Astronomer undersøger konstant himlen for det uventede. De er villige til at omfavne nye ideer, der kan erstatte visdommen fra de foregående år.
Men der er en undtagelse fra reglen: søgningen efter Earth 2.0. Her ønsker vi ikke at finde det uventede, men det forventede. Vi ønsker at finde en planet, der ligner vores egen, vi kan næsten kalde den hjem.
Selvom vi ikke nøjagtigt kan forestille os disse planeter med stor nok detaljer til at se, om man er en vandverden med saftige grønne planter og civilisationer, kan vi bruge indirekte metoder til at finde en ”Jordlignende” planet - en planet med en lignende masse og radius til jorden.
Der er kun et problem: de nuværende teknikker til måling af en eksoplanets masse er begrænset. Indtil videre måler astronomer radial hastighed - små vugger i en stjernens bane, når den trækkes af tyngdekraften på dens eksoplanet - for at udlede planet-til-stjernemasseforholdet.
Men i betragtning af at de fleste eksoplaneter opdages via deres transportsignal - dips i lyset, når en planet passerer foran sin værtsstjerne - ville det ikke være dejligt, hvis vi kunne måle dens masse ud fra denne metode alene? Nå, astronomer hos MIT har fundet en måde.
Kandidatstuderende Julien de Wit og MacArthur-stipendiat Sara Seager har udviklet en ny teknik til bestemmelse af masse ved hjælp af et exoplanets transit signal alene. Når en planet transiterer, passerer stjernens lys gennem et tyndt lag af planetens atmosfære, der optager visse bølgelængder af stjernens lys. Når stjernelyset når jorden, vil det blive præget af de kemiske fingeraftryk af atmosfærens sammensætning.
Det såkaldte transmissionsspektrum giver astronomer mulighed for at studere atmosfærerne i disse fremmede verdener.
Men her er nøglen: en mere massiv planet kan holde fast i en tykkere atmosfære. Så i teorien kunne en planetes masse måles baseret på atmosfæren eller transmissionsspektret alene.
Der er naturligvis ikke en til én-korrelation, eller vi ville have fundet ud af dette for længe siden. Atmosfærens udstrækning afhænger også af dens temperatur og dens molekylers vægt. Brint er så let, at det lettere glider væk fra en atmosfære end f.eks. Ilt.
Så de Wit arbejdede ud fra en standardligning, der beskrev skalahøjde - den lodrette afstand, som trykket i en atmosfære falder over. I hvilket omfang trykket falder, afhænger af planetens temperatur, planetens tyngdekraft (a. Masse) og atmosfærens densitet.
I henhold til grundlæggende algebra: at kende en hvilken som helst af disse parametre vil lade os løse for den fjerde. Derfor kan planetens tyngdekraft eller masse afledes af dens atmosfæriske temperatur, trykprofil og densitet - parametre, der kan opnås i et transmissionsspektrum alene.
Med det teoretiske arbejde bag sig brugte de Wit og Seager den varme Jupiter HD 189733b, med en allerede veletableret masse, som et casestudie. Deres beregninger afslørede den samme massemåling (1,15 gange Jupiters masse) som den, der blev opnået ved måling af radial hastighed.
Denne nye teknik vil være i stand til at karakterisere massen af exoplaneter baseret på deres transitdata alene. Mens varme Jupiters forbliver det vigtigste mål for den nye teknik, sigter de Wit og Seager efter at beskrive jordlignende planeter i den nærmeste fremtid. Med lanceringen af James Webb-rumteleskopet planlagt til 2018 skulle astronomer være i stand til at opnå massen af langt mindre verdener.
Artiklen er blevet offentliggjort i Science Magazine og er nu tilgængelig til download i en langt længere form her.
