Je zou kunnen zeggen dat de studie van planeten buiten het zonnestelsel zich de laatste tijd in een overgangsfase bevindt. Daten, 4, 525 exoplaneten zijn bevestigd in 3, 357 systemen, met nog eens 7, 761 kandidaten wachten op bevestiging. Als resultaat, exoplaneetstudies zijn afgestapt van het ontdekkingsproces en in de richting van karakterisering, waar vervolgobservaties van exoplaneten worden uitgevoerd om meer te weten te komen over hun atmosferen en omgevingen.

In het proces, exoplaneetonderzoekers hopen te zien of een van deze planeten de noodzakelijke ingrediënten bevat voor het leven zoals wij dat kennen. Onlangs, een paar onderzoekers van de Northern Arizona University, met steun van het Virtual Planetary Laboratory (VPL) van het NASA Astrobiology Institute, ontwikkelde een techniek om oceanen op exoplaneten te vinden. Het vermogen om water te vinden op andere planeten, een belangrijk ingrediënt in het leven op aarde, zal een lange weg gaan naar het vinden van buitenaards leven.

Het onderzoek is uitgevoerd door postdoctoraal onderzoeker Dominick J. Ryan, een postdoctoraal onderzoeker aan de Northern Arizona University (NAU), en Tyler D. Robinson - een assistent-professor in astronomie en planetaire wetenschap aan de NAU en het NASA Astrobiology Institute. De studie die hun bevindingen beschreef, getiteld "Het detecteren van oceanen op exoplaneten met faseafhankelijke spectrale hoofdcomponentenanalyse, " verscheen onlangs online en wordt overwogen voor publicatie door de Planetair wetenschappelijk tijdschrift .

Als het gaat om de karakterisering van exoplaneten, de meest veelbelovende techniek is de Transit-methode (ook bekend als Transit Photometry). Dit bestaat uit het bewaken van sterren voor periodieke dalingen in helderheid, die indicaties zijn van planeten die voor hun moedersterren passeren (ten opzichte van de waarnemer). Soms, astronomen zijn ook in staat om spectra te verkrijgen als licht door de atmosfeer van de transiterende planeet gaat, onthullende dingen over de chemische samenstelling ervan. Maar zoals Prof. Robinson via e-mail aan Universe Today vertelde, deze methode staat geen oppervlaktewaarnemingen toe:

"Voor nu, onze beste technieken voor het karakteriseren van rotsachtige exoplaneten vertellen ons niet veel over de oppervlakteomgevingen voor deze werelden (inclusief of er vloeibaar water aanwezig is). Voor Hubble (en de binnenkort te lanceren JWST), we gebruiken transitspectroscopie om de atmosferen van exoplaneten te karakteriseren - op zoek naar zeer kleine veranderingen in de helderheid en kleur van een gastster wanneer een planeet zijn schijf doorkruist. In deze geometrie/opstelling, de zeer lange paden die het licht door de atmosfeer neemt (het meest analoog aan het bekijken van de zon bij zonsondergang op aarde) betekent dat de diepe atmosfeer (en het oppervlak) wordt verduisterd."

In de nabije toekomst, deze situatie zal naar verwachting aanzienlijk veranderen, dankzij instrumenten van de volgende generatie zoals de James Webb Space Telescope (JWST), en op de grond gebaseerde observatoria zoals de Extremely Large Telescope (ELT). Dankzij hun geavanceerde optiek, coronagrafen, en spectrometers, deze telescopen zullen in staat zijn om rechtstreeks kleinere exoplaneten in beeld te brengen die dichter bij hun sterren cirkelen (waar de kans groter is dat potentieel bewoonbare rotsplaneten worden gevonden).

