Exobolygó-modellezés

A Földet mintául használva úgy próbálnak képet alkotni a kőzetes exobolygókról, hogy a felvételek nem alkalmasak azok felbontására.

A képalkotás az exobolygókról önmagában is nagyszerű fegyvertény, de egyelőre erre csak a csillaguktól távol keringő, nagyon fiatal égitestek esetében van lehetőség, mert ezek keletkezésük óta még nem hűltek ki teljesen, így maguk is bocsátanak ki némi sugárzást. Ez azonban nem alkalmas felszíni részletek azonosítására.

Egy új módszernek köszönhetően azonban hamarosan lehetővé válhat mindössze néhány pixel alapján annak megállapítása, hogy valamely Föld-típusú exobolygón léteznek-e óceánok és szárazföldek. Az eljárást Atsuki Kuwata (Kuvata Acuki) (Tokiói Egyetem) és munkatársai hamarosan az Astrophysical Journal folyóiratban publikálják, az arXiv portálon azonban már olvasható. Az eljárás kulcsa, hogy bár az exobolygóról készült kép felbontása nem elég a felszíni részletek azonosításához, azonban ha pontosan követik a bolygó forgása következtében fellépő fényességváltozásokat, akkor azokból „visszafejthetők” az eltérő kontrasztú felszíni alakzatok. Kuwata szerint a bolygó által visszavert fény napi és évszakos ingadozásából következtetni lehet a felszíni alakzatok kétdimenziós eloszlására.

A NASA DSCOVR szondájának egyik felvétele a Földről. Ilyen felvételek elemzésével tesztelik a kutatók az exobolygók feltérképezésére kidolgozott eljárásukat. (Kép: NASA EPIC Team)

A kutatók módszerüket a DSCOVR űrszonda Földről készített felvételein próbálták ki. A Földet az L₁ Lagrange-pontból figyelő szonda EPIC (Earth Polychromatic Imaging Camera) kamerája folyamatosan működik, méri az ózon és az aeroszolok mennyiségét, a felhőzet magasságát és fényvisszaverő képességét, a növénytakaró tulajdonságait és az UV-sugárzást. A kutatók első lépésben a lehető legpontosabban megtisztították a felvételeket a felhőktől, majd „lebutították” a képeket olyan gyenge minőségűre, amilyennek egy távoli exobolygó leképezhető. Ezután módszerük segítségével elemezték a képeket, amelyeken azonosítani tudták az óceánokat és a felhőket, valamint két olyan összetevőt, amelyeket szárazföldekként azonosítottak. Utóbbiak egyike Kuwata szerint a Szaharának felel meg, míg a másik a vegetációnak, bár annak azonosítását zavarják a teljesen el nem távolított felhők. Kuwata azonban hangsúlyozza, hogy módszerük csak szilárd felszínű kőzetbolygókra alkalmazható, gázóriásokra nem. A módszernek további korlátai is vannak, mert kiindulásként az exobolygót saját napja és éve időtartama nagyságrendjében kell megfigyelni, hogy a forgásból és a keringésből adódó hatásokat figyelembe tudják venni. Ez egy Földhöz hasonló, 16 fényév távolságban lévő exobolygó esetében azt jelenti, hogy egy éven keresztül minden hónapban több napig kell figyelni a bolygót egy 8 méteres távcsőre szerelt tökéletes koronográffal.

Első lépésként Kuwata és munkatársai a Föld legyengített képén alkalmazták a módszerüket. A rajzon a szürke, a fehér és a fekete rendre a vegetációnak, a szárazföldeknek és az óceánoknak felel meg. (Kép: Kuwata et al. / Astrophysical Journal 2022)

A módszert „élesben” a DSCOVR hosszú idő alatt készített felvételeinek sorozatán próbálták ki. A kapott térképről sikerült eltávolítani a felhők többségét, illetve elkülöníteni a szárazföldeket az óceánoktól. A szárazföldek (piros) és a vegetáció (zöld) elkülönítése egyelőre nem tökéletes. A térkép további hibája, hogy az Antarktiszt növénytakaróval borított területként azonosítja. (Kép: Kuwata et al. / Astrophysical Journal 2022)

Timothy Brandt (Kaliforniai Egyetem) véleménye szerint a módszer alkalmazhatósága a gyűjtött adatok minőségén múlik. Mint megjegyzi, hasonló módszerrel már sikerült feltérképezni a HD 189733 kötött keringésű forró jupiter hőmérséklet-változásait.

A NASA a 2030-as években 6 méteres űrtávcső indítását tervezi, amellyel mintegy két tucat közeli, Föld-típusú exobolygóról lehet majd közvetlenül képet alkotni. A távcsővel gyűjtendő adatok minden bizonnyal alkalmasak lesznek arra, hogy Kuwata módszerével ki lehessen értékelni őket. Az 1000 fényév nagyságrendű távolságban lévő exobolygók ugyanilyen vizsgálatához azonban már nagyobb távcsövekre lenne szükség.

Kapcsolódó cikkek:
Ahol egy év nyolc óráig tart
Jól teljesít a TESS
Exobolygó-keresés, NASA és SETI
DSCOVR: végül repül
Kék üveggolyó – újratöltve

Kapcsolódó linkek:
Exobolygó-térképezés néhány pixelen? (Sky & Telescope)
A DSCOVR felvételei (NASA)