Астрономите постоянно сондират небето за неочакваното. Те са готови да възприемат нови идеи, които може да заменят мъдростта от минали години.
Но има едно изключение от правилото: търсенето на Земя 2.0. Тук не искаме да намерим неочакваното, а очакваното. Искаме да намерим планета, толкова подобна на нашата, че почти можем да я наречем у дома.
Макар че не можем точно да представим тези планети с достатъчно големи подробности, за да видим дали човек е воден свят с пищни зелени растения и цивилизации, можем да използваме косвени методи, за да намерим „подобна на Земята“ планета - планета с подобна маса и радиус към Земята.
Има само един проблем: настоящите техники за измерване на масата на екзопланетата са ограничени. Към днешна дата астрономите измерват радиалната скорост - малки вълнички в орбитата на звездата, тъй като тя се дърпа от гравитационното издърпване на нейната екзопланета - за да се получи съотношението маса на планетата към звездата.
Но като се има предвид, че повечето екзопланети се откриват чрез транзитния им сигнал - потъване в светлина, докато планетата преминава пред своята звезда-домакин - не би ли било чудесно, ако можем да измерим масата му само въз основа на този метод? Е, астрономите в MIT са намерили начин.
Аспирантът Жулиен дьо Вит и сътрудникът на Макартур Сара Сигер са разработили нова техника за определяне на масата, като използват самостоятелно транзитния сигнал на екзопланета. Когато планетата преминава, светлината на звездата преминава през тънък слой от атмосферата на планетата, който поглъща определени дължини на вълната на светлината на звездата. След като звездната светлина достигне Земята, тя ще бъде отпечатана с химическите отпечатъци от състава на атмосферата.
Така нареченият спектър на предаване позволява на астрономите да изучават атмосферите на тези извънземни светове.
Но ето ключът: една по-масивна планета може да се задържи в по-плътна атмосфера. Така че на теория масата на планетата може да бъде измерена въз основа на атмосферата или само на предавателния спектър.
Разбира се, че няма връзка една към една или бихме разбрали това отдавна. Степента на атмосферата също зависи от нейната температура и теглото на нейните молекули. Водородът е толкова лек, че се изплъзва от атмосферата по-лесно от, да речем, кислорода.
Така де Вит работи от стандартно уравнение, описващо височината на скалата - вертикалното разстояние, над което налягането на атмосфера намалява. Степента, в която налягането спада, зависи от температурата на планетата, нейната гравитационна сила (а.к.а. маса) и плътността на атмосферата.
Според основната алгебра: познаването на трите от тези параметри ще ни разреши за четвъртия. Следователно гравитационната сила или масата на планетата може да бъде получена от нейната атмосферна температура, профил на налягането и плътност - параметри, които могат да се получат само в предавателен спектър.
С теоретичната работа зад тях де Вит и Сийгър използват горещия Jupiter HD 189733b, с вече добре установена маса, като казус. Техните изчисления разкриват същото измерване на масата (1,15 пъти по-голямо от масата на Юпитер) като това, получено чрез измервания на радиална скорост.
Тази нова техника ще може да характеризира масата на екзопланетите само въз основа на данните им за транзит. Докато горещите Юпитери остават основната мишена за новата техника, де Вит и Сийгер се стремят да опишат планети, подобни на Земята, в близко бъдеще. С пускането на космическия телескоп James Webb, планиран за 2018 г., астрономите трябва да могат да получат масата на много по-малки светове.
Документът е публикуван в Science Magazine и вече е достъпен за изтегляне в много по-дълъг вид тук.
