Van valami másik föld valahol a galaxisunkban? A Kepler űrhajó közelmúltbeli fekvésével a csillagászok egyre közelebb kerülnek egy Föld méretű bolygó felfedezéséhez egy Földszerű pályán. De ha a keresés sikeres lesz, a kutatást ösztönző következő kérdések a következők lesznek: E bolygó lakható-e? Földszerű légköre van? Ezekre a kérdésekre nem könnyű válaszolni. A feladathoz készített távcső azonban a James Webb Űrtávcső (JWST), amelyet egy tervezett indításra állítottak be 2013-ban. Két kutató nemrégiben megvizsgálta a JWST képességét a hipotetikus Föld-szerű bolygók légkörének jellemzésére, és megállapította, hogy ez a távcső amelyek képesek lennének bizonyos biomarkereknek nevezett gázok, például ózon és metán detektálására a közeli Föld méretű világokban. (Lásd a kapcsolódó cikket: Kérdések és válaszok Dr. John Mather-rel a JWST-n.)
Lisa Kaltenegger, a Harvard-Smithsonian Center közreműködésével, a James Webb űrteleszkópjának nagy tükörje és a világűrben lévő L2 pont elhelyezkedése miatt a csillagászoknak első valódi lehetőséget kínálnak a válaszok megtalálására a közeli Föld-szerű világok életképességéről. az Astrophysics és Wesley Traub számára a Jet Propulsion Laboratory-tól. "Nagyon szerencséseknek kell lennünk, hogy egy tranzit esemény során megfejtsük a Föld-szerű bolygó légkörét, hogy azt mondjuk, hogy Föld-szerű" - mondta Kaltenegger. "Ehhez sok tranzitszámot kell összeadnunk - ezek százai, akár a 20 fényév távolságú csillagok esetében is."
"Annak ellenére, hogy nehéz, hihetetlenül izgalmas erőfeszítés lesz a távoli bolygó légkörének jellemzése" - tette hozzá.
Egy tranzit eseménynél egy távoli, extoláris bolygó keresztezi csillagát a Földről nézve. Ahogy a bolygó áthalad, a légkörben lévő gázok elnyelik a csillag fényének kis részét, így az egyes gázokra jellemző ujjlenyomatok maradnak. Ha a csillag fényét szivárvány színre vagy spektrumra osztja, a csillagászok megkereshetik ezeket az ujjlenyomatokat. Kaltenegger és Traub megvizsgálták, hogy ezeket az ujjlenyomatokat a JWST képes-e kimutatni.
A tranzit technika nagyon kihívást jelent. Ha a Föld olyan nagy lenne, mint egy kosárlabda, a légkör olyan vékony lenne, mint egy papírlap, tehát a kapott jel hihetetlenül apró. Sőt, ez a módszer csak akkor működik, ha a bolygó a csillag előtt van, és minden egyes áthaladás legfeljebb néhány órát tart.
Kaltenegger és Traub először egy Föld-szerű világra gondoltak, amely egy Nap-szerû csillagot kering. Ha észlelhető jelet szeretne kapni egyetlen tranzitról, a csillagnak és a bolygónak rendkívül közel kell lennie a Földhez. Az egyetlen Naphoz hasonló csillag, amely elég közel van, az Alpha Centauri A. Ilyen világot még nem találtak, de a technológia csak most képes felismerni a Föld méretű világokat.
A tanulmány a vörös törp csillagokat keringő bolygókat is figyelembe vette. Az ilyen csillagok, úgynevezett M típusúak, a legteljesebbek a Tejútban - sokkal gyakoribbak, mint a sárga, G típusú csillagok, mint a Nap. Hűvösebbek és tompabbak, mint a Nap, és kisebbek is, ami megkönnyíti az M csillagot áthaladó Földszerű bolygó megtalálását.
Egy földszerű világnak egy vörös törpe közelében kell keringnie, hogy elég meleg legyen a folyékony víz számára. Ennek eredményeként a bolygó gyorsabban kering kering és minden egyes tranzit néhány órától csupán percig tart. De egy adott idő alatt több tranziton megy keresztül. A csillagászok javíthatják a légkör észlelésének esélyét azáltal, hogy több tranzit jelét adják hozzá, és így a vörös törpe csillagok vonzóbb célokká válnak, mivel gyakrabban haladnak át.
Egy olyan csillag körül keringő földszerű világ, mint a Nap, évente egyszer 10 órás tranziton megy keresztül. A 100 órás tranzitmegfigyelés felhalmozása 10 évbe telik. Ezzel szemben egy közepes méretű vörös törp csillag körül keringő Föld tíznaponként egy órás tranziton megy keresztül. A 100 órás tranzitmegfigyelés felhalmozása kevesebb, mint három évig tart.
"A közeli vörös törpe csillagok kínálják a legjobb lehetőséget a biomarkerek detektálására a Föld átjáró légkörében" - mondta Kaltenegger.
"Végül a közvetlen képalkotás - maga a bolygó fényfotóinak tanulmányozása - sokkal hatékonyabb módszernek bizonyulhat a Föld-szerű világok légkörének jellemzésében, mint a tranzit technika" - mondta Traub.
A közvetlen vizsgálatokat már felhasználták a rendkívül forró, óriási extoláris bolygók nyers hőmérsékleti térképeinek elkészítésére. A következő generációs műszerekkel az csillagászok képesek lehetnek a légköri összetételek tanulmányozására is, nem csak a hőmérsékletekre. A „halványkék pont” jellemzése a következő lépés onnan, akár egy bolygó tranzitjának százai összeadásával, akár a csillagfény blokkolásával és a bolygó fényének közvetlen elemzésével.
A legjobb esetben az Alpha Centauri A tranzit földi bolygóval rendelkezik, amelyet még senki nem észlelt. Akkor a csillagászoknak csak egy maroknyi tranzitra lenne szükségük, hogy megfejtsék a bolygó légkörét, és valószínűleg megerősítsék az első iker Föld létezését.
Forrás: Harvard Asztrofizikai Központ
