Czy inna Ziemia istnieje gdzieś w naszej galaktyce? Wraz z ostatnim statkiem kosmicznym Kepler astronomowie coraz bardziej zbliżają się do znalezienia planety wielkości Ziemi na orbicie podobnej do Ziemi. Ale gdy wyszukiwanie się powiedzie, kolejne pytania napędzające badania będą następujące: Czy ta planeta nadaje się do zamieszkania? Czy ma atmosferę podobną do Ziemi? Odpowiedź na te pytania nie będzie łatwa. Ale teleskopem do tego zadania jest kosmiczny teleskop Jamesa Webba (JWST), który ma zostać zaplanowany na 2013 rok. Dwóch badaczy niedawno zbadało zdolność JWST do scharakteryzowania atmosfery hipotetycznych planet podobnych do Ziemi i odkryło, że jest to teleskop który byłby w stanie wykryć niektóre gazy zwane biomarkerami, takie jak ozon i metan, dla bliskich światów wielkości Ziemi. (Zobacz nasz powiązany artykuł: Pytania i odpowiedzi z dr. Johnem Matherem w JWST.)
Ze względu na duże lustro i położenie w punkcie L2 w przestrzeni kosmicznej teleskop kosmiczny Jamesa Webba zaoferuje astronomom pierwszą realną możliwość znalezienia odpowiedzi na temat zamieszkiwania pobliskich światów podobnych do Ziemi, mówi Lisa Kaltenegger z Harvard-Smithsonian Center dla Astrophysics i Wesley Traub z Jet Propulsion Laboratory. „Będziemy musieli mieć szczęście rozszyfrować atmosferę planety podobnej do Ziemi podczas zdarzenia tranzytowego, abyśmy mogli stwierdzić, że jest ona podobna do Ziemi”, powiedział Kaltenegger. „W tym celu będziemy musieli dodać wiele tranzytów - setki, nawet dla gwiazd znajdujących się w odległości 20 lat świetlnych.”
„Choć jest to trudne, będzie to niezwykle ekscytujące przedsięwzięcie, aby scharakteryzować atmosferę odległej planety” - dodała.
Podczas zdarzenia tranzytowego, odległa, pozasłoneczna planeta przecina się przed swoją gwiazdą widzianą z Ziemi. Gdy planeta przepływa, gazy w jej atmosferze pochłaniają niewielki ułamek światła gwiazdy, pozostawiając odciski palców specyficzne dla każdego gazu. Rozdzielając światło gwiazdy na tęczę kolorów lub spektrum, astronomowie mogą szukać tych odcisków palców. Kaltenegger i Traub badali, czy te odciski palców byłyby wykrywalne przez JWST.
Technika tranzytowa jest bardzo trudna. Gdyby Ziemia była wielkości koszykówki, atmosfera byłaby tak cienka jak kartka papieru, więc wynikowy sygnał byłby niewiarygodnie mały. Co więcej, ta metoda działa tylko wtedy, gdy planeta znajduje się przed swoją gwiazdą, a każdy tranzyt trwa najwyżej kilka godzin.
Kaltenegger i Traub początkowo uważali świat podobny do Ziemi krążący wokół gwiazdy podobnej do Słońca. Aby uzyskać wykrywalny sygnał z jednego tranzytu, gwiazda i planeta musiałyby znajdować się bardzo blisko Ziemi. Jedyną gwiazdą podobną do Słońca znajdującą się wystarczająco blisko jest Alfa Centauri A. Jeszcze takiego świata nie znaleziono, ale technologia dopiero teraz jest w stanie wykrywać światy wielkości Ziemi.
W badaniu uwzględniono również planety krążące wokół czerwonych karłów. Takie gwiazdy, zwane typem M, są najbardziej obfite w Drodze Mlecznej - znacznie częściej niż żółte gwiazdy typu G, takie jak Słońce. Są także chłodniejsze i ciemniejsze niż Słońce, a także mniejsze, co ułatwia znajdowanie planety podobnej do Ziemi, przechodzącej przez gwiazdę M.
Ziemski świat musiałby krążyć blisko czerwonego karła, aby był wystarczająco ciepły, aby uzyskać płynną wodę. W rezultacie planeta krążyłaby szybciej, a każdy tranzyt trwałby od kilku godzin do zaledwie kilku minut. Ale przeszedłby więcej tranzytów w danym czasie. Astronomowie mogą zwiększyć swoje szanse na wykrycie atmosfery, dodając sygnał z kilku tranzytów, czyniąc gwiazdy czerwonego karła atrakcyjnymi celami z powodu ich częstszych tranzytów.
Ziemski świat krążący wokół gwiazdy takiej jak Słońce odbywałby 10-godzinny tranzyt raz w roku. Zebranie 100 godzin obserwacji tranzytowych zajęłoby 10 lat. W przeciwieństwie do tego Ziemia krążąca wokół średniej wielkości czerwonego karła zostanie poddana jednogodzinnemu tranzytowi co 10 dni. Zebranie 100 godzin obserwacji tranzytowych zajęłoby mniej niż trzy lata.
„Pobliskie gwiazdy czerwonych karłów oferują najlepszą możliwość wykrycia biomarkerów w przejściowej atmosferze ziemskiej” - powiedział Kaltenegger.
„Ostatecznie bezpośrednie obrazowanie - badanie fotonów światła z samej planety - może okazać się bardziej skuteczną metodą charakteryzowania atmosfery ziemskich światów niż technika tranzytowa”, powiedział Traub.
Bezpośrednie badania zostały już wykorzystane do stworzenia map temperatury surowej ekstremalnie gorących, gigantycznych planet pozasłonecznych. Dzięki instrumentom nowej generacji astronomowie mogą badać kompozycje atmosferyczne, a nie tylko temperatury. Charakterystyka „jasnoniebieskiej kropki” jest kolejnym krokiem odtąd, dodając setki tranzytów jednej planety lub blokując światło gwiazd i bezpośrednio analizując światło planety.
W najlepszym przypadku Alpha Centauri A może się okazać, że ma przelotową planetę podobną do Ziemi, której nikt jeszcze nie zauważył. Następnie astronomowie potrzebowaliby tylko garstki tranzytów, aby rozszyfrować atmosferę tej planety i być może potwierdzić istnienie pierwszej bliźniaczej Ziemi.
Źródło: Harvard Center For Astrophysics
