Skalista egzoplaneta wielkości Ziemi nie ma atmosfery

Astronomowie przeszukali skalistą, podobną do Ziemi egzoplanetę w poszukiwaniu oznak atmosfery – i nie znaleźli jej.

Już wcześniej wykrywano atmosfery na innych planetach, znacznie większych niż nasza własna, w tym na kilku gorących Jowiszach czy pod-Neptunach, z których wszystkie są zbudowane głównie z lodu i gazu. Ale po raz pierwszy naukowcy byli w stanie ustalić, czy planeta rozmiarów Ziemi i typu ziemskiego, poza naszym Układem Słonecznym, ma atmosferę.

Omawiana planeta, LHS 3844b, została odkryta w 2018 roku przez satelitę TESS a jej wielkość oceniono na 1,3 rozmiaru Ziemi. Planeta okrąża swoją gwiazdę w ciągu zaledwie 11 godzin, co czyni ją jedną z najszybciej orbitujących znanych egzoplanet. Sama gwiazda jest chłodnym, małym karłem typu M, który znajduje się zaledwie 49 lat świetlnych od Ziemi.

W artykule opublikowanym w Nature zespół donosi, że LHS 3844b prawdopodobnie nie ma ani gęstej atmosfery podobnej do wenusjańskiej, ani cienkiej, podobnej do ziemskiej. Zamiast tego planeta jest bardziej podobna do Merkurego – płonąca, naga skała. Jeżeli kiedykolwiek istniała atmosfera, to wg naukowców promieniowanie gwiazdy prawdopodobnie ją rozbiło na wczesnym etapie powstawania planety.

Czy jakakolwiek forma życia mogłaby przetrwać na tak jałowym pustkowiu? Daniel Koll, współautor pracy oraz jego koledzy twierdzą, że jest to niezwykle mało prawdopodobne, ponieważ brak atmosfery spowodowałby natychmiastowe ugotowanie się wszelkich organizmów na planecie. Ale to nie znaczy, że inne planety typu ziemskiego także są bez atmosfery.

W 2018 roku LHS 3844b była pierwszym pozasłonecznym światem potwierdzonym przez TESS, satelitę, który monitoruje tysiące najbliższych, najjaśniejszych gwiazd, pod kątem tranzytów – okresowych spadków jasności w świetle gwiazd, które mogłyby sygnalizować planetę przechodzącą przed jej tarczą, chwilowo blokując jej światło.

Laura Kreidberg, główna autorka pracy z CfA i jej zespół oznaczyli LHS 3844b jako idealne laboratorium, ponieważ jej gwiazda jest jasna i znajduje się w pobliżu, a więc źródło, na podstawie którego naukowcy mogliby szczegółowo zbadać planetę. Ponieważ LHS 3844b znajduje się bardzo blisko swojej gwiazdy, a zatem jest niesamowicie gorąca, Kreidberg i Koll uznali, że powinna oddać wystarczającą ilość ciepła, aby odsłonić wskazówki, czy ma atmosferę.

LHS 3844b jest ciągle zwrócona jedną stroną do swojej gwiazdy, tak jak Księżyc do Ziemi. Gdyby istniała atmosfera, cyrkulowała by ciepło na całej planecie, a ciepło emitowane zarówno przez dzienną jak i nocną stronę byłoby mniej więcej takie samo. W przypadku braku atmosfery strona dzienna byłaby znacznie gorętsza niż nocna.

Gdy planeta krąży wokół swojej gwiazdy, obserwator widzi różne jej twarze. Kiedy wyłania się zza swojej gwiazdy, dzienna strona planety jest odsłonięta. Następnie, przechodząc przed gwiazdą, planeta obraca się, aby pokazać swoją nocną stronę, po czym wraca, aby odsłonić swoją dzienną stronę, po czym ponownie przechodzi za gwiazdę.

Naukowcy doszli do wniosku, że gdyby mogli mierzyć ciepło wydzielane przez różne twarze planety w czasie jej orbitowania wokół gwiazdy, mogliby określić różnice temperatur między stroną dzienną i nocną, a ostatecznie, czy planeta ma atmosferę.

Aby przetestować ten pomysł, zespół użył teleskopu Spitzera, instrumentu mierzącego promieniowanie podczerwone lub cieplne, i skierował go w stronę LHS 3844b na czas 100 godzin, przechwytując łącznie około 10 okrążeń planety. Mierzyli ciepło wydzielane przez różne twarze planety na każdym okrążeniu.

Na podstawie tych pomiarów naukowcy obliczyli, że po dziennej stronie panuje ogromna temperatura 1000 K a na nocnej wynosi zaledwie 0 K. Drastyczna różnica temperatur wskazuje, że planeta nie ma gęstej, przypominającej wenusjańską, atmosfery, która równomiernie rozprowadzałaby temperaturę po planecie.

Zespół przeprowadził symulację różnych scenariuszy obejmujących cieńsze atmosfery o różnym składzie, ale odkrył, że żaden z nich nie wytwarzał rozkładu ciepła, który by pasował do ich obserwacji, co wskazuje, że planeta również nie ma cienkiej atmosfery podobnej do ziemskiej.

Był jeden scenariusz, w którym wyjątkowo cienka atmosfera, podobna do marsjańskiej, mogła wytworzyć drastyczną różnicę temperatur na planecie. Zespół odkrył jednak, że jest mało prawdopodobne, aby tak cienka atmosfera pozostała stabilna, ponieważ promieniowanie gwiazdy szybko rozdmuchało by wszelkie śladowe gazy otaczające planetę.

Naukowcy doszli do wniosku, że LHS 3844b jest zasadniczo super gorącą, nagą skałą. Ale jaka to może być skała? W ostatnim kroku zespół starał się określić jej skład, mierząc albedo. Jak wiemy na Ziemi, różne minerały odbijają światło w różnym stopniu – bazalt, który jest czarną, zestaloną lawą, odbija bardzo mało światła, podczas gdy jaśniejsze skały, takie jak granit, zawierające minerały, takie jak kwarc, mają wyższy współczynnik odbicia. Zespół zmierzył stosunek jasności gwiazdy do jasności planety, aby obliczyć współczynnik albedo planety.

Chociaż grupa doszła do wniosku, że na LHS 3844b nie ma atmosfery – a zatem i życia – twierdzą, że może nie być tak samo w przypadku podobnych egzoplanet typu ziemskiego, krążących wokół chłodnych karłów typu M. Mają nadzieję, że zastosują swoją technikę na innych skalistych egzoplanetach, w tych, które krążą dalej od swoich gwiazd i mają większe szanse na zachowanie atmosfery.

„Atmosfery pomagają chronić życie i osłaniać je przed promieniowaniem UV. Byłabym podekscytowana wykryciem atmosfery na planecie, nawet jeśli jest ona trochę za gorąca lub za zimna, ponieważ to by nam powiedziało, że niektóre ziemskie egzoplanety mogą mieć atmosferę i prawdopodobnie gdzieś tam będzie to odpowiednia temperatura, która byłaby w stanie utrzymać płynną wodę” – mówi Kreidberg.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
MIT

Dodaj komentarz

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.