Οι αστρονόμοι διερευνούν συνεχώς τους ουρανούς για το απροσδόκητο. Είναι πρόθυμοι να αγκαλιάσουν νέες ιδέες που μπορεί να αντικαταστήσουν τη σοφία των ετών που πέρασαν.
Υπάρχει όμως μια εξαίρεση στον κανόνα: η αναζήτηση για το Earth 2.0. Εδώ δεν θέλουμε να βρούμε το απροσδόκητο, αλλά το αναμενόμενο. Θέλουμε να βρούμε έναν πλανήτη τόσο παρόμοιο με τον δικό μας, μπορούμε σχεδόν να τον αποκαλέσουμε σπίτι.
Ενώ, δεν μπορούμε να απεικονίσουμε με ακρίβεια αυτούς τους πλανήτες με αρκετή λεπτομέρεια για να δούμε αν κάποιος είναι ένας υδάτινος κόσμος με πλούσια πράσινα φυτά και πολιτισμούς, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε έμμεσες μεθόδους για να βρούμε έναν πλανήτη "σαν τη Γη" - έναν πλανήτη με παρόμοια μάζα και ακτίνα στη Γη.
Υπάρχει μόνο ένα πρόβλημα: οι τρέχουσες τεχνικές μέτρησης της μάζας ενός εξωπλανήτη είναι περιορισμένες. Μέχρι σήμερα οι αστρονόμοι μετρούν την ακτινωτή ταχύτητα - μικροσκοπικές ταλαντώσεις στην τροχιά ενός αστεριού καθώς έλκεται από τη βαρυτική έλξη του εξωπλανήτη του - για να αποκομίσει την αναλογία μάζας πλανήτη προς άστρο.
Αλλά δεδομένου ότι οι περισσότεροι εξωπλανήτες εντοπίζονται μέσω του σήματος διέλευσης τους - βυθίζεται στο φως καθώς ένας πλανήτης περνά μπροστά από το αστέρι του ξενιστή του - δεν θα ήταν υπέροχο αν μπορούσαμε να μετρήσουμε τη μάζα του με βάση αυτή τη μέθοδο μόνο; Λοιπόν, οι αστρονόμοι στο MIT έχουν βρει έναν τρόπο.
Ο μεταπτυχιακός φοιτητής Julien de Wit και ο MacArthur Fellow Sara Seager έχουν αναπτύξει μια νέα τεχνική για τον προσδιορισμό της μάζας χρησιμοποιώντας μόνο το σήμα διαμετακόμισης ενός εξωπλανήτη. Όταν ένας πλανήτης διέρχεται, το φως του αστεριού περνά μέσα από ένα λεπτό στρώμα της ατμόσφαιρας του πλανήτη, το οποίο απορροφά ορισμένα μήκη κύματος του φωτός του αστεριού. Μόλις το φως του αστεριού φτάσει στη Γη, θα αποτυπωθεί με τα χημικά δακτυλικά αποτυπώματα της σύνθεσης της ατμόσφαιρας.
Το λεγόμενο φάσμα μετάδοσης επιτρέπει στους αστρονόμους να μελετήσουν την ατμόσφαιρα αυτών των εξωγήινων κόσμων.
Αλλά εδώ είναι το κλειδί: ένας πιο ογκώδης πλανήτης μπορεί να κρατήσει μια παχύτερη ατμόσφαιρα. Έτσι, θεωρητικά, η μάζα ενός πλανήτη θα μπορούσε να μετρηθεί με βάση την ατμόσφαιρα ή το φάσμα μετάδοσης μόνο.
Φυσικά δεν υπάρχει συσχέτιση ένας προς ένας ή θα το έχουμε καταλάβει εδώ και πολύ καιρό. Η έκταση της ατμόσφαιρας εξαρτάται επίσης από τη θερμοκρασία και το βάρος των μορίων της. Το υδρογόνο είναι τόσο ελαφρύ που γλιστρά μακριά από μια ατμόσφαιρα πιο εύκολα από, για παράδειγμα, οξυγόνο.
Έτσι ο de Wit εργάστηκε από μια τυπική εξίσωση που περιγράφει το ύψος της κλίμακας - την κατακόρυφη απόσταση από την οποία μειώνεται η πίεση μιας ατμόσφαιρας. Ο βαθμός στον οποίο μειώνεται η πίεση εξαρτάται από τη θερμοκρασία του πλανήτη, τη βαρυτική δύναμη του πλανήτη (π.χ. μάζα) και την πυκνότητα της ατμόσφαιρας.
Σύμφωνα με τη βασική άλγεβρα: η γνώση οποιωνδήποτε από αυτές τις παραμέτρους θα μας αφήσει να λύσουμε για την τέταρτη. Επομένως, η βαρυτική δύναμη του πλανήτη, ή η μάζα, μπορεί να προέρχεται από την ατμοσφαιρική θερμοκρασία, το προφίλ πίεσης και την πυκνότητά του - παραμέτρους που μπορούν να ληφθούν μόνο σε ένα φάσμα μετάδοσης.
Με τη θεωρητική δουλειά πίσω τους, οι de Wit και Seager χρησιμοποίησαν το καυτό Jupiter HD 189733b, με ήδη καθιερωμένη μάζα, ως μελέτη περίπτωσης. Οι υπολογισμοί τους αποκάλυψαν την ίδια μέτρηση μάζας (1,15 φορές τη μάζα του Δία) με εκείνη που προέκυψε από μετρήσεις ακτινικής ταχύτητας.
Αυτή η νέα τεχνική θα είναι σε θέση να χαρακτηρίσει τη μάζα των εξωπλανητών μόνο με βάση τα δεδομένα διέλευσης. Ενώ οι καυτοί Jupiters παραμένουν ο κύριος στόχος για τη νέα τεχνική, οι de Wit και Seager στοχεύουν να περιγράψουν πλανήτες σαν τη Γη στο εγγύς μέλλον. Με την έναρξη του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb που έχει προγραμματιστεί για το 2018, οι αστρονόμοι θα πρέπει να είναι σε θέση να αποκτήσουν τη μάζα πολύ μικρότερων κόσμων.
Το άρθρο έχει δημοσιευτεί στο Science Magazine και είναι τώρα διαθέσιμο για λήψη σε πολύ μεγαλύτερη μορφή εδώ.
