En konstnärs syn på otaliga exoplaneter. Några av de tusentals exoplaneter vi har upptäckt borde ha hav. Kredit:NASA/JPL-Caltech
Vår planets hav genererar kontrollampa ljussignaturer när solljus reflekteras från dem. Exoplaneter med betydande havstäckning kan göra detsamma. Kan vi använda jordens reflektanssignaturer för att identifiera andra jordliknande världar med stora hav?
Vi borde kunna göra det så småningom.
En ny studie undersökte ljussignaturer som reflekterade från jordens hav och utforskade deras flöde och polarisering. Forskarna modellerade två jordar:en torr planet och en våt planet med jordliknande moln och atmosfär. Sedan simulerade de hur ljus skulle reflekteras från dessa planeter under olika förhållanden. De fann att endast ett hav kan få ljusets polarisering att sjunka på specifika sätt.
Studien har titeln "Havets signaturer i det totala flödet och polarisationsspektra av jordliknande exoplaneter." Tidskriften Astronomy and Astrophysics kommer att publicera den, men den är för närvarande tillgänglig online på prepress-sajten arxiv.org. Författarna är V. J. H. Trees och D. M. Stam. Trees kommer från Royal Netherlands Meteorological Institute, och Stam kommer från Delft University of Technology.
Forskare har hittat vattenånga på exoplaneter, men det detekteras spektroskopiskt när planeten är framför sin stjärna och stjärnljuset passerar genom atmosfären. Dessa observationer avslöjade vattnets molekylära signatur, men det finns för närvarande inget sätt att veta om det finns ett hav. "... faktiska observationer av hav med flytande vatten är endast möjliga med en direkt detektering av stjärnljuset som reflekteras av planeten", skriver tidningen.
Vissa vetenskapliga uppskattningar visar att upp till en fjärdedel av kända exoplaneter har hav, även om mycket av det vattnet kan finnas i hav under ytan. I vårt solsystem är det bara planeten jorden som har ythav. Flera månar i solsystemet har hav under ytan, och några av dvärgplaneterna har förmodligen också det.
Vi är inte i närheten av att upptäcka hav under ytan på exomuner, men när teleskoptekniken går framåt kan vi kanske upptäcka hav på planeter som liknar jorden. Som författarna till den här artikeln skriver, "Numeriska simuleringar av stjärnljus som reflekteras av jordliknande exoplaneter förutsäger signaturer för beboelighet som kan sökas efter med framtida teleskop."
Forskarna beräknade tre saker i sina numeriska exoplanetsimuleringar:totalt flöde (F), polariserat flöde (Q) och grad av polarisation (Ps). De modellerade haven på ett speciellt sätt. "Haven består av Fresnel-reflekterande ytor med vindruggade vågor, skum och vågskuggor, ovanför naturligt blått havsvatten", förklarar de. Fresnelreflektion är när det reflekterade ljuset är i samma plan som det infallande ljuset. Det kallas också parallell polarisering, uppkallad efter Augustin-Jean Fresnel. Han uppfann en lins som används i fyrar som fokuserar ljus till en smalare stråle.
Att mäta polariseringen av ljus från haven är viktigt eftersom stjärnljuset inte förväntas vara polariserat. Även om ljussignaler försämras med avståndet, gör inte graden av polarisering det. Tyvärr kan astronomer inte mäta havsreflekterad polarisation ännu. "Nuvarande markbaserade och rymdbaserade teleskop är inte kapabla att mäta det polariserade ljuset som reflekteras av jordliknande exoplaneter", förklarar författarna.
Men det kommer att ändras.
Det kommande European Extremely Large Telescope (E-ELT) och Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor (LUVOIR), ett rymdteleskopkoncept som utvecklas av NASA, kommer båda att kunna mäta polariserat ljus. Numeriska modeller som de i denna studie kommer att användas för att designa de instrument och observationsprocedurer som behövs för att känna av polariseringen av ljus som reflekteras av exo-hav.
En av de viktigaste aspekterna av detta arbete gäller graden av polarisering eller Ps. Bilden nedan jämför Ps för molnfria torra planeter kontra molnfria havsplaneter.
Det viktigaste är att Ps bara faller under vissa omständigheter, vilket kan mätas. Som författarna påpekar, "Dippar i Ps observeras endast för havsplaneter och endast när glimten är molnfri." Det är en förenklad sammanfattning av deras resultat, men det visar att de är inne på något.
Om – eller förhoppningsvis när – vi upptäcker en exoplanet med ett hav, kommer det att bli en landmärkeshändelse. Rymdvetenskapsgemenskapen är ganska övertygad om att de finns där ute och har en stor möjlighet att stödja livet. Antydningar om exo-hav dyker upp när forskare mäter en exoplanets densitet kontra dess storlek. Men som det ser ut finns det inget sätt att säkert veta om vi upptäcker ett ythav.
Dessa forskare har arbetat med problemet med att upptäcka exo-hav ett tag nu och har publicerat andra artiklar som tar itu med problemet. Om deras simuleringar är korrekta kan vi utveckla ett tillförlitligt sätt att upptäcka havsvärldar på stora avstånd. E-ELT kommer att se det första ljuset runt 2027 och den kommer att kunna detektera polariserat stjärnljus som reflekteras från haven.
Kanske har vi vår första bekräftade havsexoplanet inte alltför långt efter. + Utforska vidare
