Hogyan keressünk óceánokat az exobolygókon?

3112

Az exobolygók légköri összetételéből következtethetünk arra, hogy túl forró-e vagy sem a felszín a folyékony víz fennmaradásához. A Naprendszerünk bolygói vagy kisebb kőzetbolygók (mint a Föld), vagy nagyobb gázbolygók (mint a Neptunusz). Más csillagok körül viszont találtak a két kategória közé eső bolygókat is, amelyek a Földnél kissé nagyobbak, a Neptunusznál viszont kisebbek. Ezeknek a bolygóknak szilárd felszíne is lehet, vagy boríthatja őket folyékony óceán is, az viszont valószínű, hogy a Földnél jóval vaskosabb, átlátszatlan az atmoszférájuk.

Az Astrophysical Journal Letters tudományos folyóiratban megjelent új tanulmányban arról számolnak be, hogy bizonyos esetekben a légkör kémiai tulajdonságai a felszíni körülményekről árulkodhatnak – konkrétan arról, melyik bolygók túl forróak ahhoz, hogy folyékony vizű óceán legyen rajtuk. Mivel a folyékony víz az általunk ismert élethez elengedhetetlen, a bemutatott technika hozzájárul a potenciálisan lakható exobolygók (Naprendszeren kívüli bolygók) felkutatásához is. A galaxisunkban már több mint 4500 exobolygó létezését erősítették meg, és további 7700 jelölt vár még megerősítésre; becslések szerint pedig több százmilliárd exobolygó lehet a galaxisunkban.

A spektrométerekkel felszerelt űrtávcsövekkel vizsgálható egy exobolygó légkörének kémiai összetétele. A Föld kémiai profiljából például nem derülne ki, hogy tehenek vagy emberek sétálnak a felszínén, de az igen, hogy élőlények termelte szén-dioxid és metán, valamint növények készítette oxigén van a légkörben. Önmagunkban egyik összetevő sem jelentené azt, hogy a bolygónk lakott, de együttes jelenlétük már arra utalna, hogy élőlények vannak rajta.

Az új tanulmányban a Föld átmérőjénél 1,7-3,5-ször nagyobb exobolygókat vizsgálnak, valamint azt, hogy mely kémiai összetevőkből lehet a légkör alatt megbújó folyékony óceánokra következtetni. Mivel a Neptunusz átmérője körülbelül négyszerese a Földének, így az ilyen méretű bolygók szub-Neptunuszokként is ismertek.

A különböző exobolygótípusokat bemutató animáció (Forrás: NASA/JPL-Caltech)

Egy szub-Neptunusz bolygó vaskos atmoszférája a felszíni hőmérsékletet csapdázva melegítené fel a légkört. Ha ez elér egy bizonyos határt (tipikusan kb. 770 °C), akkor egy ún. termokémiai egyensúlyi folyamat megy végbe, ami megváltoztatja a bolygó kémiai profilját. Miután ez az egyensúly beáll (ha feltételezzük, hogy a bolygó légkörét főleg hidrogén alkotja, ami a legtöbb gáz-exobolygóra jellemző), a szén és nitrogén túlnyomórészt metán és ammónia formájában lesz jelen.

Ezek a vegyületek többnyire hiányoznának egy hidegebb, vékonyabb légkörű bolygón, ahol még nem állt be a termokémiai egyensúly. Ebben az esetben a szén és nitrogén domináns formái a szén-dioxid, valamint a két nitrogénatomból álló molekula lennének.

A felszíni folyékony vizű óceán más nyomokat is hagyna maga után az új eredmények szerint, többek között például hiányozna a szabad ammónia, mert az óceánban oldott formában lenne jelen. Az ammóniagáz az óceán pH-értékétől, azaz savasságától függően jól oldódik vízben. A tanulmány szerint valószínű pH-értékű óceánok széles skáláját vizsgálva a légkörben gyakorlatilag nem lenne ammónia, ha alatta nagy óceán található.

Továbbá több szén-dioxid lenne a légkörben, mint szén-monoxid. Összevetésképpen, termokémiai egyensúlyban több szén-monoxid lenne, mint szén-dioxid – ha egyáltalán detektálható mennyiségben lennének a légkörben. Renyu Hu, a tanulmány vezető szerzője szerint, ha a termokémiai egyensúly jeleit fedezik fel, akkor megállapítható, hogy a bolygó túl forró az általunk ismert élet számára. Ha pedig nem látjuk az egyensúly jeleit, mellette pedig folyékony vízben oldott gáz nyomait fedezzük fel, az erősen utalhat a lakhatóságra.

A Föld átmérőjénél 1,7-3,5-szer nagyobb bolygókra olykor szub-Neptunuszokként is hivatkoznak. A Naprendszerben nincsen ilyen méretű bolygó, viszont kutatók szerint sok szub-Neptunusznak lehet vaskos légköre, alatta potenciálisan szilárd felszínnel vagy óceánokkal. (Forrás: NASA/JPL-Caltech)

A NASA James Webb-űrteleszkópja december 18-án fog indulni, rajta egy, az exobolygók légkörét vizsgálni képes spektrométerrel. Az ilyen és ehhez hasonló tanulmányok során azt kutatják, milyen kémiai profilokat fog majd a Webb-űrteleszkóp látni, és ezek mit jelenthetnek majd a vizsgált bolygók szempontjából. A távcső képes lesz majd a termokémiai egyensúly jeleit azonosítani, így a mérései alapján számíthatunk arra, hogy szub-Neptunuszok óceánjaira bukkanjunk.

Ahogyan pedig a Webb-űrteleszkóp majd új exobolygókat fedez fel, illetve tanulmányoz részletesebben, úgy segíti a kutatókat a további vizsgálatokra érdemes bolygók kiválasztásában – különös tekintettel azokra a célpontokra, ahol potenciálisan élet is lehet. Egyelőre még nincsenek direkt megfigyelési bizonyítékaink a szub-Neptunuszok általános fizikai jellemzőiről. Sokukat jelentős hidrogénlégkör burkolja, de jó néhány óceánbolygó is lehet közöttük. A tanulmány szerzői bíznak benne, hogy az eredményeik minél több megfigyelést motiválnak majd, hogy többet tudjunk meg ezekről a különleges bolygókról.

Forrás: NASA JPL

Hozzászólás

hozzászólás