Astronomowie stale badają niebo pod kątem nieoczekiwanych. Są gotowi na przyjęcie nowych pomysłów, które mogą zastąpić mądrość minionych lat.
Ale jest jeden wyjątek od reguły: poszukiwanie Earth 2.0. Nie chcemy znaleźć nieoczekiwanego, ale oczekiwanego. Chcemy znaleźć planetę tak podobną do naszej, że możemy ją niemal nazwać domem.
Chociaż nie możemy dokładnie wyobrazić sobie tych planet z wystarczająco szczegółowymi szczegółami, aby zobaczyć, czy jest to wodny świat z soczystymi zielonymi roślinami i cywilizacjami, możemy użyć metod pośrednich, aby znaleźć planetę „podobną do Ziemi” - planetę o podobnej masie i promień do Ziemi.
Jest tylko jeden problem: obecne techniki pomiaru masy egzoplanety są ograniczone. Do tej pory astronomowie mierzą prędkość promieniową - drobne wahania na orbicie gwiazdy, gdy jest ona przyciągana przez przyciąganie grawitacyjne swojej egzoplanety - w celu uzyskania stosunku masy planety do gwiazdy.
Ale biorąc pod uwagę, że większość egzoplanet jest wykrywana za pomocą sygnału tranzytowego - zapada w świetle, gdy planeta przechodzi przed gwiazdą macierzystą - czy nie byłoby wspaniale, gdybyśmy mogli zmierzyć jej masę wyłącznie na podstawie tej metody? Cóż, astronomowie z MIT znaleźli sposób.
Absolwentka Julien de Wit i MacArthur Fellow Sara Seager opracowali nową technikę określania masy za pomocą samego sygnału tranzytowego egzoplanety. Kiedy planeta przechodzi, światło gwiazdy przechodzi przez cienką warstwę atmosfery planety, która pochłania pewne długości fal światła gwiazdy. Gdy światło gwiazd osiągnie Ziemię, zostanie na nich odcisk chemicznych odcisków palców składu atmosfery.
Tak zwane widmo transmisyjne pozwala astronomom badać atmosferę tych obcych światów.
Ale oto klucz: bardziej masywna planeta może wytrzymać gęstszą atmosferę. Teoretycznie masę planety można zmierzyć na podstawie atmosfery lub samego widma transmisyjnego.
Oczywiście nie ma korelacji jeden do jednego, inaczej byśmy to odkryli dawno temu. Zakres atmosfery zależy również od jej temperatury i masy jej cząsteczek. Wodór jest tak lekki, że łatwiej wyślizguje się z atmosfery niż, powiedzmy, tlen.
Więc de Wit pracował ze standardowego równania opisującego wysokość skali - odległość w pionie, na której maleje ciśnienie atmosfery. Stopień spadku ciśnienia zależy od temperatury planety, siły grawitacji planety (np. Masy) i gęstości atmosfery.
Według podstawowej algebry: znajomość dowolnych trzech z tych parametrów pozwoli nam rozwiązać czwarty. Dlatego siłę grawitacji lub masę planety można wyprowadzić z jej temperatury atmosferycznej, profilu ciśnienia i gęstości - parametrów, które można uzyskać w samym spektrum transmisyjnym.
Mając za sobą prace teoretyczne, de Wit i Seager wykorzystali gorący Jupiter HD 189733b, o już dobrze ugruntowanej masie, jako studium przypadku. Ich obliczenia ujawniły taki sam pomiar masy (1,15 raza masy Jowisza), jak uzyskany przez pomiary prędkości radialnej.
Ta nowa technika będzie w stanie scharakteryzować masę egzoplanet na podstawie samych danych tranzytowych. Podczas gdy gorący Jowisz pozostaje głównym celem nowej techniki, de Wit i Seager starają się opisać planety podobne do Ziemi w najbliższej przyszłości. Wraz z uruchomieniem kosmicznego teleskopu Jamesa Webba zaplanowanego na 2018 r. Astronomowie powinni być w stanie uzyskać masę znacznie mniejszych światów.
Artykuł został opublikowany w Science Magazine i jest teraz dostępny do pobrania w znacznie dłuższej formie tutaj.
