Taiteilijan käsitys TRAPPIST-1-maailmoista, joka perustuu käytettävissä olevaan planeettojen ominaisuuksien tietoihin.
(Kuva: © NASA / JPL-Caltech)
Suurin seitsemän planeetan TRAPPIST-1 -järjestelmän maailmoista tarjoaa ilmapiirin, joka on kehittynyt ajan myötä, eikä sen kanssa muodostuneen ilmapiirin.
NASA: n Hubble-avaruusteleskoopilla tehdyt havainnot paljastavat, että planeetan ilmapiiri eroaa syntyvästä ympäristöstä, mikä tarkoittaa todennäköisesti kivistä maailmaa, joka on samanlainen kuin muut järjestelmän osat.
"Tämä ilmapiiri ei ole se, jonka kanssa se syntyi", Marynalandin Baltimoressa sijaitsevan avaruusteleskooppitekniikan tutkijan Hannah Wakeford kertoi Space.com: lle. Syntynyt ilmapiiri olisi rikas vetyä, jota tutkijat eivät näe. Sen sijaan "se on muuttunut erilaisilla prosesseilla", Wakeford sanoi. Ilmakehän ja geologisella aktiivisuudella olisi voinut olla merkittävä vaikutus muutoksiin. [Exoplanet-kiertue: Tutustu TRAPPIST-1: n 7 maapallon planeettaa]
Wakeford ja hänen kollegansa käyttivät Hubblea tutkimaan TRAPPIST-1 g, kuudes planeetta tähtiä kohti. He olivat aiemmin tutkinneet viiden ensimmäisen planeetan ilmakehää, jotka tunnistettiin kirjaimilla b - f, ja havaitsivat, että kaikista viidestä planeetasta puuttuu massiiviset vetyilmakehän ilmakehät, jotka osoittavat kaasu jättiläisiä, mikä tekee niistä todennäköisemmin kivisiä. Heidän aikaisemman tutkimuksensa eivät olleet riittävän tarkkoja määrittääkseen, oliko TRAPPIST-1 g alkuperäisessä ilmapiirissä.
"G oli viimeinen kysymysmerkki siinä", Wakeford sanoi. "Aivan kuten veljensä ja sisarensa, se ei sisällä alkeellista ilmapiiriään. Siinä on kehittynyt ilmapiiri."
Hän esitteli tulokset tammikuussa Seattlessa pidetyn American Astronomical Society: n talvikokouksessa.
"Suolaa ja pippuria"
Vuonna 2016 Chilen kauttakulkevien planeettojen ja Planetesimals-pienteleskoopin (TRAPPIST) tähtitieteilijät ilmoittivat löytäneensä kolme planeettaa hämärän tähden TRAPPIST-1 ympärille. Vuoden sisällä löydettiin vielä neljä maailmaa, jolloin kokonaismäärä oli seitsemän. Kaikki planeetat sijaitsevat tähtiensä asettamisvyöhykkeellä, alueella, jolla nestemäisen veden pitäisi pystyä pysymään planeetan pinnalla. Vain 40 valovuoden päässä maasta, TRAPPIST-1 sisältää eniten planeettoja, joiden tiedetään sijaitsevan yhden tähden asumisalueella.
TRAPPIST-1 g on maailman suurin, arvioiden mukaan sen olevan noin 1,1-kertainen maapallon massaan verrattuna.
Jos planeetat ovat kaasu jättiläisiä, ne säilyttäisivät alkuperäisen, vetyrikkaan ilmakehänsä. Sitä vastoin kallioisilla maailmoilla on valta muuttaa ilmapiiriään. Hiilen liikkeellä voi olla avainrooli kehittyvässä ilmakehässä. Sulava vaippamama vangitsee hiilen pinnan alle. Kun magma liikkuu kohti pintaa, alennettu paine antaa hiilelle poistua kaasun muodossa. Maapallolla loukkuun jäänyt karbonaatti vapautuu hiilidioksidina, kasvihuonekaasuna, jonka avulla planeettamme voi kasvaa lämpimämmäksi vangitsemalla lämpöä auringosta. Aikaisemmat tutkimukset paljastavat, että Marsin ja Kuun kaltaiset maailmat voivat myös vangita hiilirikkaita materiaaleja sekä muita elementtejä ja vapauttaa ne ilmakehään kaasumaisessa muodossa.
