Astronomi stalno provjeravaju nebo neočekivano. Oni su spremni prihvatiti nove ideje koje mogu zamijeniti mudrost prošlih godina.
Ali postoji jedna iznimka od pravila: pretraživanje Zemlje 2.0. Ovdje ne želimo pronaći neočekivano, već očekivano. Želimo pronaći planet toliko sličan našem, da ga gotovo možemo nazvati domom.
Iako ne možemo točno zamisliti ove planete s dovoljno velikim detaljima da vidimo je li čovjek vodeni svijet sa svijetlim zelenim biljkama i civilizacijama, možemo koristiti indirektne metode za pronalaženje planeta "sličnog Zemlji" - planeta slične mase i radijus prema Zemlji.
Postoji samo jedan problem: trenutne tehnike za mjerenje mase egzoplaneta su ograničene. Do danas astronomi mjere radijalnu brzinu - sitne titraje u orbiti zvijezde koliko je vučena gravitacijskim povlačenjem svoje egzoplanete - kako bi dobili omjer mase planeta-zvijezda.
Ali s obzirom na to da se većina egzoplaneta otkriva putem njihovog tranzitnog signala - zaranja u svjetlost dok planet prolazi ispred svoje zvijezde domaćina - zar ne bi bilo sjajno kada bismo mogli izmjeriti njegovu masu samo ovom metodom? Pa, astronomi na MIT-u su pronašli način.
Diplomski student Julien de Wit i suradnik MacArthur-a Sara Seager razvili su novu tehniku za određivanje mase koristeći samo tranzitni signal egzoplanete. Kad planet prolazi, zvijezda svjetlost prolazi kroz tanki sloj atmosfere planete, koji apsorbira određene valne duljine svjetlosti zvijezde. Nakon što zvijezda dosegne Zemlju, ona će biti utisnuta kemijskim otiscima sastava atmosfere.
Takozvani prijenosni spektar omogućava astronomima da proučavaju atmosferu tih izvanzemaljskih svjetova.
No, tu je ključ: masivniji planet može se održati u gušćoj atmosferi. Dakle, u teoriji, masa planeta može se mjeriti na osnovu atmosfere ili samog prijenosnog spektra.
Naravno da nema međusobne korelacije ili bismo to davno shvatili. Količina atmosfere ovisi i o temperaturi i težini molekula. Vodonik je toliko lagan da lakše izlazi iz atmosfere nego, recimo, kisik.
Tako je de Wit radio iz standardne jednadžbe koja je opisivala visinu ljestvice - vertikalnu udaljenost preko koje se smanjuje pritisak atmosfere. U kojoj mjeri pritisak pada, ovisi o njegovoj temperaturi, gravitacijskoj sili planete (a.k.a. masa) i gustoći atmosfere.
Prema osnovnoj algebri: poznavanje bilo koja od ovih parametara donijet će nam rješenje za četvrti. Stoga se gravitaciona sila ili masa planeta može izvesti iz njene atmosferske temperature, profila tlaka i gustoće - parametara koji se mogu dobiti u spektru prenosa.
S teoretskim radom iza sebe, de Wit i Seager koristili su vrući Jupiter HD 189733b, s već dobro utvrđenom masom, kao studiju slučaja. Njihovi proračuni otkrili su isto mjerenje mase (1,15 puta veće od Jupiterove mase) kao ono dobiveno mjerenjima radijalne brzine.
Ova nova tehnika moći će karakterizirati masu egzoplaneta samo na temelju njihovih podataka o tranzitu. Dok su vrući Jupiteri i dalje glavna meta nove tehnike, de Wit i Seager nastoje u skoroj budućnosti opisati planete slične Zemlji. Pokretanjem svemirskog teleskopa James Webb zakazanom za 2018. godinu, astronomi bi trebali dobiti masu mnogo manjih svjetova.
Rad je objavljen u časopisu Science Magazine i sada je dostupan za mnogo duži oblik ovdje.
