I sökandet efter liv bortom vår galax, många forskare har sina ögon riktade mot klot som jorden:steniga planeter. Så efter att Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) upptäckte en stenig planet något större än jorden i höstas, ett team av forskare lanserade en kampanj för att ta ytterligare bilder med Spitzer Space Telescope, det enda teleskopet för närvarande i rymden som direkt kan upptäcka en planets infraröda ljus. Teleskopet producerade bilder som var mindre än 1 pixel - 1/94 tum - som en dammfläck för att göra förutsägelser om planetens beboelighet.

Att titta på flera omloppsbanor av planeten gjorde det möjligt för forskare att kartlägga temperaturen på dess yta och skapa modeller av dess atmosfär - kapacitet som forskare bara har börjat utveckla för steniga planeter. Mycket av det som forskare lär sig om exoplaneter är baserat på vad de vet om stjärnorna de kretsar kring.

"Folk säger att vi bara känner en planet så bra som vi känner till stjärnan, eftersom vi i grund och botten sluter saker baserat på vad vi mäter om stjärnan, sa Laura Schäfer, en biträdande professor i geologiska vetenskaper vid Stanford's School of Earth Energy &Environmental Sciences (Stanford Earth) och medförfattare på en studie som karakteriserar en planet som publicerades i Natur 19 augusti.

Teamets analyser visar att denna planet, LHS 3844b, ligger 48,6 ljusår bort, är mycket varmare än jorden och kan vara täckt av mörk vulkanisk sten. Den kretsar runt en stjärna som är mindre än solen på bara 11 timmar. Stjärnan är en M-dvärg – den vanligaste och mest långlivade typen av stjärna som därför potentiellt skulle kunna vara värd för en hög andel av galaxens planeter – och den steniga planetens atmosfär är den första kretsande en M-dvärg som karakteriseras. Forskare fann att planeten har liten eller ingen atmosfär, och kunde därför inte stödja liv - ett viktigt fynd för att förstå atmosfärer av liknande steniga planeter runt M dvärgar.

Stanford News Service pratade med Schaefer för att förstå mer om resultaten och vad de betyder.

Varför vill forskare utforska exoplaneter?

Mycket brett, det är för att försöka förstå planetbildningen bättre. Vi förstår ganska detaljerat planeterna i vårt eget solsystem, men det ger oss bara en ögonblicksbild av hur planetbildningen fungerar. Genom att gå ut och hitta planeter runt andra stjärnor, vi har upptäckt många galna nya saker som vi inte insåg hände när planeter bildades. Till exempel, vi hittade en klass av planeter som ingen förväntade sig att existera, kallas heta Jupiters. Dessa är faktiskt den första typen av exoplaneter som upptäcktes.

Det andra stora målet med att titta på exoplaneter är att hitta en annan planet som jorden som kan ha liv på sig. Jag fokuserar på de mindre steniga planeterna, inte de stora gasjättarna. Målet är så småningom att hitta en planet i vad vi kallar "den beboeliga zonen, " som är ett område i omloppsrymden där flytande vatten kan vara stabilt på ytan av en planet som jorden.

För att avgöra om en planet har liv, vi måste kunna mäta dess atmosfär och se om livet har påverkat den, som vi vet att det har här på jorden, där vår atmosfär av syre produceras av livet. Innan livet var utbrett på jorden, dess atmosfär var mycket annorlunda. Så vi tror att om vi kan titta på planeternas atmosfärer i den beboeliga zonen och bestämma vad de är gjorda av, då kanske vi skulle kunna säga om dessa planeter har liv. Det här är ett första steg på vägen till det.

Hur kartlade teamet temperaturen på en planet som är så långt borta?

Genom att observera planeten på olika punkter längs dess bana, vi ser olika delar av dagssidan av planeten. Om vi ​​tittar på ljuset från stjärnan, vi ser ett stort dopp när planeten passerar framför stjärnan, som vi kallar transit. När det går bakom stjärnan, vi ser ett mindre dopp som vi kallar den sekundära förmörkelsen. Mängden av denna dopp ger oss en begränsning av planetens yttemperatur. Vi kan också leta efter variationer i stjärnljuset som ger oss en temperaturkarta med dagsidan och nattsidan.

Vi kan begränsa omloppsbanan ganska bra; vi vet hur nära den är sin stjärna och vi vet stjärnans ljusstyrka, så vi vet i princip hur mycket ljus planeten får från stjärnan. Vi använder modeller av stjärnans utveckling för att försöka förstå hur mycket ljus den planeten har fått under hela sin livstid.

Vad sa data om dess atmosfär?

En atmosfär kan ta värmen från stjärnan och flytta runt den. Om planeten inte har en atmosfär, då kan du förvänta dig en stor kontrast mellan dagsidan och nattsidan. Två signaturer av atmosfären är en förskjutning i den högsta temperaturpunkten och en lägre amplitud av denna signatur, vilket indikerar att värme flyttas runt. Med just den här planeten – en av de första steniga planeterna från vilken den här typen av mätningar har kunnat göras – fann vi en stor temperaturkontrast mellan dag- och nattsidan och ingen förskjutning av den temperaturpunkten. Det tydde på att atmosfären måste vara riktigt tunn.

Mitt bidrag var att sedan avgöra om atmosfären var stabil genom att köra modeller för att titta på hur mycket atmosfär planeten eventuellt skulle kunna förlora för en rad parametrar under planetens livstid. Om planeten började med ungefär samma mängd gaser, som vatten och koldioxid, som jorden eller till och med mer än så, då skulle den ha förlorat dem alla under loppet av sin livstid på grund av att stjärnan värmde upp atmosfären och fick den att fly – det är en mekanism för atmosfärens flykt. Vi tittade på en annan modell som begränsade den nedre delen av atmosfären som planeten kunde ha och fastställde att dessa tunna atmosfärer inte är stabila på denna planet.

Varför fokuserar du din forskning på atmosfäriska flyktmodeller?

Jag började arbeta med att förstå tidiga planetariska atmosfärer för ett antal år sedan, innan jag ens började gymnasiet. Till mig, det är ett av de mest intressanta problemen eftersom det är planetens tidiga tillstånd som verkligen tycks avgöra hur den utvecklas under sin livstid. Det är verkligen viktigt för jorden, eftersom vi inte vet mycket om dess tidiga historia under de första halvmiljardåren – men det är den tidsperiod då livet började. Så mitt perspektiv är att du måste börja från början. Och det betyder faktiskt att börja innan planeten bildas och försöka förstå alla processer som går till att göra planeten och vad som sätter de initiala förutsättningarna som den så småningom utvecklas från. Genom att titta på dessa heta, steniga exoplaneter, vi får testa vår förståelse för dessa processer.