At måle det atmosfæriske tryk på en fjern exoplanet kan virke som en skræmmende opgave, men astronomer ved University of Washington har nu udviklet en ny teknik til at gøre netop det.
Da opdagelser af exoplaneter først begyndte at rulle ind, lagde astronomer vægt på at finde planeter i den beboelige zone - båndet omkring en stjerne, hvor vandet hverken fryser eller koger. Men karakterisering af miljøet og beboeligheden af en exoplanet afhænger ikke alene af planetens overfladetemperatur.
Atmosfærisk tryk er lige så vigtigt for at måle, om overfladen af en exoplanet sandsynligvis kan indeholde flydende vand. Enhver, der er bekendt med camping i stor højde, bør have en god forståelse af, hvordan tryk påvirker vands kogepunkt.
Metoden udviklet af Amit Misra, en ph.d.-kandidat, involverer isolering af 'dimerer' - bundne par af molekyler, der har tendens til at dannes ved høje tryk og tætheder i en planets atmosfære - ikke at forveksle med 'monomerer', som simpelthen er fritsvævende molekyler. Mens der er mange typer dimerer, fokuserede forskerholdet udelukkende på oxygenmolekyler, som midlertidigt er bundet til hinanden gennem hydrogenbinding.
Vi kan indirekte opdage dimerer i en exoplanets atmosfære, når exoplaneten passerer foran dens værtsstjerne. Når stjernens lys passerer gennem et tyndt lag af planetens atmosfære, absorberer dimererne visse bølgelængder af den. Når først stjernelyset når Jorden, er det præget med dimerernes kemiske fingeraftryk.
Dimerer absorberer lys i et karakteristisk mønster, som typisk har fire toppe på grund af molekylernes rotationsbevægelse. Men mængden af absorption kan ændre sig afhængigt af det atmosfæriske tryk og densitet. Denne forskel er meget mere udtalt i dimerer end i monomerer, hvilket gør det muligt for astronomer at få yderligere information om det atmosfæriske tryk baseret på forholdet mellem disse to signaturer.
Mens vanddimerer blev opdaget i jordens atmosfære allerede sidste år, kan kraftige teleskoper, der snart kommer online, gøre det muligt for astronomer at bruge denne metode til at observere fjerne exoplaneter. Holdet analyserede sandsynligheden for at bruge James Webb Space Telescope til at foretage en sådan påvisning og fandt det udfordrende, men muligt.
At detektere dimerer i en exoplanets atmosfære ville ikke kun hjælpe os med at evaluere det atmosfæriske tryk og derfor vandets tilstand på overfladen, men også andre biosignaturmarkører. Ilt er direkte knyttet til fotosyntese og vil højst sandsynligt ikke være rigeligt i en exoplanets atmosfære, medmindre det regelmæssigt produceres af alger eller andre planter.
'Så hvis vi finder en god målplanet, og du kunne opdage disse dimer-molekyler - hvilket måske er muligt inden for de næste 10 til 15 år - ville det ikke kun fortælle dig noget om tryk, men faktisk fortælle dig, at der er liv på den planet ,” sagde Misra i en pressemeddelelse.
Artiklen er blevet offentliggjort i februar-udgaven af Astrobiology og kan downloades her.