Existuje někde v naší galaxii jiná Země? S nedávnou lavičkou kosmické lodi Kepler se astronomové přibližují a přibližují k nalezení planety Země na oběžné dráze podobné Zemi. Jakmile však bude vyhledávání úspěšné, budou další otázky, které povedou k výzkumu, následující: Je tato planeta obyvatelná? Má atmosféru podobnou Zemi? Odpověď na tyto otázky nebude snadné. Ale dalekohledem pro tento úkol je kosmický dalekohled James Webb (JWST), připravený na plánované spuštění v roce 2013. Dva vědci nedávno zkoumali schopnost JWST charakterizovat atmosféry hypotetických planet podobných Zemi, a zjistili, že to je dalekohled který by byl schopen detekovat určité plyny zvané biomarkery, jako je ozon a metan, pro blízké světy Země. (Viz náš související článek: Otázky a odpovědi s Dr. Johnem Matherem o JWST.)
Díky svému velkému zrcadlu a umístění v bodě L2 ve vesmíru nabídne kosmický dalekohled James Webb astronomům první skutečnou možnost, jak najít odpovědi na obyvatelnost blízkých světů podobných Zemi, řekla Lisa Kaltenegger z Harvard-Smithsonianova centra pro astrofyziku a Wesleyho Trauba z Laboratoře tryskového pohonu. "Budeme mít opravdu štěstí, že můžeme během tranzitní události rozluštit atmosféru planety podobné Zemi, abychom mohli říci, že je podobná Zemi," řekl Kaltenegger. "Budeme muset přidat mnoho tranzitů, abychom tak učinili - stovky z nich, a to i pro hvězdy tak blízko, jak 20 světelných let daleko."
"I když je to těžké, bude to neuvěřitelně vzrušující úsilí charakterizovat atmosféru vzdálené planety," dodala.
V tranzitní události se před hvězdou kříží vzdálená extrasolární planeta, jak je vidět ze Země. Jak planeta přechází, plyny v její atmosféře pohlcují nepatrnou část světla hvězdy a zanechávají otisky prstů specifické pro každý plyn. Rozdělením hvězdného světla do duhy barev nebo spektra mohou astronomové hledat tyto otisky prstů. Kaltenegger a Traub studovali, zda by tyto otisky prstů bylo možné detekovat pomocí JWST.
Technika dopravy je velmi náročná. Pokud by Země měla velikost basketbalu, atmosféra by byla stejně tenká jako list papíru, takže výsledný signál je neuvěřitelně malý. Tato metoda navíc funguje pouze tehdy, když je planeta před hvězdou a každý tranzit trvá maximálně několik hodin.
Kaltenegger a Traub nejprve zvažovali svět podobný Zemi, obíhající kolem Slunce. K získání detekovatelného signálu z jediného tranzitu by musela být hvězda a planeta extrémně blízko Země. Jedinou hvězdou podobnou Slunci je dostatečně blízko Alpha Centauri A. Dosud nebyl takový svět nalezen, ale technologie teprve nyní dokáže detekovat světy velikosti Země.
Studie také zvažovala planety obíhající červené trpasličí hvězdy. Takové hvězdy, nazývané typ M, jsou v Mléčné dráze nejhojnější - mnohem běžnější než žluté hvězdy typu G jako Slunce. Jsou také chladnější a slabší než Slunce a také menší, což usnadňuje nalezení planety podobné Zemi, která prochází hvězdou M.
Svět podobný Zemi by musel obíhat blízko červeného trpaslíka, aby byl dostatečně teplý na tekutou vodu. V důsledku toho by planeta obíhala rychleji a každý tranzit by trval pár hodin až pouhé minuty. Ale v daném množství času by podstoupilo více tranzitů. Astronomové by mohli zvýšit své šance na detekci atmosféry přidáním signálu z několika tranzitů, díky čemuž se červenější trpaslíci stanou lákavými cíli kvůli jejich častějším transitům.
Svět podobný Zemi, obíhající kolem hvězdy, jako je Slunce, se jednou ročně podrobí 10hodinovému tranzitu. Hromadění 100 hodin pozorování při tranzitu bude trvat 10 let. Na rozdíl od toho by Země obíhající středně velké rudé trpaslíky procházela jednou za 10 dní tranzit za jednu hodinu. Hromadění 100 hodin pozorování tranzitu by trvalo méně než tři roky.
"Blízké červené trpasličí hvězdy nabízejí nejlepší možnost detekce biomarkerů v tranzitivní zemské atmosféře," řekl Kaltenegger.
"Přímé zobrazování - studium fotonů světla ze samotné planety - může být v konečném důsledku účinnější metodou charakterizace atmosféry světů podobných Zemi, než tranzitní technika," řekl Traub.
Přímé studie již byly použity k vytvoření hrubých teplotních map extrémně horkých obřích extrasolárních planet. S nástroji příští generace mohou astronomové studovat atmosférické složení, nejen teploty. Charakterizace „bledě modré tečky“ je dalším krokem odtud, ať už přidáním stovek tranzitů jedné planety, nebo zablokováním hvězdného světla a přímou analýzou planety.
V nejlepším případě se může ukázat, že Alpha Centauri A má tranzitující planetu podobnou Zemi, kterou zatím nikdo nevidel. Astronomové by pak potřebovali jen hrst průchodů, aby dešifrovali atmosféru této planety a možná potvrdili existenci první dvojče Země.
Zdroj: Harvardovo centrum pro astrofyziku
