Finns det en annan jord någonstans i vår galax? Med Keplers rymdskepp nyligen kommer astronomer närmare och närmare att hitta en jordstorlek i en jordliknande bana. Men när den sökningen lyckas kommer nästa frågor att driva forskning vara: Är den planeten bebodlig? Har den en jordliknande atmosfär? Det är inte lätt att svara på dessa frågor. Men teleskopet för uppgiften är James Webb Space Telescope (JWST), planerat för en planerad lansering 2013. Två forskare undersökte nyligen JWST: s förmåga att karakterisera atmosfären i hypotetiska jordliknande planeter, och fann att detta är teleskopet som skulle kunna upptäcka vissa gaser som kallas biomarkörer, såsom ozon och metan, för nära jordstorlekar. (Se vår relaterade artikel: Frågor och svar med Dr. John Mather på JWST.)
På grund av dess stora spegel och plats på L2-punkten i yttre rymden, kommer James Webb rymdteleskop att erbjuda astronomer den första verkliga möjligheten att hitta svaren om livsmiljön i närliggande jordliknande världar, säger Lisa Kaltenegger från Harvard-Smithsonian Center för Astrophysics och Wesley Traub från Jet Propulsion Laboratory. "Vi måste vara riktigt lyckliga med att dechiffrera en jordliknande planetens atmosfär under ett transportsätt så att vi kan säga att det är jordliknande," sade Kaltenegger. "Vi kommer att behöva lägga till många transiter för att göra det - hundratals av dem, även för stjärnor så nära som 20 ljusår bort."
"Trots att det är svårt, kommer det att vara en otroligt spännande strävan att karakterisera en avlägsen planetens atmosfär," tillade hon.
I en transitionshändelse korsar en avlägsen extrasolar planet framför sin stjärna sett från jorden. När planeten övergår absorberar gaser i atmosfären en liten del av stjärnans ljus, vilket lämnar fingeravtryck specifika för varje gas. Genom att dela stjärnans ljus i en regnbåge av färger eller spektrum kan astronomer leta efter dessa fingeravtryck. Kaltenegger och Traub studerade om dessa fingeravtryck skulle kunna upptäckas av JWST.
Transitstekniken är mycket utmanande. Om jorden skulle vara storleken på en basket, skulle atmosfären vara så tunn som ett pappersark, så den resulterande signalen är oerhört liten. Dessutom fungerar denna metod endast när planeten är framför sin stjärna, och varje transit varar i högst några timmar.
Kaltenegger och Traub betraktade först en jordliknande värld som kretsar kring en solliknande stjärna. För att få en detekterbar signal från en enda transit måste stjärnan och planeten vara extremt nära Jorden. Den enda solliknande stjärnan som är tillräckligt nära är Alpha Centauri A. Ingen sådan värld har hittats ännu, men tekniken blir först nu kapabel att upptäcka jordstorlekar.
Studien betraktade också planeter som kretsade runt röda dvärgstjärnor. Sådana stjärnor, kallad typ M, är de vanligaste i Vintergatan - mycket vanligare än gula, typ G-stjärnor som solen. De är också svalare och mörkare än solen, såväl som mindre, vilket gör det lättare att hitta en jordliknande planet som passerar en M-stjärna.
En jordliknande värld skulle behöva kretsa runt en röd dvärg för att vara tillräckligt varm för flytande vatten. Som ett resultat skulle planeten kretsa snabbare och varje transitering skulle pågå ett par timmar till bara några minuter. Men det skulle genomgå fler transiter under en viss tid. Astronomer kunde förbättra sina chanser att upptäcka atmosfären genom att lägga till signalen från flera transiter och göra röda dvärgstjärnor tilltalande mål på grund av deras mer frekventa transiter.
En jordliknande värld som kretsar om en stjärna som solen skulle genomgå en 10-timmars transitering en gång varje år. Det skulle ta tio år att ackumulera 100 timmars transitobservationer. Däremot skulle en jorden som kretsar kring en medelstor röd dvärgstjärna genomgå en en timmes transitering vart tionde dag. Att ackumulera 100 timmars observationer av transitering skulle ta mindre än tre år.
"Närliggande röda dvärgstjärnor erbjuder den bästa möjligheten att upptäcka biomarkörer i en transiterande jordens atmosfär," sade Kaltenegger.
"I slutändan kan direktavbildning - studera fotoner av ljus från planeten själv - vara en mer kraftfull metod för att karakterisera atmosfären i jordliknande världar än transiteringstekniken," sade Traub.
Direktstudier har redan använts för att skapa rå temperaturkartor över extremt heta, jätte extrasolära planeter. Med nästa generations instrument kan astronomer kunna studera atmosfäriska kompositioner, inte bara temperaturer. Karaktäriseringen av en "ljusblå prick" är nästa steg därifrån, antingen genom att lägga till hundratals transiter av en planet eller genom att blockera stjärnljuset och analysera planetens ljus direkt.
I bästa fall kan Alpha Centauri A visa sig ha en transiterande jordliknande planet som ingen har upptäckt ännu. Sedan skulle astronomer bara behöva en handfull transiter för att dechiffrera planetens atmosfär och eventuellt bekräfta existensen av den första tvillingjorden.
Källa: Harvard Center For Astrophysics
