Poszukiwania planet podobnych do Ziemi od lat stanowią jeden z najważniejszych celów współczesnej astronomii. Mimo że naukowcom udało się odkryć już ponad 6000 egzoplanet w ponad 4400 układach planetarnych, tylko niewielka część z nich – zaledwie 217 – to potwierdzone planety skaliste o składzie przypominającym Ziemię. Co więcej, wciąż nie udało się potwierdzić istnienia atmosfery na żadnej z nich.
Głównym problemem jest fakt, że planety skaliste są bardzo małe i znajdują się blisko swoich gwiazd. To sprawia, że wykrycie i analiza ich atmosfer wymaga ekstremalnie precyzyjnych pomiarów, przekraczających dotychczasowe możliwości instrumentów badawczych.
Wspieraj Puls Kosmosu na patronite.pl
Przełom w badaniach nastąpił wraz z wyniesieniem w przestrzeń kosmiczną Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST). Choć jego możliwości techniczne nie pozwalają jeszcze na jednoznaczne potwierdzenie obecności atmosfer na planetach skalistych, teleskop dostarczył najdokładniejszych w historii widm transmisyjnych oraz po raz pierwszy wykrył emisję cieplną z kilku takich planet – o temperaturach sięgających nawet 100°C. To ogromny krok naprzód w porównaniu z wcześniejszymi obserwacjami, które ograniczały się do planet o ekstremalnie wysokich temperaturach, rzędu 800°C.
Szczególnie obiecujące są obserwacje planet krążących wokół czerwonych karłów typu M, które stanowią aż 80% wszystkich gwiazd w Drodze Mlecznej. Są one atrakcyjnymi celami badań, ponieważ ich niewielki rozmiar i niska jasność ułatwiają analizę atmosfer planet przechodzących na ich tle.
JWST nie tylko poszerzył nasze możliwości obserwacyjne, ale również zainspirował rozwój nowych modeli teoretycznych. Naukowcy zaczęli szczegółowo analizować, jak atmosfery planetarne mogą ewoluować – od momentu uformowania się planety, przez dostarczanie substancji lotnych przez komety i asteroidy, aż po interakcje atmosfery z wnętrzem planety, ucieczkę gazów w przestrzeń kosmiczną, a nawet wpływ ewentualnej aktywności biologicznej.
Szczególną uwagę poświęca się procesowi utraty atmosfery, który może przesądzić o tym, czy planeta nadaje się do zamieszkania. W tym kontekście pojawiła się koncepcja tzw. „kosmicznej linii brzegowej” – teorii, według której planety o większej prędkości ucieczki (czyli silniejszej grawitacji) i mniejszym natężeniu promieniowania gwiazdowego mają większe szanse na utrzymanie atmosfery. Model ten wciąż jest rozwijany, zwłaszcza że wiele zmiennych – jak np. aktywność gwiazdowa czerwonych karłów – wciąż nie jest do końca poznanych.
Aby uporządkować cele przyszłych badań, naukowcy z Instytutu Astronomii Maxa Plancka oraz Laboratorium Fizyki Stosowanej Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa zaproponowali tzw. pięć stopni wysokości. Odnosi się ono do zdolności teleskopu do wykrywania subtelnych zmian ciśnienia atmosferycznego, takich jak te obserwowane w ziemskiej atmosferze – gdzie sygnał absorpcji dwutlenku węgla rozciąga się na skalę pięciu wysokości. Dzisiejsze obserwacje nie osiągają jeszcze tej precyzji, ale właśnie do niej powinny dążyć przyszłe instrumenty.
Program JWST o nazwie Charting the Cosmic Shoreline skupia się obecnie na najbardziej obiecujących planetach skalistych, które mogą utrzymywać atmosfery. Choć teleskop nie jest w stanie badać planet podobnych do Ziemi krążących wokół gwiazd podobnych do Słońca, nadzieję przynosi planowana misja Habitable Worlds Observatory. Będzie ona wykorzystywać techniki obrazowania bezpośredniego, co umożliwi znacznie dokładniejsze analizy.
W międzyczasie to właśnie JWST, wraz z ramami badawczymi zaproponowanymi przez zespoły z Niemiec i USA, wytycza kierunek dalszych prac. Poprzez rozwój technik redukcji szumu i prowadzenie długoterminowych obserwacji, astronomowie mają nadzieję w końcu zbliżyć się do przełomu – wykrycia atmosfer, a być może także oznak życia, na skalistych światach krążących wokół innych gwiazd.
Źródło: 1