Egy exobolygó légköre

Az exobolygók kapcsán az első kérdések közt merül fel az átlagos érdeklődőben: vajon alkalmas az életre? A TRAPPIST-1 rendszere az átlagosnál nagyobb érdeklődést kapott, az igen hűvös vörös törpecsillag körül 7 kőzetbolygó kering, ráadásul három a lakhatósági zónában. A felfedezéskor világossá vált, hogy a kb. 40 fényévre lévő rendszerről a James Webb-űrteleszkóp majd olyan méréseket végezhet, amelyekből e bolygók légkörének összetételét is alaposabban megismerhetjük.

A TRAPPIST-1 c jelű, vagyis a csillag felől számított második bolygó nagyjából a Vénuszhoz fogható méretű és tömegű égitest, amely nagyjából ugyanolyan mennyiségű energiát kap csillagától. Azt azonban nem tudjuk, hogy egy vörös törpecsillag nem épp nyugodt környezete mit tesz egy bolygó légkörével? Vajon a TRAPPIST-1 c e téren is olyan, mint a Vénusz, és sűrű szén–dioxid lepelbe burkolózik? A Webb-űrteleszkóp mérései alapján kiderült: a bolygónak nincs a Vénuszhoz hasonló szén-dioxid légköre. Az adatokból úgy tűnik, ha van is bármilyen légköre, az rendkívül ritka.

A bolygóról kisugárzott hő mennyiségét mérte meg 4 alkalommal is az űrteleszkóp MIRI nevű műszere 2022 őszén, és az eddigi leghűvösebb exobolygót tudta ezzel kimutatni. A hűvöset persze relatív értelemben kell értenünk, mivel 380 Kelvin-fok (kb. 106 Celsius-fok) uralkodik a bolygó nappali oldalán. A mérés során az infravörös tartományból egy olyan szeletet vizsgáltak, amely a szén-dioxid légkörben elnyelődne, ám, ha például sűrű a légkör és felhők vannak benne, azokról visszaverődne. Ez a gyakorlatban annyit jelentett volna, ha ilyen légköre van a bolygónak, akkor ebben a hullámhossztartományban különösen fényes volna – a mérések azonban mást mutattak.
A jelentősebb légkör emellett az egyébként kötött keringésű bolygó éjszakai (csillagától kifelé néző) és nappali (csillaga felé néző) oldala közti hőeloszlást is segítené, vagyis a két oldal közti különbség kisebb volna légkör jelenlétében. A kutatók szerint, ha van is szén-dioxid légköre a bolygónak, az ritkább lehet, mint a Marsé.

Ahhoz, hogy mindezeket a részleteket képesek legyenek kideríteni, a James Webb-űrteleszkóp rendkívüli érzékenységére volt szükség. A mérés során azt vizsgálták, milyen különbség tapasztalható a rendszerből érkező fényben akkor, ha a csillaga mögé (fedésbe) kerül a bolygó, és akkor, ha kibukkan mögüle. A két állapot közti különbség kevesebb mint 0,04 százalék. Ez kb. olyan fényességváltozást jelent, mintha egy tízezer kis lámpából álló kijelző fényéből 4 kialudna, s ezt detektálnánk.

A vörös törpék a leggyakoribb csillagok a galaxisunkban, így a Webb mérései, amelyeket a TRAPPIST-1 rendszerének bolygóin végez, arra is következtetni engednek, hogy egyáltalában mire lehet számítani egy ilyen csillag környezetében. E vörös törpecsillagok létük első egymilliárd évében erős röntgen- és ultraibolya sugárzást bocsátanak ki, ez pedig egy fiatal bolygó légkörét könnyedén lebontja. E súlyos hatások mellett persze az se biztos, hogy az adott bolygó kialakulásakor egyáltalában rendelkezésre álltak-e olyan illékony anyagok, mint a víz vagy a szén–dioxid. Régebben csak akkor tudtuk egy távoli bolygó légkörét vizsgálni, ha az sűrű volt és jórészt hidrogénből állt, a Webb-űrteleszkóp azonban az olyan domináns légköri gázokat is megmutatja, mint az oxigén, a nitrogén, a szén-dioxid.

A 2023-as évben tovább vizsgálják majd a TRAPPIST-1 rendszerének két belső bolygóját, amelyekből a két kötött keringésű égitest két-két oldala közti hőmérséklet-különbségeket is ki lehet majd számítani. Ezek az adatok további bizonyítékkal szolgálnak majd a bolygókról, arról, hogy akkor voltaképp van-e bármilyen légkörük.