Astronomové neustále zkoušejí nebe pro neočekávané. Jsou ochotni přijmout nové myšlenky, které mohou nahradit moudrost minulých let.
Existuje však jedna výjimka z pravidla: vyhledávání Země 2.0. Zde nechceme najít neočekávané, ale očekávané. Chceme najít planetu tak podobnou naší, můžeme ji téměř nazvat domovem.
I když si nemůžeme přesně představit tyto planety s dostatečně podrobnými detaily, abychom zjistili, zda je vodní svět se svůdnými zelenými rostlinami a civilizacemi, můžeme použít nepřímé metody k nalezení planety podobné Zemi - planety s podobnou hmotou a poloměr k Zemi.
Je tu jen jeden problém: současné techniky měření hmotnosti exoplanety jsou omezené. K dnešnímu dni astronomové změřili radiální rychlost - drobné kolísání na oběžné dráze hvězdy, když je taháno gravitačním tahem své exoplanety - k odvození poměru hmotnosti planet k hvězdám.
Ale vzhledem k tomu, že většina exoplanet je detekována prostřednictvím jejich tranzitního signálu - poklesy světla, když planeta prochází před hostitelskou hvězdou - nebylo by skvělé, kdybychom mohli měřit její hmotnost pouze na základě této metody? Astronomové na MIT našli cestu.
Postgraduální studentka Julien de Wit a kolega MacArthur Sara Seagerové vyvinuli novou techniku pro určování hmotnosti pomocí samotného tranzitního signálu exoplanety. Když planeta přechází, světlo hvězdy prochází tenkou vrstvou atmosféry planety, která pohlcuje určité vlnové délky světla hvězdy. Jakmile se hvězdné světlo dostane na Zemi, bude potištěno chemickými otisky prstů složení atmosféry.
Takzvané transmisní spektrum umožňuje astronomům studovat atmosféru těchto mimozemských světů.
Ale tady je klíč: mohutnější planeta dokáže vydržet silnější atmosféru. Teoreticky by tedy mohla být hmota planety měřena na základě atmosféry nebo samotného přenosového spektra.
Samozřejmě neexistuje vzájemná korelace, jinak bychom si to už dávno uvědomili. Rozsah atmosféry také závisí na jeho teplotě a hmotnosti jeho molekul. Vodík je tak lehký, že sklouzává z atmosféry snadněji než, řekněme, kyslík.
Takže de Wit pracoval ze standardní rovnice popisující výšku stupnice - vertikální vzdálenost, nad níž tlak atmosféry klesá. Míra poklesu tlaku závisí na teplotě planety, gravitační síle planety (a.k.a. mass) a hustotě atmosféry.
Podle základní algebry: znát všechny tři z těchto parametrů nám umožní vyřešit pro čtvrté. Gravitační síla nebo hmotnost planety lze tedy odvodit z její atmosférické teploty, tlakového profilu a hustoty - parametrů, které lze získat pouze v přenosovém spektru.
S teoretickou prací za nimi de Wit a Seager použili jako případovou studii horký Jupiter HD 189733b s již zavedenou hmotou. Jejich výpočty odhalily stejné měření hmotnosti (1,15násobek hmotnosti Jupiteru) jako měření získané měřením radiální rychlosti.
Tato nová technika bude schopna charakterizovat množství exoplanet pouze na základě jejich tranzitních údajů. Zatímco horké Jupitery zůstávají hlavním cílem nové techniky, de Wit a Seager se snaží v blízké budoucnosti popsat planety podobné Zemi. Se spuštěním kosmického dalekohledu James Webb naplánovaného na rok 2018 by astronomové měli být schopni získat množství mnohem menších světů.
Příspěvek byl publikován v časopise Science Magazine a je nyní k dispozici ke stažení v mnohem delší formě zde.
