När teleskopen blev tillräckligt kraftfulla för att hitta planeter som kretsar kring avlägsna stjärnor, forskare blev förvånade över att se att många av dem inte hade atmosfärer som jordens. Istället, de verkar ha tjocka filtar av väte.

I en ny studie, två forskare från University of Chicago undersökte hur dessa planeters atmosfärer utvecklas, och sannolikheten för att sådana planeter någonsin skaffar sig en atmosfär mer lik vår. Genom att modellera tusentals simulerade planeter, de uppskattade att det skulle vara mycket sällsynt för en planet som började med en väteatmosfär att utvecklas till en som liknar jordens — och att sådana planeter ofta slutar att förlora sin atmosfär helt.

Publicerad 21 juli i Proceedings of the National Academy of Sciences , resultaten fördjupar vår förståelse av hur planetariska atmosfärer bildas och växer, och kan hjälpa astronomer att begränsa de bästa platserna för att söka efter planeter med jordliknande atmosfärer.

"Den beboeliga zonen för planeter ligger på en linje - en kosmisk kustlinje mellan för mycket och för lite atmosfär, " sa professor Edwin Kite, första författare till studien och expert på Mars historia och andra världars klimat. "Finns det många planeter längs den kustlinjen, eller är de sällsynta? Det här är en stor fråga inom planetvetenskapen just nu."

"Vi vet väldigt lite om atmosfären hos steniga exoplaneter, " sa Megan Barnett, en doktorand och andra författare till tidningen. "Planeterna vi tittar på i den här studien är för nära sina stjärnor för att vara värd för liv, men att studera dem hjälper oss att förstå de övergripande processerna som skapar eller förstör atmosfärer."

Till exempel, forskare vet att många steniga planeter bildas med väteatmosfärer, men vad som händer efter den första formationen är mycket mindre tydligt. Håller de den atmosfären, övergång till en annan typ av atmosfär, eller tappar det helt?

Kite och Barnett tog informationen vi vet, och matade in det i ett program för att köra simuleringar med planeter av olika storlekar och med olika typer av atmosfärer. Sedan ställde de upp olika scenarier och observerade vad som skulle hända med atmosfärerna om, säga, den närliggande stjärnans ljusstyrka ändras, ändra mängden strålning som tas emot av planeten; eller stjärnan dämpas och planetens klippa svalnar; eller vulkaner får utbrott på ytan.

Deras resultat antydde att om en planet börjar med en väterik atmosfär, det finns väldigt få kombinationer av förhållanden under vilka den så småningom skulle kunna övergå till en jordliknande atmosfär. "Det händer verkligen inte i vår modell, " sade Kite. "Det överlägset vanligaste resultatet är att den tappar sin atmosfär och förblir en kal sten för alltid."

I en handfull fall, dock, en planet lite större än jordens storlek lyckades skaffa och behålla en jordliknande atmosfär genom att ha en massa vulkanutbrott som häller ut gaser.

Kite och Barnett fann också att en planet som började med en initial jordliknande atmosfär var mer benägna att behålla den.

Resultaten, forskarna sa, kommer att hjälpa till att vägleda sökningar efter beboeliga planeter med nya teleskop som James Webb Space Telescope, planerad att lanseras nästa år.

"Från våra fynd, det ser ut som om vi vill hitta varma exoplaneter med jordliknande atmosfärer, vi borde rikta in oss på världar som började utan väteatmosfärer, som kretsar kring mindre aktiva stjärnor, eller är ovanligt stora, sa Kite.