Widoczne są postępy w poszukiwaniu planet nadających się do zamieszkania.
Głównym celem badań astronomicznych jest znalezienie planet innych niż Ziemia, które mogłyby nadawać się do podtrzymania życia. Istnieje wiele czynników, co do których naukowcy zgadzają się, że są niezbędne, aby planeta nadawała się do zamieszkania; ważnym jest to, czy planeta posiada atmosferę.
Naukowcy znaleźli inne skaliste, podobne do Ziemi egzoplanety, ale żadna z nich nie ma atmosfery. Zidentyfikowanie tych planet pozwoli nam dowiedzieć się, jak taka atmosfera jest formowana i utrzymywana, dzięki czemu będziemy mogli lepiej przewidzieć, które planety mogą nadawać się do zamieszkania.
Badania przeprowadzone przez doktorantkę Uniwersytetu w Chicago, Qiao Xue (wraz z grupą profesora Jacoba Beana), wykazało nowy sposób określenia, czy odległe egzoplanety mają atmosferę – okazało się, że jest on prostszy i bardziej wydajny niż poprzednie metody. Nowa technika, zastosowana do większej liczby planet, może pomóc nam dowiedzieć się więcej o wzorcach tworzenia się atmosfer.
Kiedy przyjrzymy się wystarczająco dużemu zbiorowi danych, tak jak uzyskany w tym roku za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST), mamy nadzieję znaleźć trendy, które pomogą nam lepiej zrozumieć tworzenie się atmosfery – i to, co sprawia, że planety nadają się do zamieszkania – powiedziała Xue.
Poszukiwanie atmosfer
Gdy naukowcy próbują zrozumieć warunki panujące na innych odległych planetach, chcieliby wiedzieć, czy planeta ma atmosferę – warstwę gazową, która izoluje planetę i reguluje temperaturę. Na Ziemi atmosfera rozprowadza ciepło słoneczne wokół planety, utrzymując ją w umiarkowanej temperaturze.
Naukowcy nie mogą jednak bezpośrednio zobrazować skalistych, podobnych do Ziemi planet w pobliżu ich gwiazd. Zamiast tego muszą zebrać różne wskazówki, takie jak fluktuacje światła, gdy planeta porusza się wokół swojej gwiazdy macierzystej.
W badaniach naukowcy wykorzystali metodę zaproponowaną w 2019 roku wspólnie przez prof. Beana i Megan Mansfield z Uniwersytetu Arizony do poszukiwania planet z atmosferą. Podejście to wykorzystuje różnicę między temperaturą egzoplanety zmierzoną w jej najgorętszym punkcie a obliczoną temperaturą tego, jak gorąca mogłaby być teoretycznie.
Ponieważ atmosfera rozprasza ciepło po całej powierzchni planet, obniża ona temperaturę najgorętszej strony planety (zwróconej bezpośrednio w stronę gwiazdy). Naukowcy postawili hipotezę, że jeśli rzeczywista temperatura egzoplanety nie jest tak wysoka, jak teoretycznie mogłaby być, to możemy założyć, że posiada ona atmosferę pełniącą tę funkcję.
Brakowało jednak instrumentów wystarczająco precyzyjnych, aby zapewnić dokładne odczyty tych temperatur. Webb to zmienił – oferując zwiększoną zdolność widzenia w podczerwieni, co pozwala naukowcom rejestrować temperatury planet poprzez pomiar intensywności emitowanej przez nie energii.
Gdy egzoplanety przechodzą przed swoimi słońcami, zasłaniają część światła gwiazdy, co prowadzi do niewielkiego spadku jej zmierzonej jasności. Gdy planeta pojawia się prawie za gwiazdą z punktu widzenia naszych urządzeń obserwacyjnych, możemy uchwycić maksymalną jasność układu – czyli niezasłoniętą gwiazdę w połączeniu ze stosunkowo minimalnym światłem emitowanym przez planetę. Gdy planeta przechodzi za gwiazdą względem nas, możemy zarejestrować światło emitowane przez samą gwiazdę. Odejmując ten pomiar światła od pomiaru światła gwiazdy w połączeniu ze światłem planety, można wydedukować jasność – a tym samym temperaturę – samej planety.
W ten sposób Xue doszła do wniosku, że pierwsza planeta, na której zastosowała nową metodę – GJ 1132b – nie ma atmosfery, gdyż jej zmierzona temperatura planety była zbyt zbliżona do obliczonej maksymalnej temperatury, aby sugerować jakikolwiek składnik regulujący temperaturę planety. Nie jest to zatem odpowiednia kandydatka do życia – powiedziała.
Nowa metoda nie jest jedynym sposobem na określenie, czy egzoplaneta ma atmosferę, czy nie, ale jest prostszym i bardziej niezawodnym sposobem poszukiwania odległych planet z atmosferą. Xue wyjaśniła, że jest ona mniej podatna na fałszywe negatywne i pozytywne wyniki niż inne techniki. Technika, która mierzy światło filtrowane przez atmosferę planety, jest trudniejsza, ponieważ pomiary mogą być zakłócone przez aktywność gwiazdy i obecność chmur – powiedział Bean.
Jeżeli naukowcy będą w stanie zrozumieć, co powoduje powstawanie atmosfer na planetach, łatwiej będzie wykluczyć planety nienadające się do zamieszkania.
W końcu miałam okazję zająć się planetami skalistymi, które są wymarzonym obiektem badań dla każdego naukowca specjalizującego się w egzoplanetach, ponieważ mają tak duży potencjał dla życia – powiedziała Xue. Nie mogę się doczekać, co będzie dalej.
Wyniki badań zostały opublikowane 13 września 2024 roku w czasopiśmie „Astrophysical Journal Letters”.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- UChicago researchers use new method of finding atmospheres in distant planets
- JWST Thermal Emission of the Terrestrial Exoplanet GJ 1132b
Źródło: University of Chicago
Na ilustracji: Wizja artystyczna przedstawiająca, jak może wyglądać egzoplaneta typu ziemskiego – GJ 1132b. Źródło: NASA, ESA, Robert L. Hurt (IPAC)
