För tjugo år sedan, nästan till dagen, två konkurrerande team av astronomer självständigt upptäckte den första kända transitering exoplanet—en värld som, sett från jorden, passerade över ansiktet av sin stjärna, kastar en skugga mot vaksamma teleskop här., Två decennier senare har transits blivit livsnerven i exoplanet-studier, vilket ger tusentals världar via rymdteleskop som NASA: s Kepler och Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) – uppdrag och tillåter forskare att inte bara mäta en Planets storlek och bana utan också dess densitet och bulkkomposition. Kort sagt, transitering världar har visat sig vara keystones i den spirande sökandet efter jordens kosmiska tvillingar. Redan 1999 var dock tanken att dessa exoplanetära skuggor skulle kunna upptäckas alls så fantastisk att valideringen av den tog två gruppers separata ansträngningar.,
ett liknande scenario spelar nu ut igen: två vetenskapliga lag har meddelat sin oberoende upptäckt av vatten-grunden för biologi som vi känner till det-i atmosfären av en transitplanet kallad K2-18 B. planeten kretsar i den beboeliga zonen i sin stjärna, den söta platsen där starlight kan värma en värld som tillåter vatten att simma och flöda på dess yta., En milstolpe i sökandet efter främmande liv, resultatet förebådar en nära framtid där astronomer kommer att använda nya, avancerade teleskop på marken och i rymden för att djupare studera de mest lovande planeterna runt vår solens närliggande stjärnor.
” detta är den enda planet just nu som vi vet utanför solsystemet som har rätt temperatur för att stödja vatten, som har en atmosfär och som har vatten i det”, säger Angelos Tsiaras, en astronom vid University College London och huvudförfattare till en av studierna, som publicerades idag i Nature Astronomy., Tsiaras och hans kollegor använde sofistikerade datormodeller för att reta ut tecken på vattenånga på K2-18 B från data som samlats in av Hubble Space Telescope, vilket gör planeten, säger han, ”den bästa kandidaten för habitability” för närvarande känd.
Hubble-data talar inte med betydelse om vattenvolymen på K2-18 B-i planetens övre atmosfär, antingen en doft av fukt eller ett havets värde skulle uttrycka en liknande signal. Tsiaras och hans kollegor föreslår att vattenångan kan utgöra var som helst mellan hundra procent till hälften av k2-18 b: S atmosfär., Att sätta ner hur mycket vatten (liksom andra gaser, som metan, koldioxid och ammoniak) som finns kommer att kräva mer bredbandsobservationer med hjälp av framtida rymdanläggningar som NASA: s James Webb Space Telescope, Europeiska rymdbyråns atmosfäriska fjärranalys infraröd Exoplanet Large-Survey (ARIEL) teleskop och en växande generation av extremt stora markbaserade teleskop.,
K2-18 B är något mer än dubbelt så stor som jorden och nästan nio gånger så stor, sannolikt med en fast kärna av sten eller is omgiven av ett förtryckande tjockt kuvert av väte – och andra gaser, tydligen inklusive vattenånga. Världen hittades av Kepler 2015 i en 33-dagars omloppsbana runt en mörk, cool röd dvärgstjärna cirka 110 ljusår bort, i stjärnbilden Lejonet. Den stjärnan lyser med mindre än 3 procent ljusstyrkan i vår egen sol, men eftersom K2-18 B kretsar så nära den, får planeten bara 5 procent mer stjärnljus än vår egen., Och eftersom planeten passerar, passerar en del av stjärnljuset genom sin övre atmosfär på väg till teleskop här, plockar upp och överför information om gascocktailen i k2-18 b: S luft.
Åtta olika tider mellan 2016 och 2017, ett team som leds av Björn Benneke av University of Montreal mätt K2-18 b är övergående atmosfäriska skimmer med Hubble Space Telescope, liksom med Kepler och den Spitzer Space Telescope., Hubble-data släpps ofta till allmänheten så snart de samlas in, och i det här fallet gjorde det möjligt för Tsiaras och hans medarbetare att utföra sin studie. Precis som Tsiaras grupp föreslår den separata analysen av Bennekes lag förekomsten av en statistiskt signifikant fraktion av vattenånga i k2-18 b: s övre atmosfär—men också, unikt, vad laget argumenterar är tips på vätskedroppar som kondenserar djupare ner. Det vill säga, Benneke och hans kollegor rapporterar bevis på moln – och regn. Deras studie har publicerats på preprint-servern arXiv.,org och lämnades in till Astronomical Journal för peer-reviewed publikation.
”båda studierna visar att det finns en atmosfär och vatten på denna planet, vilket gör resultatet ännu starkare”, säger Benneke. ”Att hitta vattenånga är bra, men det som är så speciellt med K2-18 b är att våra modeller föreslår att delar av dess atmosfär har tillräcklig temperatur och tryck för att ångan ska bilda droppar av flytande vatten. Och dessa, som i jordens atmosfär, kommer att bilda moln och falla som regn., Precis som på jorden bör det finnas ett samspel mellan kondens och avdunstning, en aktiv vattencykel mellan molnen och den gasformiga delen av atmosfären.”
den atmosfäriska regionen där molnen kan bildas, spekulerar Benneke, kan vara relativt bekväm, med ett tryck av en Jordatmosfär och en temperatur som inte är långt ifrån ett typiskt vardagsrum. ”På många sätt är den här planeten inte som jorden, men i andra är den väldigt lik. Det kan inte finnas någon meningsfull ” yta ” under det tjocka gashöljet. Och även om det skulle utsättas för mycket höga tryck., Det är osannolikt att föreställa sig något som en människa som går runt där nere – men kanske kan någon form av extrem mikrobe leva i dessa vattenmoln.”
