Dalo by se říci, že studium extrasolárních planet je v pozdní fázi přechodu. K datu, 4 525 exoplanet potvrzeno v 3 357 systémech, dalších 7 761 kandidátů na potvrzení čeká. V důsledku toho se studie exoplanet vzdalují od procesu objevování a směrem k charakterizaci, kde se provádějí následná pozorování exoplanet, aby se dozvěděli více o jejich atmosférách a prostředích.
V tomto procesu výzkumníci exoplanet doufají, že zjistí, zda některá z těchto planet obsahuje nezbytné ingredience pro život, jak jej známe. Nedávno, dvojice výzkumníků z Northern Arizona University, s podporou od Virtuální planetární laboratoř NASA Astrobiology Institute (VPL), vyvinula techniku pro hledání oceánů na exoplanetách . Schopnost najít vodu na jiných planetách, klíčovou složku života na Zemi, povede dlouhou cestu k nalezení mimozemského života.
Výzkum provedli postdoktorand Dominick J. Ryan, postdoktorandský výzkumník na Northern Arizona University (NAU), a Tyler D. Robinson – asistent profesora astronomie a planetární vědy na NAU a NASA Astrobiology Institute. Studie, která popisovala jejich zjištění s názvem „ Detekce oceánů na exoplanetách pomocí fázově závislé spektrální analýzy hlavních složek “, se nedávno objevilo online a zvažuje se jeho zveřejněníPlanetární vědecký žurnál.
Umělecká ilustrace exoplanety HR8799e. Přístroj ESO GRAVITY na svém Very Large Telescope Interferometer provedl první přímé optické pozorování této planety a její atmosféry. Kredit: ESO/L. Calçada
Pokud jde o charakterizaci exoplanet, nejslibnější technikou je Tranzitní metoda (také znám jako tranzitní fotometrie). To spočívá ve sledování hvězd pro periodické poklesy jasu, což jsou indikace planet procházejících před jejich mateřskými hvězdami (vzhledem k pozorovateli). Občas jsou astronomové také schopni získat spektra, když světlo prochází atmosférou tranzitující planety, což odhaluje věci o jejím chemickém složení. Ale jak řekl profesor Robinson Universe Today prostřednictvím e-mailu, tato metoda neumožňuje povrchová pozorování:
„Prozatím nám naše nejlepší techniky pro charakterizaci skalních exoplanet neřeknou mnoho o povrchových prostředích těchto světů (včetně toho, zda je přítomna kapalná voda). U HST (a brzy spuštěného JWST) používáme tranzitní spektroskopii k charakterizaci atmosfér exoplanet – hledáme velmi nepatrné změny v jasnosti a barvě hostitelské hvězdy, když planeta prochází kolem svého disku. V této geometrii/nastavení znamenají velmi dlouhé dráhy, které světlo prochází atmosférou (což je nejvíce analogické pozorování Slunce při západu Slunce na Zemi), že hluboká atmosféra (a povrch) je zakryta.“
V blízké budoucnosti se očekává, že se tato situace značně změní, a to díky nástroje nové generace jako Vesmírný dalekohled Jamese Webba (JWST) a pozemní observatoře, jako je např Extrémně velký dalekohled (ELT). Díky své sofistikované optice, koronografu a spektrometru budou tyto dalekohledy schopny přímo obrázek menší exoplanety, které obíhají blíže ke svým hvězdám (což je místo, kde se s větší pravděpodobností nacházejí potenciálně obyvatelné kamenné planety).
Pohled tohoto umělce ukazuje „Hot Jupiter“ 51 Pegasi b (Bellerophon), první exoplanetu kolem normální hvězdy a první exoplanetu, která byla přímo zobrazena. Kredit: ESO/M. Kornmesser/Nick Risinger (skysurvey.org)
Tato metoda spočívá v pozorování světla přímo odraženého atmosférou nebo povrchem exoplanety, což může poskytnout cenné informace o klimatu a povrchovém prostředí planety. Kromě JWST a ELT existuje mnoho navrhovaných misí, které budou mít potřebné rozlišení a citlivost k detekci povrchových prvků. na základě složení atmosféry , identifikovat vegetaci , důkaz fotosyntéza a možná dokonce rozeznat přítomnost umělá světla !
V zájmu své studie Ryan a Dr. Robinson zvažovali, jak by přístroje nové generace mohly provádět přímé zobrazovací studie exoplanet, které by odhalily přítomnost povrchové vody. Klíčem k tomu, řekl Dr. Robinson, je hledat „červené půlměsíce“:
„V současné době se zvažují koncepty misí, které by poskytly tyto typy dat – HabEx a LUVOIR jsou hlavními příklady. Stejně jako sluneční světlo odrážející se od oceánu při pozorování západu slunce z pláže na Zemi vypadá docela červeně, navrhli jsme, že odlesky oceánů na exoplanetách by mohly způsobit, že celá planeta bude ve fázích srpku vypadat velmi červeně.
„Kdyby byla slavná fotografie Bledě modrého bodu pořízena na Zemi, když byla úzkým srpkem, nebyla by vůbec modrá – byla by červená! Takže hledáním známek, že se potenciálně podobná exoplaneta Země stává ve fázích srpku velmi reflexní a červená, bychom mohli být schopni detekovat oceán na tomto světě.“
TOI 1338 b je cirkumbinární planeta obíhající kolem svých dvou hvězd. Byl objeven TESS. Poděkování: Goddard Space Flight Center NASA/Chris Smith
Vzhledem k tomu, že neexistují žádná pozorování Země kosmickými sondami pro fáze srpku a vlnové délky, které byly potřebné k testování této metody, spoléhali Ryan a Dr. Robinson na sérii simulací jasu Země. Tyto simulace odpovídaly za všechny realistické efekty způsobené odrazem slunečního světla od povrchové vody – od oceánského lesku a mraků až po atmosférický a povrchový odraz.
'Tyto simulace ukázaly, že když je Země pozorována ve více srpkovitých fázích, skutečně se stává červenou a reflexní,' řekl Dr. Robinson. „Pomocí nástrojů, které napodobovaly, jak by se vzdálená Země jevila misím podobným HabEx nebo LUVOIR, jsme ukázali, že jen několik pozorování světa podobného Zemi zabíralo několik různých fází (od fáze téměř plné fáze až po fáze srpku) by odhalilo zčervenání ve fázi srpku indikující oceány.'
Jak vysvětlil Dr. Robinson, tato technika nebude platit proJWSTale bude možné s budoucími misemi. Mezi ně patří i výše zmíněné Obyvatelná observatoř exoplanet (HabEx), vesmírný dalekohled určený pro přímé obrazové studie planet podobných Zemi kolem hvězd podobných Slunci; a Velký UV/Optický/IR Surveyor (LUVOIR), observatoř s velkou aperturou a mnoha vlnovými délkami, která splní širokou škálu vědeckých cílů.
Nakonec, řekl Dr. Robinson, tato studie poskytuje „dobře definovanou cestu“ pro budoucí přímé zobrazovací studie zaměřené na charakterizaci exoplanet. „Součástí honby za mimozemským životem je pochopení toho, jak běžné je, že skalnaté světy mají obyvatelné podmínky (povrchové oceány, alespoň pro exoplanety) – protože obyvatelné světy jsou také našimi nejlepšími cíli pro hledání biologických podpisů,“ řekl Dr. Robinson. 'Takže jsme pomohli vyřešit kousek skládačky, jak najít světy, kde si myslíme, že by mohl vzniknout život!'
Další čtení: arXiv