Πώς εντοπίσαμε νερό σε έναν δυνητικά κατοικήσιμο εξωπλανήτη για πρώτη φορά

Με περισσότερους από 4.000 εξωπλανήτες –πλανήτες σε τροχιά γύρω από αστέρια εκτός από τον ήλιο μας– που έχουν ανακαλυφθεί μέχρι στιγμής, μπορεί να φαίνεται ότι βρισκόμαστε στο κατώφλι να μάθουμε αν είμαστε μόνοι στο Σύμπαν. Δυστυχώς όμως, δεν γνωρίζουμε πολλά για αυτούς τους πλανήτες – στις περισσότερες περιπτώσεις μόνο η μάζα και η ακτίνα τους.

Η κατανόηση του εάν ένας πλανήτης θα μπορούσε να φιλοξενήσει ζωή απαιτεί πολλές περισσότερες πληροφορίες. Αυτή τη στιγμή, μια εξαιρετικά σημαντική πληροφορία που λείπει είναι η παρουσία, η σύνθεση και η δομή των ατμόσφαιρών τους. Τα σημάδια του ατμοσφαιρικού νερού, του οξυγόνου και του μεθανίου θα ήταν όλα σημάδια ότι ένας πλανήτης μπορεί να υποστηρίζει ζωή.

Τώρα καταφέραμε για πρώτη φορά να ανιχνεύσουμε υδρατμούς στην ατμόσφαιρα ενός εξωπλανήτη που είναι δυνητικά κατοικήσιμος. Τα αποτελέσματά μας έχουν δημοσιευτεί στο Nature Astronomy .

Η ατμόσφαιρα ενός πλανήτη παίζει ζωτικό ρόλο στη διαμόρφωση των συνθηκών στο εσωτερικό του - ή στην επιφάνειά του, εάν υπάρχει. Η σύνθεση, η σταθερότητα και η δομή του παρέχουν σημαντικές ενδείξεις για το πώς είναι να βρίσκεσαι εκεί. Μέσω ατμοσφαιρικών μελετών, μπορούμε επομένως να μάθουμε για την ιστορία του πλανήτη, να διερευνήσουμε την κατοικησιμότητα του και, τελικά, να ανακαλύψουμε σημάδια ζωής.

Η κύρια μέθοδος που χρησιμοποιούμε κατά την εξέταση εξωπλανητών είναι η φασματοσκοπία διέλευσης. Αυτό περιλαμβάνει την εξέταση του αστρικού φωτός καθώς ένας πλανήτης περνά μπροστά από το άστρο υποδοχής του. Καθώς διέρχεται, το αστρικό φως φιλτράρεται μέσω της ατμόσφαιρας του πλανήτη – με το φως να απορροφάται ή να εκτρέπεται με βάση τις ενώσεις από τις οποίες αποτελείται η ατμόσφαιρα.

Η ατμόσφαιρα λοιπόν αφήνει ένα χαρακτηριστικό αποτύπωμα στο αστρικό φως που προσπαθούμε να παρατηρήσουμε. Περαιτέρω ανάλυση μπορεί στη συνέχεια να μας βοηθήσει να αντιστοιχίσουμε αυτό το αποτύπωμα με γνωστά στοιχεία και μόρια, όπως το νερό ή το μεθάνιο.

Προς το παρόν, η μελέτη των ατμοσφαιρικών εξωπλανητών είναι περιορισμένη, καθώς αυτού του είδους η μέτρηση απαιτεί πολύ υψηλή ακρίβεια, την οποία τα σημερινά όργανα δεν κατασκευάστηκαν για να προσφέρουν. Αλλά μοριακές υπογραφές από το νερό έχουν βρεθεί στις ατμόσφαιρες αερίων πλανητών, παρόμοιες με τον Δία ή τον Ποσειδώνα. Δεν έχει παρατηρηθεί ποτέ πριν σε μικρότερους πλανήτες – μέχρι τώρα.

K2-18 b

Ο K2-18 b ανακαλύφθηκε το 2015 και είναι ένας από τους εκατοντάδες «υπερ-Γη» - πλανήτες με μάζα μεταξύ Γης και Ποσειδώνα - που βρέθηκαν από το διαστημόπλοιο Kepler της NASA. Είναι ένας πλανήτης με οκτώ φορές τη μάζα της Γης που περιφέρεται γύρω από ένα λεγόμενο αστέρι "κόκκινος νάνος", το οποίο είναι πολύ πιο ψυχρό από τον ήλιο.

