Detektirana atmosfera na kamnitem eksoplanetu

Eksoplanet 55 Cancri e se nahaja 41 svetlobnih let stran v smeri ozvedja Rak. Je eden izmed petih (znanih) planetov v osončju zvezde 55 Cancri. Planet ima dvakrat večji premer od Zemlje in nekoliko višjo gostoto, kar ga uvršča med super Zemlje, to je planete, ki so večji od Zemlje in manjši od Neptuna. 

Čeprav je po sestavi verjetno podoben kamnitim planetom Osončja, pa se tu podobnost konča. 55 Cancri e namreč kroži zelo blizu svoje zvezde (petina razdalje med Soncem in Merkurjem), zato je njegovo površje najverjetneje staljeno. Prekriva ga tekoča magma. Zaradi bližine je verjetno ves čas z isto stranjo obrnjen proti zvezdi, podobno kot Luna vedno kaže isti obraz Zemlji.

Vprašanje, ki so si ga raziskovalci zastavljali vse od odkritja eksoplaneta leta 2011: ali ima ta eksoplanet atmosfero?

Detekcija atmosfer eksoplanetov je postala skoraj rutina—znanstveniki so našli atmosfero na več deset planetih. A v vseh teh primerih je šlo za debelo atmosfero, večinoma sestavljeno iz vodika, okoli masivnih planetov. Tanko atmosfero okoli manjših planetov podobnih Zemlji je veliko težje detektirati in proučevati.

V članku, objavljenem v reviji Nature, je skupina astronomov precej prepričljivo pokazala, da 55 Cancri e obdaja atmosfera. Gre torej za prvi primer detekcije atmosfere na manjšem eksoplanetu.

Namigi o atmosferi na tem planetu so se pojavili že prej. Opazovanja vesoljskega teleskopa Spitzer so znanstvenike napeljali na idejo o atmosferi, sestavljeni iz kisika, dušika in ogljikovega dioksida. A takrat znanstveniki niso mogli zavreči druge možnosti: planet nima atmosfere, temveč ga obdaja le redka tančica uplinjenih skal. Da bi rešili zagonetko, so znanstveniki planet nedavno opazovali z vesoljskim teleskopom James Webb.

Webb ne more direktno opazovati eksoplaneta—za kaj takega je planet pretemen. Lahko pa izmeri spremembe v svetlobi sistema planet-zvezda med gibanjem planeta okoli zvezde. Teleskop posname dva posnetka. Najprej posname sistem, ko je planet za zvezdo in torej vidimo le svetlobo z zvezde. Nato posnamejo sistem, ko je planet poleg zvezde, torej prejmejo svetlobo tako zvezde kot planeta. Končno prvi posnetek odštejejo od drugega in dobijo le svetlobo, ki jo izseva planet. Rezultat je spektrum, prikazan na spodnji sliki.

Na sliki vidimo koliko svetlobe izseva planet vključno z atmosfero pri različnih valovnih dolžinah. Podatki so bili pridobljeni z dvema instrumentoma, kar je prikazano z različnimi barvami (oranžno in vijolično). Znanstveniki so meritve primerjali z izračunanimi modeli. Rdeč model prikazuje spektrum v primeru, da je “atmosfera” planeta pravzaprav uplinjena kamnina. Moder model pa prikazuje pričakovan spekter v primeru atmosfere iz plinov, kot so kisik, dušik in ogljikov dioksid. Očitno slednji bolje opiše podatke.

Če planet ne bi imel atmosfere ali bi imel atmosfero iz uplinjenih kamnin, bi bil zelo vroč: temperatura površja na strani, obrnjeni proti zvezdi, bi bila okoli 2200 stopinj Celzija. A opazovanja so pokazala, da je temperatura “zgolj” okoli 1450 stopinj. Prisotnost normalne atmosfere poskrbi, da se toplota porazdeli tudi na zasenčeno stran planeta in tako je temperatura nižja. Dokaz o ogljikovemu monoksidu ali ogljikovemu dioksidu je sam spekter, saj je v njem viden upad svetlobe v delu spektra, kjer ta dva plina absorbirata svetlobo. 

Znanstveniki menijo, da atmosfera ni bila prisotna od nastanka planeta, ampak da gre za tako imenovano sekundarno atmosfero. V magmi je namreč prisotnega veliko raztopljenega plina, ki se pri ohlajanju sprosti na površje. 

Čeprav planet 55 Cancri e verjetno ne gosti življenja, pa odkritje predstavlja pomemben napredek v raziskovanju eksoplanetov.

Naslovna slika: Ilustracija kamnitega planeta, ki se giblje okoli zvezde na majhni razdalji.  Avtorstvo: NASA, ESA, CSA, R. Crawford (STScI)