Astrofizycy pomagają rzucić nowe światło na egzoplanetę wielkości Ziemi, na której powierzchni może występować woda w stanie ciekłym w postaci globalnego oceanu lub pokrywy lodowej.
Byłoby to możliwe jedynie w obecności atmosfery – wielka tajemnica, którą naukowcy próbują rozwikłać, a teraz są jeszcze bliższe rozwiązania dzięki wykorzystaniu największego teleskopu w kosmosie.
Naukowcy, wykorzystując Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, dokonali tych odkryć w ramach dużego międzynarodowego projektu, który ma na celu zbadanie atmosfery i powierzchni planety TRAPPIST-1e, znanej w tym układzie po prostu jako planeta e, orbitującej w ekosferze czerwonego karła TRAPPIST-1.
Egzoplanety to niezwykle zróżnicowane planety krążące wokół gwiazd poza Układem Słonecznym. Planeta e jest szczególnie interesująca, ponieważ obecność wody w stanie ciekłym – ani za gorącej, ani za ziemnej – jest teoretycznie możliwa, ale tylko wtedy, gdy planeta posiada atmosferę.
Naukowcy skierowali potężny instrument NIRSpec (spektrograf bliskiej podczerwieni) Teleskopu Webba na układ, gdy planeta e przechodziła przed swoją gwiazdą. Światło gwiazd przechodzące przez atmosferę planety, o ile taka istnieje, zostanie częściowo pochłonięte, a odpowiadające temu spadki w widmie światła docierające do JWST pokażą astronomom, jakie substancje chemiczne się tam znajdują. Z każdym kolejnym tranzytem skład atmosfery staje się wyraźniejszy.
Wstępne wyniki, opublikowane 8 września 2025 roku w dwóch artykułach w czasopiśmie Astrophysical Journal Letters, wskazują na kilka potencjalnych scenariuszy, w tym możliwość istnienia atmosfery.
Dr Hannah Wakeford, profesor nadzwyczajny astrofizyki na Uniwersytecie w Bristolu, jest wiodącym członkiem zespołu JWST Transiting Exoplanet, który pomógł zaprojektować konstrukcję obserwacyjną teleskopu, aby zapewnić naukowcom dostęp do kluczowych danych.
Dr Wakeford powiedziała: To, co odkryliśmy za pomocą JWST w ciągu pierwszych czterech obserwacji, pomaga udoskonalić wcześniejsze pomiary Hubble’a i wskazuje, że mogą teraz pojawić się ślady atmosfery, ale nie możemy jeszcze wykluczyć możliwości, że nie ma tam niczego do wykrycia.
Instrumenty podczerwone JWST dostarczają bezprecedensowych szczegółów, pomagając nam znacznie lepiej zrozumieć, co decyduje o atmosferze i środowisku powierzchniowym planety oraz z czego się one składają. To niezwykle ekscytujące móc uchylić rąbka tajemnicy i odkryć te fascynujące, inne światy, mierząc szczegóły światła gwiazd wokół planet wielkości Ziemi, aby dowiedzieć się, jak to może wyglądać i czy możliwe jest życie na nich. Poprzez staranny proces eliminacji i porównywania odkrywamy nowe, cenne informacje.
Choć w przypadku planety e wciąż istnieją różne możliwości, naukowcy są pewni, że planeta ta nie posiada pierwotnej atmosfery.
Współautor obu badań, dr David Grant, były starszy pracownik naukowy na Uniwersytecie w Bristolu, wyjaśnił: Odkrycia te dodatkowo wykluczają obecność pierwotnej atmosfery wodorowej. Jest to gazowa otoczka, składająca się głównie z wodoru, która otacza planetę we wczesnych stadiach jej formowania. Uważa się, że takie atmosfery są powszechne zarówno dla planet olbrzymów, jak i planet skalistych we wczesnym Układzie Słonecznym.
Dr Wakeford dodała: Ponieważ TRAPPIST-1 jest bardzo aktywną gwiazdą, z częstymi rozbłyskami, nie dziwi fakt, że ewentualna atmosfera wodorowo-helowa, którą planeta mogła utworzyć, zostałaby zerwana przez promieniowanie gwiazdowe. Wiele planet, w tym Ziemia, po utracie atmosfery głównej tworzy cieńszą atmosferę wtórną. Możliwe, że planeta e nigdy nie była w stanie tego zrobić i nie ma atmosfery wtórnej, ale istnieje również prawdopodobieństwo, że taka atmosfera istnieje.
Obecność atmosfery wtórnej oznacza, że na powierzchni może występować również woda w stanie ciekłym. Jeśli tak jest, naukowcy uważają, że towarzyszyłby temu efekt cieplarniany podobny do tego na Ziemi, w którym różne gazy, zwłaszcza dwutlenek węgla, utrzymują stabilną atmosferę i ciepło planety.
Drugi artykuł szczegółowo opisuje prace nad interpretacją teoretyczną, a główna autorka, dr Ana Glidden, adiunkt w Massachusetts Institute of Technology, wyjaśniła: Jest to mało prawdopodobne, aby atmosfera planety e była zdominowana przez dwutlenek węgla, tak jak gęsta atmosfera Wenus i cienka atmosfera Marsa. Należy jednak zauważyć, że nie ma bezpośrednich analogii z naszym Układem Słonecznym. TRAPPIST-1 to gwiazda zupełnie inna niż Słońce, a układ planetarny wokół niej również jest zupełnie inny.
Dr Wakeford dodała: Niewielki efekt cieplarniany może mieć ogromne znaczenie, a nowe pomiary nie wykluczają wystarczającej ilości dwutlenku węgla, aby utrzymać pewną ilość ciekłej wody na powierzchni. Woda w stanie ciekłym mogłaby przybrać formę globalnego oceanu lub pokryć mniejszy obszar planety, gdzie gwiazda znajduje się w stanie wiecznego południa, otoczona lodem. Byłoby to możliwe, ponieważ ze względu na rozmiary planet TRAPPIST-1 i bliskie orbity wokół gwiazdy, wszystkie są pływowo zablokowane, z jedną stroną zawsze zwróconą w kierunku gwiazdy, a drugą w wiecznej ciemności.
Kolejne etapy badań będą obejmować dalsze szczegółowe obserwacje i porównanie danych z innej egzoplanety układu – TRAPPIST-1b, co pozwoli na uzyskanie większej liczby informacji.
Jeden z głównych badaczy zespołu naukowego skupionego na TRAPPIST-1e, dr Néstor Espinoza, astronom i naukowiec misji ds. nauki o egzoplanetach w Space Telescope Science Institute (STScI) w Baltimore w stanie Maryland, powiedział: Podczerwone instrumenty Webba dostarczają nam więcej szczegółów, niż kiedykolwiek wcześniej mieliśmy dostęp, a cztery początkowe obserwacje planety e, które udało nam się przeprowadzić, pokazują nam, z czym będziemy musieli pracować, gdy napłyną pozostałe informacje.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Bristol researchers edge closer to knowing if elusive exoplanet has an atmosphere and surface water, which could support life
- JWST-TST DREAMS: NIRSpec/PRISM Transmission Spectroscopy of the Habitable Zone Planet TRAPPIST-1 e
- JWST-TST DREAMS: Secondary Atmosphere Constraints for the Habitable Zone Planet TRAPPIST-1 e
Źródło: Uniwersytet w Bristolu
Na ilustracji: Wizja artystyczna planety wielkości Ziemi - TRAPPIST-1 e - widoczna jako przechodząca przed swoją gwiazdą macierzystą, na dole po prawej stronie. Źródło: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI)
