Tähtitieteilijät kokevat jatkuvasti taivasta odottamattomien varalle. He ovat valmiita omaksumaan uusia ideoita, jotka voivat korvata menneiden vuosien viisauden.
Säännöstä on kuitenkin yksi poikkeus: Earth 2.0: n haku. Täällä emme halua löytää odottamattomia, mutta odotettuja. Haluamme löytää planeettamme, joka on niin samanlainen kuin oma, voimme melkein kutsua sitä kotiin.
Vaikka emme voi tarkasti kuvailla näitä planeettoja riittävän yksityiskohtaisesti nähdäksemme, onko jokin vesimaailma, jossa on herkullisia vihreitä kasveja ja sivilisaatioita, voimme käyttää epäsuoria menetelmiä löytääkseen "Maan kaltaisen" planeetan - planeetan, jolla on samanlainen massa ja säde maahan.
On vain yksi ongelma: Nykyiset tekniikat eksoplaneetan massan mittaamiseksi ovat rajalliset. Tähän päivään mennessä tähtitieteilijät mittaavat radiaalinopeuden - pienet heilutukset tähden kiertoradalla, kun se on pakotettu sen eksoplaneetan painovoiman vetämällä - saadakseen planeetan ja tähden massasuhteen.
Mutta ottaen huomioon, että suurin osa eksoplaneetoista havaitaan niiden kauttakulkusignaalin kautta - laskee valossa, kun planeetta kulkee isäntätärensä edessä - eikö olisi hienoa, jos voisimme mitata sen massan pelkästään tämän menetelmän perusteella? MIT: n tähtitieteilijät ovat löytäneet tien.
Jatko-opiskelija Julien de Wit ja MacArthur -toveri Sara Seager ovat kehittäneet uuden tekniikan massan määrittämiseksi pelkästään eksoplaneetan kauttakulkusignaalin avulla. Kun planeetta kulkee, tähden valo läpäisee ohutkerroksen planeetan ilmakehästä, joka imee tähden valon tietyt aallonpituudet. Kun tähtivalo saavuttaa maan, se leimataan ilmakehän koostumuksen kemiallisilla sormenjälkeillä.
Niin kutsuttu siirtospektri antaa tähtitieteilijöille mahdollisuuden tutkia näiden vieraiden maailmojen ilmapiiriä.
Mutta tässä on avain: massiivisempi planeetta voi pitää kiinni paksummasta ilmakehästä. Joten teoriassa planeetan massa voitaisiin mitata ilmakehän tai pelkästään siirtospektrin perusteella.
Tietysti ei ole yksi-korrelaatiota tai olisimme tajunnut tämän kauan sitten. Ilmakehän laajuus riippuu myös sen lämpötilasta ja molekyylien painosta. Vety on niin kevyt, että se liukenee ilmakehästä helpommin kuin esimerkiksi happea.
Joten de Wit työskenteli vakioyhtälöstä, joka kuvaa asteikon korkeutta - pystysuuntaista etäisyyttä, jonka yli ilmakehän paine laskee. Paineen laskuaste riippuu maapallon lämpötilasta, planeetan painovoimasta (massa massa) ja ilmakehän tiheydestä.
Perus-algebran mukaan: tietäen minkä tahansa kolmesta näistä parametreista voimme ratkaista neljännen. Siksi planeetan gravitaatiovoima tai massa voidaan johtaa ilmakehän lämpötilasta, paineprofiilista ja tiheydestä - parametreista, jotka voidaan saada pelkästään siirtospektristä.
Heidän takanaan olevan teoreettisen työn takia de Wit ja Seager käyttivät tapaustutkimuksena kuumaa Jupiter HD 189733b -laitetta, jolla oli jo vakiintunut massa. Heidän laskelmansa paljastivat saman massamittauksen (1,15-kertainen Jupiterin massa) kuin mitä säteittäisnopeuden mittauksilla saatiin.
Tämä uusi tekniikka pystyy karakterisoimaan eksoplaneettojen massaa pelkästään niiden kauttakulkudatan perusteella. Vaikka kuumat Jupiterit ovat edelleen uuden tekniikan pääkohde, de Wit ja Seager pyrkivät kuvaamaan maan kaltaisia planeettoja lähitulevaisuudessa. James Webbin avaruusteleskoopin ajoittamisen myötä vuodelle 2018, tähtitieteilijöiden pitäisi pystyä saamaan paljon pienempien maailmojen massa.
Paperi on julkaistu Science Magazine -lehdessä, ja se on nyt ladattavissa paljon pidempään muotoon täältä.
