En annan teknik har lagts till exo-planetjägarnas verktygssats, och den kräver inte stora markbaserade teleskop eller rymdbaserade observatorier. Denna nya markbaserade teknik gör det möjligt att studera atmosfärer av planeter utanför vårt solsystem och påskynda vår sökning efter jordliknande planeter med livsrelaterade molekyler.
Den 11 augusti 2007 vände Mark Swain från JPL och hans team NASA: s infraröda teleskopanläggning - ett 3-meters teleskop på toppen av Mauna Kea, Hawaii, - till den heta Jupiter-planeten HD 189733b i stjärnbilden Vulpecula . Varje 2,2 dag kretsar planeten om en huvudsekvensstjärna av K-typ något svalare och mindre än vår sol. HD189733b hade redan gett banbrytande framsteg inom exoplanetvetenskap, inklusive upptäckter av vattenånga, metan och koldioxid med rymdteleskop.
Med hjälp av en ny kalibreringsmetod för att ta bort systematiska observationsfel orsakade av instabilitet i jordens atmosfär, fick de en mätning som avslöjade detaljer om HD189733b: s atmosfäriska sammansättning och förhållanden, en enastående prestation från ett jordbaserat observatorium.
De upptäckte koldioxid och metan i exo-planetens atmosfär av HD 189733b med SpeX-spektrografen, som delar upp ljus i dess komponenter för att avslöja de distinkta spektrala signaturerna av olika kemikalier. Deras nyckelarbete var utveckling av den nya kalibreringsmetoden för att ta bort systematiska observationsfel orsakade av variationen i jordens atmosfär och instabilitet på grund av teleskopsystemets rörelse när det följer målet.
Det tog forskarna mer än två år att utveckla sin metod så att den kunde tillämpas på spektroskopiska observationer med 3-meters teleskopet, vilket möjliggör identifiering av specifika molekyler som metan och koldioxid.
"Som en konsekvens av detta arbete har vi nu den spännande utsikterna att andra lämpligt utrustade men relativt små markbaserade teleskoper ska kunna karakterisera exoplaneter," sade John Rayner, NASA: s infraröda teleskopfacilitetsstödforskare som byggde SpeX-spektrografen. "På vissa dagar kan vi inte ens se solen med teleskopet, och det faktum att vi på andra dagar nu kan få ett spektrum på en exoplanet 63 ljusår bort är häpnadsväckande."
Under sina observationer fann teamet oväntade ljusa infraröda utsläpp från metan som sticker ut på dagssidan av HD198733b. Detta kan indikera någon form av aktivitet i planetens atmosfär som kan vara relaterad till effekten av ultraviolett strålning från planetens moderstjärna som träffar planetens övre atmosfär, men mer detaljerad studie behövs.
"Ett omedelbart mål för att använda denna teknik är att mer karaktärisera atmosfären i denna och andra exoplaneter, inklusive upptäckt av organiska och eventuellt prebiotiska molekyler" som de som föregick utvecklingen av livet på jorden, sade Swain. "Vi är redo att utföra den uppgiften." Några tidiga mål är superjordarna. Använd den i synergi med observationer från NASA: s Hubble, Spitzer och det framtida rymdteleskopet James Webb, kommer den nya tekniken "att ge oss ett helt lysande sätt att karakterisera superjordar," sade Swain.
Deras arbete rapporteras idag i 3 februari 2010-utgåvan av Natur.
För en stor FAQ om användning av spektrum för att studera exoplaneter, se denna sida av Max Planck Institute for Astronomy.
Källor: Max Planck Institute for Astronomy, STFC
