslåst i det hele tatt, og kan rotere tre ganger for hver to bane, slik Mercury gjør, noe som betyr at den har en dag-natt-syklus.

Alexis Brandeker, forsker fra Stockholms universitet som leder et annet team som studerer planeten, sa: «Det kan forklare hvorfor den varmeste delen av planeten er forskjøvet.

«Akkurat som på jorden, ville det ta tid før overflaten varmes opp.

‘Den varmeste tiden på dagen ville være på ettermiddagen, ikke rett ved middagstid.’

Brandekers team planlegger å teste denne hypotesen ved å bruke NIRCam for å måle varmen som sendes ut fra den opplyste siden av 55 Cancri e under fire forskjellige baner.

Hvis planeten roterer tre ganger for hver annen bane, vil de observere hver halvkule to ganger og bør være i stand til å oppdage enhver forskjell mellom halvkulene.

I dette scenariet ville overflaten varmes opp, smelte og til og med fordampe i løpet av dagen, og danne en veldig tynn atmosfære som James Webb-romteleskopet kunne oppdage.

Så, om kvelden, ville dampen avkjøles og kondensere for å danne dråper av lava som ville regne tilbake til overflaten, og bli fast igjen når natten faller på.

James Webb-teleskopet er ment å etterfølge Hubble-romteleskopet som NASAs flaggskipoppdrag innen astrofysikk.

Den er sammensatt av 18 sekskantede speilsegmenter, montert sammen til ett stort, 21 fot bredt speil.

I løpet av tiåret eller mer i bane vil Webb bli brukt av team av astronomer til å studere et bredt spekter av himmelfenomener, fra eksoplaneter til sorte hull.

Det er i stand til å kikke lenger inn i universets historie enn noe romteleskop før det, delvis på grunn av sin posisjon 930 000 miles fra jorden.

Teleskopet vil ikke være den eneste eksoplaneten Webb-teleskopet vil observere når det begynner sin dyptgående vitenskap neste måned.

En luftløs planet kalt LHS 3844 b går også veldig nært stjernen sin, og fullfører en enkelt omdreining på 11 timer.

Stjernen er mindre og kjøligere enn de 55 Cancri e-banene, så planeten er ikke varm nok til at overflaten kan smeltes, noe som betyr at forskere kan analysere den faste bergarten.

I tillegg indikerer Spitzer-observasjoner at planeten er svært usannsynlig å ha en betydelig atmosfære.

Mens forskere ikke vil kunne avbilde overflaten til LHS 3844 b direkte med Webb, gjør mangelen på en tilslørende atmosfære det mulig å studere overflaten med spektroskopi.

Laura Kreidberg ved Max Planck Institute for Astronomy sa: ‘Det viser seg at forskjellige typer bergarter har forskjellige spektre.

«Du kan se med øynene dine at granitt er lysere i fargen enn basalt.

“Det er lignende forskjeller i det infrarøde lyset som steiner avgir.”

Kreidbergs team vil bruke MIRI til å fange det termiske emisjonsspekteret på dagsiden av LHS 3844 b, og deretter sammenligne det med spektra av kjente bergarter, som basalt og granitt, for å bestemme sammensetningen.

Hvis planeten er vulkansk aktiv, kan spekteret også avsløre tilstedeværelsen av spormengder av vulkanske gasser.

Kreidberg sa: “De vil gi oss fantastiske nye perspektiver på jordlignende planeter generelt, og hjelpe oss å lære hvordan den tidlige jorden kunne ha vært da den var varm som disse planetene er i dag.”

Observasjonene av 55 Cancri e og LHS 3844 b vil bli gjort tilgjengelig for det verdensomspennende astronomiske samfunnet.