Mgły w atmosferach egzoplanet pomogą naukowcom w modelowaniu tworzenia się i ewolucji wodnych światów
Badania przeprowadzone przez zespół naukowców pomogą w modelowaniu tego, jak wodne egzoplanety tworzą się i ewoluują.
Dwie bogate w wodę egzoplanety z ciężkimi warstwami mgły krążą wokół swojej gwiazdy macierzystej. Źródło: Roberto Molar Candanosa/Johns Hopkins University
Naukowcy przeprowadzili symulację warunków, które prowadzą do powstania zamglonego nieba na egzoplanetach bogatych w wodę. Ten krok jest kluczowy w zrozumieniu, w jaki sposób zamglenie może utrudniać obserwacje za pomocą teleskopów naziemnych i kosmicznych.
Badania dostarczają nowych narzędzi do analizy chemii atmosfery egzoplanet i pomogą naukowcom modelować proces tworzenia się i ewolucji wodnych egzoplanet, co może przyczynić się do poszukiwań życia poza naszym Układem Słonecznym.
Najważniejsze pytanie dotyczy istnienia życia poza Układem Słonecznym. Jednak próba udzielenia odpowiedzi na to pytanie wymaga szczegółowego modelowania różnych typów planet, zwłaszcza tych o dużej ilości wody – powiedziała współautorka badania, Sarah Hörst, profesor Nauk o Ziemi i Planetach w Johns Hopkins. To stanowi ogromne wyzwanie, ponieważ nie mamy do dyspozycji laboratorium do takich eksperymentów. Dlatego staramy się wykorzystać nowoczesne techniki laboratoryjne, aby jak najlepiej wykorzystać dane pozyskiwane za pomocą zaawansowanych teleskopów.
Zespół opublikował swoje odkrycia w czasopiśmie Nature Astronomy.
Naukowcy uważają, że obecność mgły lub innych cząsteczek w atmosferze planety znacząco wpływa na globalne temperatury, poziom oświetlenia gwiazdowego i inne czynniki, które mogą hamować lub wspierać aktywność biologiczną.
Zespół przeprowadził eksperymenty w specjalnie zaprojektowanej komorze w laboratorium Hörst. Jak powiedziała Hörst, są to pierwsze eksperymenty, które określają, ile mgły może tworzyć się na wodnych planetach poza Układem Słonecznym.
Zamglenie składa się z cząstek stałych zawieszonych w gazie i zmienia sposób oddziaływania światła z tym gazem. Różne poziomy i rodzaje zamglenia mogą wpływać na sposób, w jaki cząsteczki rozprzestrzeniają się w atmosferze, co zmienia to, co naukowcy mogą wykryć na temat odległych planet za pomocą teleskopów.
Kiedy próbujemy ocenić, czy planeta nadaje się do zamieszkania, pierwszą rzeczą, której szukamy, jest woda, a już istnieją ekscytujące obserwacje wody w atmosferach egzoplanet. Jednak nasze eksperymenty i modelowanie sugerują, że planety te najprawdopodobniej zawierają również mgłę – powiedział Chao He, planetolog, który kierował badaniami w Johns Hopkins. Ta mgła rzeczywiście komplikuje nasze obserwacje, ponieważ zaciemnia nasz obraz chemii atmosfery egzoplanety i cech molekularnych.
Badając egzoplanety za pomocą teleskopów, naukowcy obserwują, jak światło przechodzi przez ich atmosferę, zauważając, jak gazy atmosferyczne absorbują różne odcienie lub długości fal tego światła. Zniekształcone obserwacje mogą prowadzić do błędnych obliczeń ilości istotnych substancji w powietrzu, takich jak woda i metan, a także rodzaju i poziomów cząsteczek w atmosferze. Takie błędne interpretacje mogą negatywnie wpłynąć na wnioski naukowców dotyczące globalnych temperatur, grubości atmosfery i innych warunków planetarnych – powiedziała Hörst.
Zespół stworzył dwie mieszaniny gazów zawierających parę wodną i inne związki, które według hipotez mogą być powszechne na egzoplanetach. Następnie wyemitowali te mikstury w świetle ultrafioletowym, aby przeprowadzić symulację tego, jak światło z gwiazdy inicjuje reakcje chemiczne, tworzące cząsteczki zamglenia. Po wykonaniu tych eksperymentów zmierzyli ilość światła pochłanianego i odbijanego przez cząsteczki, aby zrozumieć, w jaki sposób oddziałują one ze światłem w atmosferze.
Najnowsze dane dopasowały sygnatury chemiczne dobrze zbadanej egzoplanety o nazwie GJ 1214 b dokładniej niż wynikało to z poprzednich badań. Wyniki te pokazują, że różnorodne właściwości optyczne zamglenia mogą prowadzić do błędnych interpretacji atmosfery tej planety.
Hörst zauważyła, że atmosfery obcych planet mogą znacząco różnić się od tych występujących w naszym Układzie Słonecznym. Dodała również, że istnieje ponad 5000 potwierdzonych egzoplanet o zróżnicowanym składzie chemicznym atmosfery.
Obecnie zespół pracuje nad stworzeniem większej liczby laboratoryjnych „odpowiedników” zamglenia z mieszaninami gazów, które dokładniej odzwierciedlają to, co jest obserwowane przez teleskopy.
Ludzie będą mogli wykorzystać te dane podczas modelowania atmosfer, aby lepiej zrozumieć takie kwestie, jak temperatura w atmosferze i na powierzchni planety, obecność chmur, ich wysokość i skład, a także szybkość wiatrów – powiedziała Hörst. Wszystkie te informacje mogą pomóc w bardziej skoncentrowanym badaniu konkretnych planet, co sprawi, że eksperymenty staną się wyjątkowe, zamiast polegać jedynie na ogólnych testach mających na celu zrozumienie szerszego obrazu.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