Molnigt, med chans till Habitability
vissa forskare kallar K2-18 B och dess ilk” super Earths”; andra föredrar att kalla dem ” mini Neptunes.”Men oavsett nomenklatur är det mest uppenbara faktum om dessa föremål att ingen av dem kretsar vår sol, trots att den är den mest rikliga planettypen i Vintergatan. Allt vi verkligen vet om dem kommer för närvarande från extrasolära studier., Och hittills visar dessa studier att de flesta av dessa planeter, någonstans i storlek mellan jorden och Neptunus, inte alls är som jorden alls.
” Jag gillar att kalla dem ’hybrid’ planeter, dessa världar med steniga kärnor och tjocka väte kuvert”, säger Benneke. ”Detta är inte en bar sten med en tunn atmosfär som jorden, men det här är inte heller en jätte planet som Neptunus eller Jupiter.,”
en vädjan om att studera sådana mellanvärldar—många fler som redan avslöjas av det pågående Tess—uppdraget-är möjligheten att de kommer att avslöja något grundläggande om hur planeter av alla storlekar kommer att bli.
”Vi tror att för planeter någonstans runt 1,8 gånger jordens storlek finns det en övergång från steniga till gasformiga världar som äger rum”, säger Laura Kreidberg, en astronom vid Centrum för astrofysik vid Harvard University och Smithsonian Institution (CfA), som inte deltog i studierna., ”K2-18 b ligger nära den gränsen, så ger oss vår första inblick i atmosfären i en värld nära denna övergång.”
Nikole Lewis, en astronom vid Cornell University, som inte var inblandad i något papper, noterar att detta inte är första gången tecken på vattenånga, moln och kanske till och med regn har setts på världar utanför solsystemet. Men de tidigare upptäckterna har kommit från k2-18 B: s större, varmare kusiner runt andra stjärnor, världar som är mer fast på ”Neptunus” sidan av den planetariska klyftan., ”K2-18 B representerar ett stort steg på vägen till att sondera svalare och mindre planeter”, säger hon. ”Det har potential att informera oss om hur atmosfärer bildas och utvecklas för planeter i eller nära den beboeliga zonen runt röda dvärgstjärnor, vilket kommer att vara viktigt för att förstå den potentiella habitabiliteten hos mindre ”jordstora” planeter.”
viktigast av allt, vattenånga på K2-18 B skulle vara det bästa beviset ännu att små planeter i de beboeliga zonerna av röda dvärgar kan ha atmosfärer alls., I vissa avseenden kan diminutiva röda dvärgar slå långt över sin vikt och släppa ut atmosfäriska mängder strålning som når toppen tidigt i stjärnornas liv precis när nyfödda planeter kan vara mest sårbara. Och den handfull tidigare Hubble-studier av små, intilliggande röda dvärgvärldar har varit avskräckande: försök att studera de förmodade atmosfärerna hos flera potentiellt beboeliga planeter som transiterar en ultradim röd dvärg som heter TRAPPIST-1 gav ofullständiga resultat., Och en nyare sond av LHS 3844 b, en transiterande röd dvärgvärld en tredjedel större än vår egen, föreslog att planeten kanske inte har någon luft alls.
”den stora majoriteten av det beboeliga utrymmet i universum kan vara runt röda dvärgar, eftersom dessa är de vanligaste stjärnorna, och de råkar ha massor av steniga planeter riktigt nära dem”, säger Nicolas Cowan, en astronom vid McGill University, som är unaffiliated med någon av de nya tidningarna. ”Efter studien som visar LHS 3844 B ser ut som en torr, karg sten, började några av oss bli oroliga., Kanske röda dvärgvärldar skulle visa sig vara röda sillar för Astrobiologi.”
det bekymret är varför K2-18 B är” en stor affär”, säger Cowan, trots sitt tydligt ojämna och något otrevliga tillstånd. ”Det föreslår den vanligaste planetariska fastigheter i universum kan också vara beboelig – inte bara med atmosfärer utan med vattenånga också.”
ändå är inte alla övertygade om att kraven på vattenånga är mycket mer än varm luft., ”Den statistiska betydelsen av den påstådda upptäckten är inte stark”, säger David Charbonneau, en astronom vid CfA, som upptäckte den första transitplaneten 1999. Till skillnad från det konstaterandet, som baserades på två olika datamängder, bygger den nya upptäckten som delades mellan två lag på bara en—från Hubble, som aldrig var utformad för att utföra sådana känsliga, utmanande mätningar. ”Ja, det är suggestivt”, säger Charbonneau. ”Men astronomer har studerat transiterande planeter i 20 år, så jag tror att vi är långt förbi epoken av ”suggestiva” studier.”