Naukowcy wykorzystują nową metodę znajdowania atmosfer na odległych planetach
Nowe badania czynią postępy w poszukiwaniu planet nadających się do zamieszkania.
 |
| Wizja artystyczna przedstawiająca, jak może wyglądać egzoplaneta typu ziemskiego - GJ 1132b. Źródło: NASA, ESA, Robert L. Hurt (IPAC) |
Głównym celem badań astronomicznych jest znalezienie planet innych niż Ziemia, które mogłyby nadawać się do podtrzymania życia. Istnieje wiele czynników, co do których wielu naukowców zgadza się, że są niezbędne, aby planeta nadawała się do zamieszkania, ale ważnym jest to, czy planeta posiada atmosferę.
Naukowcy znaleźli inne skaliste, podobne do Ziemi egzoplanety, ale żadna z nich nie ma atmosfery. Znalezienie tych planet pozwoli nam dowiedzieć się, jak takie atmosfery są formowane i utrzymywane, dzięki czemu będziemy mogli lepiej przewidzieć, które planety mogą nadawać się do zamieszkania.
Badania przeprowadzone przez doktorantkę Uniwersytetu Chicago Qiao Xue wraz z grupą profesora Jacoba Beana wykazało nowy sposób określenia, czy odległe egzoplanety mają atmosferę – i wykazały, 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 w tym roku za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, 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 przykład na Ziemi nasza atmosfera rozprowadza ciepło słoneczne wokół planty, 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, która została zaproponowana w 2019 roku przez współpracę obejmującą Beana i Megan Mansfield z Uniwersytetu Arizony w celu poszukiwania atmosfer. Podejście to wykorzystuje różnicę temperatur między egzoplanetą zmierzoną w jej najgorętszym punkcie a obliczoną temperaturą tego, jak gorąca mogłaby być teoretycznie.
Ponieważ atmosfery rozpraszają ciepło po całej powierzchni planet, obniżają one 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.
Problem polega jednak na tym, że brakowało nam instrumentów wystarczająco precyzyjnych, aby zapewnić wystarczająco dokładne odczyty tych temperatur. JWST 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 w stosunku do naszych urządzeń obserwacyjnych, możemy uchwycić maksymalną jasność układu – czyli niezasłoniętą gwiazdę w połączeniu ze stosunkowo minimalnym światłem emitowanym przez planetę. Gdy planeta przechodzi za gwiazdę względem naszego widoku, 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, do której zastosowała nową metodę, planeta GJ 1132b, nie ma atmosfery – zmierzona temperatura planety jest 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. Ta druga technika, która mierzy światło filtrowane przez atmosferę planety, jest trudniejsza, ponieważ może być zakłócona 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 poszukiwaniu egzoplanet, które podtrzymują życie.
Te badania były ekscytujące, ponieważ w końcu miałam okazję pracować z planetami skalistymi, które są wymarzonym obiektem każdego naukowca zajmującego się egzoplanetami, ponieważ mają tak duży potencjał dla życia – powiedziała Xue. Teraz nie mogę się doczekać, co będzie dalej.
Wyniki badań zostały opublikowane 13 września 2024 roku w czasopiśmie Astrophysical Journal Letters.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
