Findes der en anden jord et sted i vores galakse? Med Kepler-rumfartøjets nylige nyhed kommer astronomer nærmere og tættere på at finde en jordstørrelse planet i en jordlignende bane. Men når søgningen lykkes, vil de næste spørgsmål, der driver forskning, være: Er den planet beboelig? Har den en jordlignende atmosfære? Det er ikke let at besvare disse spørgsmål. Men teleskopet til opgaven er James Webb Space Telescope (JWST), der er planlagt til en planlagt lancering i 2013. To forskere undersøgte for nylig JWST's evne til at karakterisere atmosfærerne i hypotetiske jordlignende planeter og fandt, at dette er teleskopet der ville være i stand til at detektere visse gasser, der kaldes biomarkører, såsom ozon og metan, for nære jordstørrelsesverdener. (Se vores relaterede artikel: Spørgsmål og svar med Dr. John Mather på JWST.)
På grund af det store spejl og placering ved L2-punktet i det ydre rum, vil James Webb-rumteleskopet tilbyde astronomer den første reelle mulighed for at finde svarene om beboeligheden i de nærliggende jordlignende verdener, siger Lisa Kaltenegger fra Harvard-Smithsonian Center til astrofysik og Wesley Traub fra Jet Propulsion Laboratory. ”Vi bliver nødt til at være heldige med at dechiffrere en jordlignende planetens atmosfære under en transitbegivenhed, så vi kan fortælle, at den er jordlignende,” sagde Kaltenegger. ”Vi bliver nødt til at tilføje mange transitter for at gøre det - hundreder af dem, selv for stjerner så tæt på 20 lysår væk.”
”Selvom det er svært, vil det være en utrolig spændende bestræbelse på at karakterisere en fjern planetes atmosfære,” tilføjede hun.
I en transitbegivenhed krydser en fjern, ekstrasolær planet foran sin stjerne set fra Jorden. Når planeten transiterer, absorberer gasser i dens atmosfære en lille brøkdel af stjernens lys, hvilket efterlader fingeraftryk, der er specifikke for hver gas. Ved at splitte stjernens lys i en regnbue med farver eller spektrum, kan astronomer kigge efter disse fingeraftryk. Kaltenegger og Traub undersøgte, om disse fingeraftryk ville kunne påvises af JWST.
Transitteknikken er meget udfordrende. Hvis Jorden var på størrelse med en basketball, ville atmosfæren være så tynd som et ark papir, så det resulterende signal er utroligt lille. Desuden fungerer denne metode kun, når planeten er foran sin stjerne, og hver transit varer højst et par timer.
Kaltenegger og Traub betragtes først som en jordlignende verden, der kredser om en sollignende stjerne. For at få et detekterbart signal fra en enkelt transit, ville stjernen og planeten være ekstremt tæt på Jorden. Den eneste sollignende stjerne, der er tæt nok, er Alpha Centauri A. Der er endnu ikke fundet en sådan verden, men teknologi er først nu i stand til at opdage verdensstore verdener.
Undersøgelsen vurderede også planeter, der kredsede rundt om røde dværgstjerner. Sådanne stjerner, kaldet type M, er de mest rigelige i Mælkevejen - langt mere almindelige end gule, type G-stjerner som solen. De er også køligere og svagere end solen såvel som mindre, hvilket gør det lettere at finde en jordlignende planet, der transiterer en M-stjerne.
En jordlignende verden skulle være i kredsløb tæt på en rød dværg for at være varm nok til flydende vand. Som et resultat ville planeten gå i kredsløb hurtigere, og hver transit ville vare et par timer til kun få minutter. Men det ville gennemgå flere transitter i en given tidsperiode. Astronomer kunne forbedre deres chancer for at opdage atmosfæren ved at tilføje signalet fra flere transitter og gøre røde dværgstjerner tiltalende mål på grund af deres hyppigere transit.
En jordlignende verden, der kredser om en stjerne som solen, ville gennemgå en 10-timers transit en gang om året. Det vil tage 10 år at akkumulere 100 timers transitobservationer. I modsætning hertil ville en jord, der kredser om en mellemstor rød rød dværgstjerne, gennemgå en times times transit en gang hver 10. dag. Det vil tage mindre end tre år at akkumulere 100 timers transitobservationer.
”Steder i nærheden af røde dværge tilbyder den bedste mulighed for at opdage biomarkører i en transiterende jordatmosfære,” sagde Kaltenegger.
"I sidste ende kan direkte billeddannelse - at studere fotoner af lys fra planeten selv vise sig at være en mere kraftfuld metode til at karakterisere atmosfæren i jordlignende verdener end transitteknikken," sagde Traub.
Direkte undersøgelser er allerede blevet brugt til at skabe rå temperaturkort over ekstremt varme, gigantiske ekstrasolære planeter. Med næste generations instrumenter kan astronomer muligvis studere atmosfæriske kompositioner, ikke kun temperaturer. Karakteriseringen af en "lyseblå prik" er det næste trin derfra, hvad enten det er ved at tilføje hundreder af transit fra en planet eller ved at blokere for stjernelyset og analysere planetens lys direkte.
I et bedste tilfælde kan Alpha Centauri A vise sig at have en transiterende jordlignende planet, som ingen har set endnu. Derefter behøver astronomer kun brug for en håndfuld transitter for at dechiffrere planetens atmosfære og muligvis bekræfte eksistensen af den første tvillingjord.
Kilde: Harvard Center For Astrophysics