Ωστόσο, το K2-18b βρίσκεται στην «κατοικήσιμη ζώνη» του αστέρα του που σημαίνει ότι έχει τη σωστή θερμοκρασία για να υποστηρίξει το υγρό νερό. Δεδομένης της μάζας και της ακτίνας του, ο K2-18 b δεν είναι αέριος πλανήτης, αλλά έχει μεγάλη πιθανότητα να έχει βραχώδη επιφάνεια.

Αναπτύξαμε αλγόριθμους για την ανάλυση του αστρικού φωτός που φιλτράρεται από αυτόν τον πλανήτη χρησιμοποιώντας φασματοσκοπία διέλευσης, με δεδομένα που παρέχονται από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble.

Αυτό μας επέτρεψε να κάνουμε την πρώτη επιτυχημένη ανίχνευση μιας ατμόσφαιρας με υδρατμούς γύρω από έναν μη αέριο πλανήτη, ο οποίος βρίσκεται επίσης εντός της κατοικήσιμης ζώνης του αστέρα του.

Για να οριστεί ένας εξωπλανήτης ως κατοικήσιμος, υπάρχει ένας μακρύς κατάλογος απαιτήσεων που πρέπει να ικανοποιηθούν. Το ένα είναι ότι ο πλανήτης πρέπει να βρίσκεται στην κατοικήσιμη ζώνη όπου το νερό μπορεί να υπάρχει σε υγρή μορφή. Είναι επίσης απαραίτητο ο πλανήτης να έχει μια ατμόσφαιρα που να προστατεύει τον πλανήτη από κάθε επιβλαβή ακτινοβολία που προέρχεται από το άστρο του.

Ένα άλλο σημαντικό στοιχείο είναι η παρουσία νερού, ζωτικής σημασίας για τη ζωή όπως το ξέρουμε. Αν και υπάρχουν πολλά άλλα κριτήρια για την κατοικησιμότητα, όπως η παρουσία οξυγόνου στην ατμόσφαιρα, η έρευνά μας έχει κάνει το K2-18b τον καλύτερο υποψήφιο μέχρι σήμερα. Είναι ο μόνος εξωπλανήτης που πληροί τρεις προϋποθέσεις για κατοικησιμότητα:τις σωστές θερμοκρασίες, την ατμόσφαιρα και την παρουσία νερού.

Ωστόσο, δεν μπορούμε να πούμε, με τα σημερινά δεδομένα, πόσο πιθανό είναι ο πλανήτης να υποστηρίξει ζωή. Τα δεδομένα μας περιορίζονται σε μια περιοχή του φάσματος – αυτό δείχνει πώς το φως διασπάται κατά μήκος κύματος – όπου κυριαρχεί το νερό, επομένως άλλα μόρια δυστυχώς δεν μπορούν να επιβεβαιωθούν.

Πρώτος από πολλούς;

Με την επόμενη γενιά τηλεσκοπίων, όπως το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb και η διαστημική αποστολή ARIEL, θα είμαστε σε θέση να βρούμε περισσότερες πληροφορίες για τη χημική σύνθεση, την κάλυψη των νεφών και τη δομή της ατμόσφαιρας του K2-18 b. Αυτό θα μας βοηθήσει να καταλάβουμε πόσο κατοικήσιμο είναι.

Αυτές οι αποστολές θα μπορούσαν επίσης να διευκολύνουν την πραγματοποίηση παρόμοιων ανιχνεύσεων για άλλα βραχώδη σώματα στις κατοικήσιμες ζώνες των μητρικών αστεριών τους.

Αυτό θα ήταν σίγουρα συναρπαστικό. Με το K2-18 b να απέχει 110 έτη φωτός, δεν είναι πραγματικά ένας πλανήτης που θα μπορούσαμε να επισκεφτούμε –ακόμα και με μικροσκοπικούς ρομποτικούς ανιχνευτές– στο άμεσο μέλλον.

Είναι συναρπαστικό, μάλλον είναι θέμα χρόνου να βρούμε παρόμοιους πλανήτες που είναι πιο κοντά. Επομένως, ίσως είμαστε σε καλό δρόμο να απαντήσουμε στο παλιό ερώτημα αν τελικά είμαστε μόνοι στο Σύμπαν.

• Άγγελος Τσιάρας, Επιστημονικός Συνεργάτης Φυσικής και Αστρονομίας, UCL

Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύεται από το The Conversation με άδεια Creative Commons. Διαβάστε το αρχικό άρθρο.

Ακολουθήστε το Science Focus στο Twitter, το Facebook, το Instagram και Flipboard