Vanddamp er blevet opdaget på en beboelig zoneplanet 110 lysår væk

konceptkunst til K2-18b UCL

Astronomer har for første gang opdaget beviser for vand på en potentielt beboelig planet uden for vores solsystem.

Resultaterne viser, at planeten K2-18b, som kredser om en rød dværgstjerne 110 lysår fra Jorden, og som allerede blev anset for at være potentielt beboelig, har vanddamp i sin atmosfære.

Det er første gang en sådan opdagelse, rapporteret i et par artikler offentliggjort i Natur astronomi og uploadet til arXiv , er blevet lavet til en planet, der ligger i den beboelige zone - kredsløbet omkring en stjerne, hvor flydende vand teoretisk kunne eksistere på en planets overflade.

Dette er den eneste planet lige nu, som vi kender til uden for solsystemet, der har den korrekte temperatur til at understøtte vand, har en atmosfære og har vand i sig - hvilket gør denne planet til den bedste kandidat til beboelighed, som vi kender lige nu, siger Angelos Tsiaras, en exoplanetforsker fra University College London og hovedforfatteren af ​​Nature Astronomy-studiet.

Mens de to artikler deler den generelle konklusion, at K2-18b har vandindhold, er der en del dagslys mellem deres tilgange, og deres resultater har forskellige implikationer for selve planetens overordnede struktur.

Hvor de to grupper er enige er, at K2-18b ikke er en anden Jord. Exoplaneten har otte gange Jordens masse og er dobbelt så stor. Den er ret tæt på sin værtsstjerne (med en omløbsperiode på 33 dage), men denne stjerne er halvt så stor som solen og temperaturen. K2-18bs eksistens blev bekræftet i 2015, og efterfølgende undersøgelser foreslog, at den var stenet og muligvis var i besiddelse af en betydelig gasformig kappe eller et hav.

Begge hold kiggede på Hubble-data for at observere stjernegennemgangene af K2-18b, mens den kredsede om sin værtsstjerne. Når stjernelys bevæger sig gennem en planets atmosfære, bliver det spredt af tilstedeværelsen af ​​forskellige atmosfæriske elementer og forbindelser. Forskere kan analysere denne spredning for at bestemme, hvad en planets atmosfære er lavet af. Holdet ledet af Björn Benneke, en exoplanetforsker fra Université de Montréal og hovedforfatter på arXiv-papiret, havde også adgang til data fra Kepler- og Spitzer-rumteleskoperne.

Resultatet er, at Nature Astronomy-papiret, som er peer-reviewed og mere konservativt i sine resultater, konkluderer, at der er en betydelig koncentration af vand i K2-18bs atmosfære, selvom forskerne spekulerer på, at det kan udgøre så lidt som 0,01 % af atmosfæren eller så meget som 50 %.

Tsiaras og hans team mener, at planeten sandsynligvis er en stenet superjord i besiddelse af en atmosfære, der enten er meget vanddominerende, stærkt blandet med en gennemsigtig gas som nitrogen eller har betydelig skydannelse. Det atmosfæriske vand kunne være et tegn på flydende vand på overfladen (som måske kunne være fuldstændig dækket af et hav), men det er uklart for nu.

I mellemtiden kommer Benneke og hans team hårdt ned på den konklusion, at K2-18b har skyer lavet af vand - mange af dem. De foreslår også en meget mere eksotisk version af planeten. Deres model, som inkorporerer Kepler- og Spitzer-dataene, antyder, at K2-18b er en mini-Neptun bestående af en lille is- eller stenet kerne pakket ind i en gasformig kappe. Inden for visse lag af atmosfæren er vanddampen i stand til at kondensere til væskedråber. Fra et astrobiologisk synspunkt er det meget vigtigere, siger Benneke. Det er tilstedeværelsen af ​​flydende vand - ikke damp - der tillader livets biokemiske processer at finde sted. K2-18b kan være hjemsted for mikroskopisk liv, der flyder gennem gaslaget og lever af kondenserede vanddråber i skyerne.

Begge papirer er påvirket af begrænsningerne i den nuværende teknologi. Faktisk er Hubble noget af en antik i disse dage. Dens kameraer var egentlig ikke beregnet til denne slags undersøgelser, og der er kun så meget software, der kan gøre i post-observationsanalyse til at modellere en atmosfære 110 lysår væk.

Kepler og Spitzer giver et bredere udvalg af observationer (derfor arXiv-papirets skydannelsesmodeller), men de er mindre præcise end Hubble. Vi har stadig ingen idé om temperaturer på planeten (Tsiaras' team pitcher et område mellem -100 og 116 °F, eller -73 og 47 °C), hvor netop vanddampen er placeret i atmosfæren, hvilke andre forbindelser kunne findes i atmosfæren, uanset om det er en tidevandslåst planet eller andre træk, der kunne tegne et skarpere billede af, hvor beboelig K2-18b kunne være.

Jordbaserede teleskoper kan muligvis lave nogle nyttige observationer, men det er faktisk meget svært at observere en atmosfære med vand igennem en atmosfære med vand. Nogle teleskoper, som f.eks Ekstremt stort teleskop i det nordlige Chile og Tredive meter teleskop på Hawaii, kan have held med at studere K2-18b, men ingen af ​​dem vil være operationelle før sidste halvdel af det næste årti.

Så i stedet er vores bedste bud at lave opfølgende observationer med to efterfølgere til Hubble: James Webb Space Telescope , som skal opsendes i kredsløb i 2021, men er blevet gentagne gange forsinket, og Den Europæiske Rumorganisations ARIEL-rumteleskop , planlagt at lancere i 2029. Begge vil være i stand til at gøre observationer mere præcise og bredere på tværs af det elektromagnetiske spektrum og identificere flere typer molekyler i atmosfæren, såsom kuldioxid, metan eller ammoniak. Disse teleskoper vil også hjælpe os med at opnå en meget mere konkret fornemmelse af vandindholdet og strukturen af ​​K2-18b – uanset om planeten viser sig at være en superjord eller en mini-Neptun.

Det faktum, at vi stadig kan bruge Hubble til at lave innovativ videnskab som denne, er helt forbløffende, siger Ryan Cloutier ved Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics, som ikke var involveret i nogen af ​​undersøgelserne. Alligevel vil et instrument som JWST give en forbedring i størrelsesorden i målepræcision i forhold til Hubble, siger han, hvilket gør det meget lettere at lave detaljerede undersøgelser af nogen af 55 beboelige zone exoplaneter .

Det er vigtigt at bemærke, at K2-18b-signalerne er langt fra lufttætte. Disse typer undersøgelser er altid vanskelige, siger Cloutier. Tidligere er nogle signaler i det væsentlige 'forsvundet' efter yderligere analyse eller efter en uafhængig analyse fra et andet forskerhold.

Alligevel er det sjældent at skimte beviser for vand i en anden planets atmosfære, og det alene burde være med til at vække tilstrækkelig interesse for at holde disse typer undersøgelser i gang, når det næste årtis teknologier går online.

skjule