Eksisterer en annen jord et sted i galaksen vår? Med Kepler-romfartøyets nylige nyhet, kommer astronomer nærmere og nærmere å finne en jordstor planet i en jordlignende bane. Men når søket lykkes, vil de neste spørsmålene som driver forskning være: Er den planeten beboelig? Har den en jordlignende atmosfære? Det er ikke enkelt å svare på disse spørsmålene. Men teleskopet for oppgaven er James Webb Space Telescope (JWST), satt til planlagt oppskyting i 2013. To forskere undersøkte nylig JWSTs evne til å karakterisere atmosfærene til hypotetiske jordlignende planeter, og fant ut at dette er teleskopet som ville være i stand til å oppdage visse gasser kalt biomarkører, for eksempel ozon og metan, for nære jordstørrelsesverdener. (Se den relaterte artikkelen vår: Spørsmål og svar med Dr. John Mather på JWST.)
På grunn av det store speilet og beliggenheten på L2-punktet i det ytre rom, vil James Webb romteleskop tilby astronomer den første virkelige muligheten til å finne svarene om levedyktigheten til jordiske verdener i nærheten, sier Lisa Kaltenegger fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics og Wesley Traub fra Jet Propulsion Laboratory. "Vi må være veldig heldige som tyder en jordlignende planetens atmosfære under en transitt-hendelse, slik at vi kan fortelle at den er jordlignende," sa Kaltenegger. "Vi må legge til mange transitter for å gjøre det - hundrevis av dem, selv for stjerner så nær som 20 lysår unna."
"Selv om det er vanskelig, vil det være et utrolig spennende forsøk på å karakterisere en fjern planetens atmosfære," la hun til.
I en transitt-hendelse krysser en fjern, ekstrasolar planet foran sin stjerne sett fra Jorden. Når planeten går, absorberer gasser i atmosfæren en liten brøkdel av stjernens lys, og etterlater fingeravtrykk som er spesifikke for hver gass. Ved å dele stjernens lys i en regnbue med farger eller spekter, kan astronomer se etter disse fingeravtrykkene. Kaltenegger og Traub studerte om disse fingeravtrykkene kunne påvises av JWST.
Transitteknikken er veldig utfordrende. Hvis jorden var på størrelse med en basketball, ville atmosfæren være så tynn som et papirark, så det resulterende signalet er utrolig lite. Dessuten fungerer denne metoden bare når planeten er foran sin stjerne, og hver transitt varer maksimalt noen timer.
Kaltenegger og Traub betraktet først som en jordlignende verden som kretser rundt en sollignende stjerne. For å få et påvisbart signal fra en enkelt transitt, må stjernen og planeten være ekstremt nær Jorden. Den eneste sollignende stjernen som er nær nok er Alpha Centauri A. Det er ikke funnet noen slik verden ennå, men teknologien er først nå i stand til å oppdage verdensstore verdener.
Studien vurderte også planeter som kretser rundt røde dvergstjerner. Slike stjerner, kalt type M, er de mest tallrike i Melkeveien - langt vanligere enn gule, type G-stjerner som solen. De er også kjøligere og svakere enn solen, så vel som mindre, noe som gjør det enklere å finne en jordlignende planet som transiterer en M-stjerne.
En jordlignende verden må gå i bane rundt en rød dverg for å være varm nok til flytende vann. Som et resultat ville planeten kretset raskere, og hver transitt ville vare et par timer til bare minutter. Men det ville gjennomgå flere overganger i løpet av en gitt tidsperiode. Astronomer kunne forbedre sjansene for å oppdage atmosfæren ved å legge til signalet fra flere transitter, noe som gjorde røde dvergstjerner tiltalende mål på grunn av deres hyppigere transitt.
En jordlignende verden som kretser rundt en stjerne som solen, skulle gjennomgå en 10-timers transitt en gang hvert år. Det vil ta 10 år å akkumulere 100 timers transittobservasjoner. I motsetning til dette, vil en jord som kretser rundt en mellomstor rød rød dvergstjerne, gjennomgå en times times transport en gang hver 10. dag. Det vil ta mindre enn tre år å akkumulere 100 timers transittobservasjoner.
"Nærliggende røde dvergstjerner tilbyr den beste muligheten for å oppdage biomarkører i en transiterende jordas atmosfære," sa Kaltenegger.
"Til syvende og sist, direkte avbildning - å studere fotoner av lys fra planeten selv - kan vise seg å være en kraftigere metode for å karakterisere atmosfæren til jordlignende verdener enn transitteknikken," sa Traub.
Direkte studier har allerede blitt brukt for å lage rå temperaturkart over ekstremt varme, gigantiske ekstrasolare planeter. Med neste generasjons instrumenter kan astronomer kanskje studere atmosfæriske komposisjoner, ikke bare temperaturer. Karakteriseringen av en "blek blå prikk" er neste trinn derfra, enten ved å legge opp hundrevis av transitter av en planet eller ved å blokkere stjernelyset og analysere planetens lys direkte.
I et best case kan Alpha Centauri A vise seg å ha en transiterende jordlignende planet som ingen har sett ennå. Deretter vil astronomer bare trenge en håndfull transitter for å tyde planetens atmosfære og muligens bekrefte eksistensen av den første tvillingjorden.
Kilde: Harvard Center For Astrophysics