Tunnetaan myös nimellä punaiset kääpiöt, M-kääpiöt kuten TRAPPIST-1 muodostavat galaksin suurimman tähtipopulaation. Joidenkin tutkimusten mukaan kolme neljästä tähdestä voi olla M kääpiö. Pitkäikäiset tähdet ovat viileämpiä ja himmeämpiä kuin auringonkaltaiset tähdet, mutta ne ovat myös uskomattoman aktiivisia, aiheuttaen planeettojensa säteilyn, jota kantavat voimakkaat soihdut ja purkaukset. [Kuinka erottaa tähtityypit lukuun ottamatta (infografinen)]
Niiden viileät lämpötilat voivat myös aiheuttaa ongelmia elämänhaussa. Matalamassa M-kääpiö voi ilmakehässä ylpeillä pilvistä ja jopa vesihöyrystä, aivan kuten suurimmat planeetat. Nämä molekyylit voivat luoda vääriä signaaleja tähtitieteilijöille, jotka yrittävät tutkia niitä kiertävien maailmojen ilmapiiriä.
Kun planeetta kulkee tähden ja maan välillä, tähtitieteilijät voivat tutkia taivaansa kautta virtaavaa valoa avataksesi joitain planeetta-ilmakehän mysteereistä. Koska M kääpiöt kantavat vesimolekyylejä, ne voivat tehdä prosessista haastavamman. voi olla vaikea määrittää, tulevatko veden esiintymiseen viittaavat signaalit planeetalta vai tähdeltä.
"Koska tähdellä on nämä ominaisuudet, se tarkoittaa mittauksia, joita teet, et voi olla 100 prosenttia varma, että se ei ole tähti, jota mitaat", Wakeford sanoi. "Sinun on kyettävä sulkemaan pois tähteen läsnäolo ja vaikutukset näillä planeetoilla."
Auttaakseen järjestämään sotkua Wakeford ja hänen kollegansa kehittivät menetelmän tähtien saastumisen poistamiseksi. Ensin he tekivät perusteellisen tutkimuksen TRAPPIST-1: stä, tutkien kuinka tähden lämpötila muuttui eri paikoissa.
"Tähti itsessään on sekoitus kolmesta erityyppisestä lämpötilasta", Wakeford sanoi. Tähti on yleensä suhteellisen viileä, ja kolmasosa siitä on peitetty hieman lämpimämpinä, 2726 celsiusasteen (4 940 astetta Fahrenheit) asteina. Alle 3 prosenttia tähdestä on peitetty erittäin kuumilla pisteillä lämpötilassa 5 526 C (9 980 F).
Tämä johtuu siitä, että TRAPPIST-1 on peitetty täpläpisteillä, jotka Wakefordin mukaan ovat pienempiä ja himmeämpiä kuin mitä aurinkoomme löytyy.
"[Täplien] jakautuminen on kuin suolaa ja pippuria - se on vain täplikäs kaikkialla ja tasaisesti jakautunut", Wakeford sanoi.
Tutkimalla tähtiä yksittäisenä planeetana sen järjestelmässä, joka kulki sen ja maan välillä, tähtitieteilijät pystyivät tutkimaan kuinka lämpötila tähdestä muuttui.
"Voimme tosiasiallisesti käyttää planeettaa tähden lämpötilaominaisuuksien koettimena", Wakeford sanoi.
Kun nämä tiedot olivat kädessä, tähtitieteilijät tutkivat sitten itse planeetan ilmakehän, luottaen siihen, että he pystyvät selittämään tähdistä tulevat molekyylisignaalit. He pystyivät sulkemaan pois suuren, turvonneen vetyatmosfäärin g: n ympärillä, mikä olisi viitannut siihen, että se oli pikemminkin kaasu jättiläinen kuin kivinen maailma, jonka ilmaa oli muutettu geologisilla ja ilmakehän prosesseilla.
"Se todella johtaa tämän planeetan todelliseen maanpäälliseen luonteeseen", Wakeford sanoi.
Ryhmä laski myös mittauksillaan planeetan säteen 1,124-kertaiseksi maapallon säteen kanssa, jolloin sen tiheys oli juuri planeettamme alapuolella. Tämä sopii TRAPPIST-1 g: lle tiukasti: Se on kivinen maailma.
Kun kuusi planeettaa on poissa tieltä, tähtitieteilijät toivovat kiinnittävänsä huomionsa seitsemänteen ja viimeiseen esineeseen, TRAPPIST-1 h. He aikovat tutkia planeettaa kesällä 2019.
"On todella mielenkiintoista käyttää tätä menetelmää uudelleen, ei vain nähdäksemme mitä planeetta on tehty, vaan myös nähdä kuinka tähti muuttuu ja vaikuttaa tähän planeettaan", Wakeford sanoi.
Lisäksi prosessia, jota he kehittivät erottamaan vesihöyrykontaminaation TRAPPIST-1: stä, voitiin soveltaa myös muiden M kääpiöiden havaintoihin.
Tutkimus julkaistiin loppuvuodesta 2018 Astronomical Journal -lehdessä.
