Man kan säga att studiet av extrasolära planeter är i en övergångsfas på senare tid. Hittills, 4, 525 exoplaneter har bekräftats i 3, 357 system, med ytterligare 7, 761 kandidater väntar på bekräftelse. Som ett resultat, exoplanetstudier har gått bort från upptäcktsprocessen och mot karakterisering, där uppföljande observationer av exoplaneter görs för att lära sig mer om deras atmosfärer och miljöer.

I processen, exoplanetforskare hoppas kunna se om någon av dessa planeter har de nödvändiga ingredienserna för livet som vi känner det. Nyligen, ett par forskare från Northern Arizona University, med stöd från NASA Astrobiology Institutes Virtual Planetary Laboratory (VPL), utvecklat en teknik för att hitta hav på exoplaneter. Förmågan att hitta vatten på andra planeter, en nyckelingrediens i livet på jorden, kommer att gå långt för att hitta utomjordiskt liv.

Forskningen utfördes av postdoktorn Dominick J. Ryan, en postdoktor vid Northern Arizona University (NAU), och Tyler D. Robinson – en biträdande professor i astronomi och planetvetenskap vid NAU och NASA Astrobiology Institute. Studien som beskrev deras resultat, med titeln "Detektera hav på exoplaneter med fasberoende spektral huvudkomponentanalys, " nyligen dök upp online och övervägs för publicering av Planetary Science Journal .

När det gäller exoplanetkarakterisering, den mest lovande tekniken är Transit Method (alias Transit Photometry). Detta består av att övervaka stjärnor för periodiska sänkningar i ljusstyrka, som är indikationer på planeter som passerar framför sina moderstjärnor (i förhållande till observatören). Ibland, astronomer kan också få spektra när ljus passerar genom den transiterande planetens atmosfär, avslöjar saker om dess kemiska sammansättning. Men som prof. Robinson sa till Universe Today via e-post, denna metod tillåter inte ytobservationer:

"Tills vidare, våra bästa tekniker för att karakterisera steniga exoplaneter säger oss inte mycket om ytmiljöerna för dessa världar (inklusive om flytande vatten finns). För Hubble (och den snart lanserade JWST), vi använder transitspektroskopi för att karakterisera exoplaneternas atmosfärer – och letar efter mycket små förändringar i ljusstyrkan och färgen på en värdstjärna när en planet korsar sin skiva. I denna geometri/inställning, de mycket långa vägarna ljuset tar genom atmosfären (mest analogt med att se solen vid solnedgången på jorden) betyder att den djupa atmosfären (och ytan) är skymd."

Inom en snar framtid, denna situation förväntas förändras avsevärt, tack vare nästa generations instrument som James Webb Space Telescope (JWST), och markbaserade observatorier som Extremely Large Telescope (ELT). Tack vare deras sofistikerade optik, koronografier, och spektrometrar, dessa teleskop kommer att direkt kunna avbilda mindre exoplaneter som kretsar närmare sina stjärnor (vilket är där potentiellt beboeliga stenplaneter är mer sannolikt att hittas).

Denna metod består av att observera ljuset som direkt reflekteras av en exoplanets atmosfär eller yta, som kan ge värdefull insikt om planetens klimat och ytmiljö. Förutom JWST och ELT, det finns många föreslagna uppdrag som kommer att ha den nödvändiga upplösningen och känsligheten för att upptäcka ytegenskaper baserat på atmosfärens sammansättning, identifiera vegetation, bevis på fotosyntes, och kanske till och med urskilja närvaron av konstgjorda ljus.

För deras studiers skull, Ryan och Dr. Robinson övervägde hur nästa generations instrument kunde utföra direkta avbildningsstudier av exoplaneter som skulle avslöja närvaron av ytvatten. Nyckeln till detta, sa Dr Robinson, är att leta efter "röda halvmånar":

"Uppdragskoncept är för närvarande under övervägande som skulle tillhandahålla dessa typer av data - HabEx och LUVOIR är de främsta exemplen. På samma sätt som solljus som glittrar från havet när man ser en solnedgång från en strand på jorden ser ganska rött ut, vi föreslog att glittrande hav på exoplaneter kunde få hela planeten att se väldigt röd ut i halvmånefaserna.

"Om det berömda Pale Blue Dot-fotot hade tagits av jorden när det var en smal halvmåne, det skulle inte alls ha varit blått – det skulle ha varit rött! Så, genom att leta efter tecken på att en potentiellt jordliknande exoplanet blir mycket reflekterande och röd i halvmånefaser, vi kanske kan göra en upptäckt av ett hav på den världen."

Eftersom det inte finns några rymdskeppsobservationer av jorden för de halvmånefaser och våglängder som behövdes för att testa denna metod, Ryan och Dr. Robinson förlitade sig på en serie simuleringar av jordens ljusstyrka. Dessa simuleringar stod för alla realistiska effekter som orsakas av reflektion av solljus av ytvatten - från havsglimt och moln till atmosfärisk och ytreflektion.

"Dessa simuleringar visade att när jorden betraktas i mer halvmåneliknande faser, det blir verkligen rött och reflekterande, " sa Dr. Robinson. "Med hjälp av verktyg som efterliknade hur en avlägsen jord skulle se ut för ett HabEx- eller LUVOIR-liknande uppdrag, vi visade att bara några observationer av en jordliknande värld som tagits över några olika faser (som sträcker sig från nästan full fas till halvmånefaser) skulle avslöja en halvmånefasrodnad som tyder på hav."

Som Dr Robinson förklarade, denna teknik kommer inte att gälla för JWST men kommer att vara möjlig med framtida uppdrag. Dessa inkluderar det tidigare nämnda Habitable Exoplanet Observatory (HabEx), ett rymdteleskop designat för direkta bildstudier av jordliknande planeter runt solliknande stjärnor; och Large UV/Optical/IR Surveyor (LUVOIR), en stor bländare, multi-våglängdsobservatorium som kommer att uppnå ett brett spektrum av vetenskapsmål.

I slutet, sa Dr Robinson, denna studie ger en "väldefinierad väg" för framtida direktavbildningsstudier som syftar till att karakterisera exoplaneter. "En del av jakten på utomjordiskt liv är att förstå hur vanligt det är att klippiga världar har beboeliga förhållanden (ythav, åtminstone för exoplaneter) – eftersom beboeliga världar också är våra bästa mål för jakt på biosignaturer, " sa Dr Robinson. "Så, vi har hjälpt till att lösa en pusselbit för hur man upptäcker världar där vi tror att liv kan uppstå."