Wetenschappers hebben een grote doorbraak bereikt in het simuleren van wazige omstandigheden op waterrijke exoplaneten, waardoor nieuwe inzichten zijn verkregen in de uitdagingen van het observeren van deze verre werelden in de zoektocht naar buitenaards leven. Onderzoekers hebben met succes de omstandigheden gesimuleerd die een wazige hemel zouden creëren op een waterrijke exoplaneet. Dit is een belangrijke stap bij het bepalen hoe nevel de waarnemingen van telescopen op de grond en in de ruimte verstoort.
Illustratie van twee waterrijke exoplaneten met een wazige atmosfeer. Fotocredit: Roberto Molar Candanosa/Johns Hopkins University
Nieuwe hulpmiddelen voor exoplaneetonderzoek
Dit onderzoek biedt nieuwe hulpmiddelen voor het bestuderen van de atmosferische chemie van exoplaneten en zal wetenschappers helpen de vorming en evolutie van exoplaneetwater te modelleren. Deze bevindingen kunnen helpen bij de zoektocht naar leven buiten het zonnestelsel.
“De belangrijkste vraag is of er leven bestaat buiten het zonnestelsel, maar om zo’n vraag te kunnen beantwoorden zijn zeer gedetailleerde modellering van alle verschillende soorten planeten nodig, vooral planeten met grote hoeveelheden water”, zegt co-auteur Sarah Hörst, universitair hoofddocent aard- en planetaire wetenschappen aan de Johns Hopkins Universiteit. "Dat was een grote uitdaging omdat we niet genoeg laboratoriumwerk hebben om dit te doen, dus proberen we deze nieuwe laboratoriumtechnieken te gebruiken om meer informatie te halen uit de gegevens die we krijgen van al deze grote luxe telescopen die we gebruiken."
Het onderzoeksteam publiceerde hun resultaten op 27 november in het tijdschrift Nature Astronomy.
Onderzoekers zeggen dat de vraag of de atmosfeer van een planeet nevel of andere deeltjes bevat, een aanzienlijke invloed kan hebben op de mondiale temperaturen, het niveau van sterrenlicht en andere factoren die de biologische activiteit kunnen belemmeren of bevorderen. Het team voerde hun experimenten uit in een speciaal ontworpen kamer in het laboratorium van Horst. Horst zei dat ze voor het eerst hebben vastgesteld hoeveel nevel zich kan vormen op waterige planeten buiten ons zonnestelsel.
Waas bestaat uit vaste deeltjes die in een gas zweven, waardoor de manier verandert waarop licht met het gas interageert. Verschillende niveaus en soorten waas beïnvloeden de manier waarop deeltjes door de atmosfeer reizen en veranderen wat wetenschappers waarnemen met telescopen op verre planeten.
Uitdagingen voor de observatie van exoplaneten
‘Water is het eerste waar we naar zoeken als we proberen te observeren of een planeet bewoonbaar is, en er is opwindend water waargenomen in de atmosfeer van exoplaneten. Maar onze experimenten en modellen laten zien dat deze planeten waarschijnlijk ook nevel bevatten’, zegt Chao He, een planetaire wetenschapper aan de Johns Hopkins Universiteit die het onderzoek leidde. ‘Deze waas bemoeilijkt onze waarnemingen echt omdat het onze waarnemingen van de chemische en moleculaire kenmerken van de atmosfeer van exoplaneten vertroebelt.’
Wetenschappers gebruiken telescopen om exoplaneten te bestuderen, observeren hoe licht door hun atmosfeer reist en ontdekken hoe atmosferische gassen verschillende tinten of golflengten van licht absorberen. Vertekende waarnemingen kunnen leiden tot verkeerde inschattingen over de hoeveelheden belangrijke stoffen in de lucht, zoals water en methaan, en over de soorten en niveaus van fijnstof in de atmosfeer. Dergelijke verkeerde interpretaties zouden de conclusies van wetenschappers over de mondiale temperaturen, de dikte van de atmosfeer en andere planetaire omstandigheden kunnen schaden, zei Horst.
Simulatie van de atmosfeer van exoplaneten
Het team heeft twee gasmengsels gemaakt die waterdamp en andere verbindingen bevatten waarvan wordt aangenomen dat ze veel voorkomen op exoplaneten. Ze verlichtten het mengsel met ultraviolet licht en simuleerden hoe licht van sterren chemische reacties teweegbrengt die neveldeeltjes veroorzaken. Vervolgens maten ze hoeveel licht werd geabsorbeerd en gereflecteerd door de neveldeeltjes om te begrijpen hoe ze interageerden met licht in de atmosfeer.
De nieuwe gegevens komen nauwkeuriger overeen met de chemische signatuur van een goed bestudeerde exoplaneet, GJ1214b, dan eerdere studies, wat aantoont dat waas met verschillende optische eigenschappen kan leiden tot een verkeerde interpretatie van de atmosfeer van een planeet.
toekomstige onderzoeksrichtingen
De atmosfeer van buitenaardse wezens kan heel anders zijn dan die in het zonnestelsel, voegde Hörst eraan toe, eraan toevoegend dat er meer dan 5.000 bevestigde exoplaneten zijn, en dat hun atmosferische chemie varieert.
Het team werkt nu aan het creëren van meer in het laboratorium gemaakte waas-analogen met gasmengsels die nauwkeuriger weerspiegelen wat ze in telescopen zien.
"Wanneer mensen deze atmosferen modelleren, zullen ze deze gegevens kunnen gebruiken om de temperatuur van de atmosfeer en het oppervlak van de planeet te begrijpen, of er wolken zijn, hoe hoog ze zijn, waar ze van gemaakt zijn, of hoe snel de wind is," zei Horst. "Al deze dingen kunnen ons helpen ons echt op een specifieke planeet te concentreren en onze experimenten uniek te maken, in plaats van alleen maar tests te generaliseren wanneer we proberen het grote geheel te begrijpen."