Lige siden den første exoplanet blev bekræftet i 1992, har astronomer fundet tusinder af verdener uden for vores solsystem. Med flere og flere opdagelser, der sker hele tiden, er fokuset på exoplanetforskning begyndt at skifte fra exoplanetopdagelse til exoplanetkarakterisering. I det væsentlige er forskere nu på udkig efter at bestemme sammensætningen af exoplaneter for at afgøre, om de kunne støtte livet eller ej.
En vigtig del af denne proces er at finde ud af, hvor meget vand der findes på exoplaneter, hvilket er vigtigt for livet, som vi kender det. Under en nylig videnskabelig konference præsenterede et team af videnskabsfolk ny forskning, der viser, at vand sandsynligvis vil være en vigtig komponent i de eksoplaneter, der er mellem to til fire gange Jordens størrelse. Disse fund vil have alvorlige konsekvenser, når det kommer til søgen efter liv ud over vores solsystem.
Forskningen var genstand for en præsentation med titlen “Growth Model Interpretation of Planet Size Distribution”, der fandt sted på Goldschmidt-konferencen 2018 i Boston. Under en session med titlen "Rollen for ekstrem atmosfærisk flugt fra varme eksoplaneter" præsenterede teamet fund, der tydede på, at vandverdener kan være mere almindelige end tidligere antaget.
Disse fund var baseret på data fra Kepler rumteleskop og Gaia mission, som blev analyseret af et internationalt team af videnskabsfolk ledet af Dr. Li Zeng - en forsker fra Harvard University's Department of Earth and Planetetary Sciences. Som de antydede, Kepler mission har præcist målt radierne for over 4000 eksoplanetkandidater sammen med deres orbitalperioder og andre parametre.
Disse eksoplanetkandidater kan opdeles i to størrelseskategorier: dem, der har 1,5 gange Jordens radius, og dem, der gennemsnitligt ligger omkring 2,5 jordradier. Kombineret med masse og nylige radiusmålinger fra Gaia mission, teamet var i stand til at udvikle en model af disse planeter interne struktur. Mens planeter, der falder inden for den førstnævnte kategori, antages at være stenede, menes de sidstnævnte, at de generelt spænder fra superjordar til Neptunstore gasgiganter.
I henhold til modellen, der er udviklet af Li og hans kolleger, kan mange af de bekræftede exoplaneter, der er mellem to til fire gange Jordens størrelse, faktisk være vandverdener. På disse planeter består ca. 50% af massen af vand, mens vand kun udgør 0,2% af jordens masse. Som Dr. Zeng forklarede i løbet af præsentationen:
”Det var en enorm overraskelse at indse, at der skal være så mange vandverdener ... Vi har set på, hvordan masse forholder sig til radius og udviklet en model, der muligvis kan forklare forholdet. Modellen indikerer, at de eksoplaneter, der har en radius på omkring x1,5 Jordradius, har en tendens til at være stenede planeter (af typisk x5 jordens masse), mens de med en radius på x2,5 Jordradius (med en masse omkring x10 jordens) er sandsynligvis vandverdener ”.
Når man overvejer orbitalegenskaberne for disse planeter (dvs. hvor tæt de går i bane til deres respektive stjerner), begynder et meget interessant billede at dukke op. Som Li forklarede, er disse "vandverdener" ikke så meget stenede planeter, der er dækket af dybe oceaner, men en helt ny type planet, som der ikke er noget ækvivalent med i solsystemet.
”Dette er vand, men ikke så almindeligt findes her på Jorden. Deres overfladetemperatur forventes at være i området 200 til 500 grader Celsius, ”sagde han. ”Deres overflade kan være indhyllet i en vanddamp-domineret atmosfære med et flydende vandlag nedenunder. Når vi bevæger os dybere, kunne man forvente, at dette vand forvandles til højtryksis, før vi når den faste klippekerne. Det smukke ved modellen er, at det forklarer, hvordan sammensætning relateres til de kendte fakta om disse planeter. ”
Måske endnu mere overraskende var lige hvor almindelige disse planeter ser ud til at være. Ifølge deres undersøgelse angav Li og hans kolleger, at ca. 35% af alle kendte exoplaneter, der er større end Jorden, skulle være vandrige. Hvad mere er, de antager, at de sandsynligvis dannede sig på en måde, der ligner, hvordan kernerne af gasgiganter antages at have dannet sig - en stenet kerne omgivet af lag af flygtigt materiale, der er dannet solidt af tryk.
Naturligvis har denne opdagelse betydelige konsekvenser for, når det kommer til søgen efter liv ud over vores solsystem. Indtil nu har ideen om, at vand er afgørende for livet, som vi kender det, været en forudgående konklusion for forskere. Men hvis denne undersøgelse er korrekt, ser det ud til, at vand er langt mere rigeligt på eksoplaneter end tidligere, og kan være en hindring for livet, som vi kender det.
Hvis vandverdener faktisk består af varme, dampende atmosfærer og tætte islag tættere på deres kerner, ville det være vanskeligt for livet at dukke op på disse verdener. Grundlæggende ville den ekstreme varme og den manglende adgang til tilstrækkelig sollys, hydrotermisk aktivitet og landmasser skabe et temmelig fjendtligt miljø. Ikke desto mindre tilbyder undersøgelsen nogle spændende muligheder, når det kommer til at karakterisere eksoplaneter og se, hvad der er derude.
Når man ser på fremtiden, er Li og hans kolleger håbefulde for, at den nyligt lancerede Transit Exoplanet Survey Satellite (TESS) finder mange flere af disse vandverdener. Dette vil derefter blive fulgt op af jordbaserede teleskoper - og den snart skal lanceres James Webb-rumteleskop (JWST) - som vil give spektroskopiske målinger, der vil hjælpe forskere med at karakterisere disse planets sammensætninger og atmosfærer.
Som professor Sara Seager, en professor i planetarisk videnskab ved Massachusetts Institute of Technology (MIT) og viceadministrerende direktør for TESS-missionen, sagde:
”Det er forbløffende at tro, at de gådefulde eksoplaneter i mellemstørrelse kunne være vandverdener med store mængder vand. Forhåbentlig kan atmosfæreobservationer i fremtiden - af tykke dampatmosfærer - understøtte eller tilbagevise de nye fund. ”
I mellemtiden er der stadig masser af stenede verdener derude, der kan udforskes for tegn på liv!
