Exo-Föld vagy exo-Vénusz?

Vajon képes-e a James Webb-űrteleszkóp észlelni egy távoli exobolygó esetében, hogy vénuszi pokol, vagy földi paradicsom jellegű a hely?

A Naprendszerből tudjuk, hogy néha csak a szerencsén múlik, egy bolygó vajon lakhatóvá vagy pokolivá válik-e a kialakulását követően. A Föld és a Vénusz sokban hasonlítanak, ám mégis óriási köztük a különbség az élet szempontjából. Vajon képesek vagyunk-e felismerni e különbséget sok fényév távolságból? Egy amerikai kutatócsoport elképzelte, mit észlelhetne a James Webb-űrteleszkóp (JWST) egy-egy ilyen exobolygó megfigyelése során, a kutatásról a Universe Today számolt be. A kutatók szimulációkat készítettek arról, hogy miféle színképi összetevőkre lehet számítani a kétféle bolygótípus esetében, feltárták, mik az akadályai a megkülönböztetésnek, és mik azok, amelyek segítik ezt.
A szimulációban 40 fényév távolságba helyeztek el hat exo-Földet és hat exo-Vénuszt, mindegyiket eltérő mennyiségű légköri szén-dioxiddal, egy olyan vörös törpecsillag körüli pályán, mint a bolygórendszeréről híres TRAPPIST-1. E rendszer igen ígéretes, és a James Webb-űrteleszkóp már megvizsgálta a legbelső két bolygót, ezekről ki is derült, csupasz sziklák, légkör nélkül. A 7 bolygóval rendelkező rendszerben 3-4 is a lakhatósági zónában keringhet.
A szimulációban úgy helyezték el a bolygókat, hogy azok olyan helyen keringjenek, amelyben lejátszódhatnak akár a Vénusz állapotában végződő folyamatok is. Ezután egy virtuális JWST-t irányítottak az adott bolygó felé, amely a NIRSpec infravörös-közeli spektrográfja révén elemezte a bolygó jeleit. Egy-egy adott légköri összetevő, kémiai elem vagy molekula speciálisan rá jellemző jeleket ad, melyek a spektrográf méréseiben kimutathatók. Ez a műszer a bolygó fényének színképében látható csúcsokat érzékeli, így a csúcsok által jelképezett összetevőket.
A helyzet persze nem ilyen egyszerű: sok összetevőnek vannak nagyban hasonló jelei, illetve egyik elfedheti a másik jelét, így bizonyos molekulákat különösen nehéz kimutatni. Emellett a kérdéses bolygó légköre is lepelként fedi el egyes molekulák jelét. Ezek a nehézségek azonban nem jelentik azt, hogy lehetetlenről volna szó!
A szimulációkból világossá vált, hogy mik azok a megfigyelhető jelek, amelyekre különösen oda kell figyelni majd egy éles helyzetben, ha egy exobolygó légkörét vizsgálva dönteni szeretnének, melyik csoportba tartozhat a bolygó.
Elsőként fontos eldönteni, van-e légköre egy bolygónak, ehhez kiváló a szén-dioxid, mivel ez mind a felhős-ködös, mind a tiszta levegőjű bolygók esetében látható jelet hagy. A megkülönböztetéshez azonban már nem lesz ez a gáz alkalmas egyrészt, mert mindkét típus esetén jelen lehet, másrészt meg azért, mert a jele egybeesik a vízével és a metánéval, nem kis zűrzavart okozva az eredményben.
Van azonban egy olyan jellemző összetevő, amelyet a Vénusz-jellegű bolygók légkörében megtalálni, a Föld-jellegűekében nem, ez a kén-dioxid. Ez a vegyület a légköri vízzel hamar reakcióba lép, és eltűnik a Föld-jellegű bolygók légköréből. Magyarul, ha a kén-dioxid jelen van, akkor az vénuszi világra utaló jel. Ez azonban ismét tartalmaz egy kis csavart: a légköri kén-dioxid a Vénusz esetében se tartós, mivel itt meg a napfény ultraibolya összetevője pusztítja el ezeket a molekulákat, így viszonylag keveset lehet belőle látni a bolygó spektrumában. A történet végére pozitív fordulat is maradt. A TRAPPIST-1 egy hűvös, vörös törpecsillag, így gyengébb az UV-sugárzása és emiatt sokkal gyengédebben bánik bolygói légkörének gázaival is, mint a mi Napunk. Vagyis, ha egy körülötte keringő bolygó légköre tartalmaz kén-dioxidot, akkor azt nem fogja olyan könnyedén lebontani.
A metán esetében vannak olyan összetevők a spektrumban, amelyek nem azonosak a szén-dioxidéval, így ez is felhasználható. Az exo-Föld típus bizonyításához is jó mérce lehet a metán jelenléte, emellett a legbiztosabb életjelnek is azt találták a kutatók, ha metán és oxigén is van a légkörében.
A kutatók azt is kiszámították, hogy mennyi időt kell az űrteleszkópnak az egyes bolygók megfigyelésével töltenie ahhoz, hogy e jellemzőket meg lehessen figyelni. Szerencsére kiderült, hogy ez azon időkereten belülre esik, amit a műszer felhasználási idejénél kiosztanak egy-egy mérésre.