Deze methode bestaat uit het observeren van het licht dat direct wordt gereflecteerd door de atmosfeer of het oppervlak van een exoplaneet, die waardevol inzicht kan opleveren in het klimaat en de oppervlakteomgeving van de planeet. Naast de JWST en ELT, er zijn tal van voorgestelde missies die de nodige resolutie en gevoeligheid zullen hebben om oppervlaktekenmerken te detecteren op basis van atmosferische samenstelling, begroeiing identificeren, bewijs van fotosynthese, en misschien zelfs de aanwezigheid van kunstlicht onderscheiden.

Ter wille van hun studie, Ryan en Dr. Robinson onderzochten hoe instrumenten van de volgende generatie directe beeldvormingsstudies van exoplaneten zouden kunnen uitvoeren die de aanwezigheid van oppervlaktewater zouden onthullen. De sleutel hiervoor, zei dr. Robinson, is om te zoeken naar "rode halve manen":

"Er worden momenteel missieconcepten overwogen die dit soort gegevens zouden opleveren - HabEx en LUVOIR zijn de belangrijkste voorbeelden. Op dezelfde manier dat zonlicht dat van de oceaan glinstert bij het bekijken van een zonsondergang vanaf een strand op aarde behoorlijk rood lijkt, we stelden voor dat glinsterende oceanen op exoplaneten ervoor zouden kunnen zorgen dat de hele planeet in halve maanfasen erg rood lijkt.

"Als de beroemde Pale Blue Dot-foto van de aarde was genomen toen het een smalle halve maan was, het zou helemaal niet blauw zijn geweest - het zou rood zijn geweest! Dus, door te zoeken naar tekenen dat een potentieel aardachtige exoplaneet erg reflecterend en rood wordt tijdens halve maanfasen, we zouden misschien een oceaan op die wereld kunnen detecteren."

Aangezien er geen ruimtevaartuigobservaties van de aarde bestaan ​​voor de sikkelfasen en golflengten die nodig waren om deze methode te testen, Ryan en Dr. Robinson vertrouwden op een reeks simulaties van de helderheid van de aarde. Deze simulaties waren verantwoordelijk voor alle realistische effecten die worden veroorzaakt door de weerkaatsing van zonlicht door oppervlaktewater - van glinsterende oceaan en wolken tot atmosferische en oppervlaktereflectie.

"Deze simulaties toonden aan dat, wanneer de aarde wordt bekeken in meer halvemaanachtige fasen, het wordt inderdaad rood en reflecterend, "zei Dr. Robinson. "Met behulp van hulpmiddelen die nabootsten hoe een verre aarde eruit zou zien voor een HabEx- of LUVOIR-achtige missie, we toonden aan dat slechts een paar observaties van een aardachtige wereld die over een paar verschillende fasen (van bijna volledige fase tot halve maanfasen) zijn genomen, een halvemaanfase roodheid zouden onthullen die indicatief is voor oceanen.

Zoals Dr. Robinson uitlegde, deze techniek zal niet van toepassing zijn op de JWST, maar zal mogelijk zijn met toekomstige missies. Deze omvatten het eerder genoemde Habitable Exoplanet Observatory (HabEx), een ruimtetelescoop ontworpen voor directe beeldstudies van aardachtige planeten rond zonachtige sterren; en de Large UV/Optical/IR Surveyor (LUVOIR), een grote opening, multi-golflengte observatorium dat een breed scala aan wetenschappelijke doelen zal bereiken.

Uiteindelijk, zei dr. Robinson, deze studie biedt een "goed gedefinieerde weg" voor toekomstige directe beeldvormingsstudies gericht op de karakterisering van exoplaneten. "Een deel van de jacht op buitenaards leven is begrijpen hoe vaak het is dat rotsachtige werelden bewoonbare omstandigheden hebben (oppervlakte oceanen, ten minste voor exoplaneten) - aangezien bewoonbare werelden ook onze beste doelen zijn voor de jacht op biosignaturen, "zei Dr. Robinson. "Dus, we hebben geholpen een stukje van de puzzel op te lossen om werelden te spotten waar we denken dat het leven zou kunnen ontstaan."