กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ได้บันทึกหลักฐานเบื้องต้นของชั้นบรรยากาศบนดาวเคราะห์นอกระบบ LHS 1140 b ซึ่งอยู่ห่างจากโลก 48 ปีแสงในกลุ่มดาวซีตัส การสังเกตการณ์ที่ดำเนินการในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2566 ใช้ดาวเคราะห์สองดวงที่อยู่หน้าดาวฤกษ์แม่เพื่อวิเคราะห์องค์ประกอบบรรยากาศ ดาวเคราะห์โคจรรอบดาวแคระแดงและตั้งอยู่ในเขตเอื้ออาศัยได้ ซึ่งเป็นบริเวณที่อุณหภูมิยอมให้มีน้ำของเหลวได้
การค้นพบครั้งแรกและการจัดประเภทของดาวเคราะห์ใหม่
LHS 1140 b ถูกระบุในปี พ.ศ. 2560 โดยโครงการ MEarth-South เมื่อนักดาราศาสตร์จำแนกมันว่าเป็นซุปเปอร์เอิร์ธที่เป็นหิน การวัดที่แม่นยำยิ่งขึ้นในปี 2023 ได้เปลี่ยนแปลงความเข้าใจนี้ไปอย่างมาก ดาวเคราะห์ดวงนี้มีรัศมีประมาณ 1.73 เท่าของโลกและมีมวล 5.6 เท่า โดยมีความหนาแน่นต่ำกว่าที่คาดไว้สำหรับวัตถุที่เป็นหินล้วนๆ ลักษณะนี้ทำให้นักวิจัยประเมินว่าระหว่าง 9% ถึง 19% ของมวลของมันอาจประกอบด้วยน้ำ บ่งบอกว่าโลกเต็มไปด้วยมหาสมุทร
การจัดประเภทดาวเคราะห์ใหม่ทำให้เกิดความเป็นไปได้ทางวิทยาศาสตร์ใหม่ๆ แทนที่จะเป็นโลกที่แห้งแล้งและมีหิน LHS 1140 b อาจเป็นมหาสมุทรโลกที่อาจมีลักษณะที่สามารถอยู่อาศัยได้ การเปลี่ยนแปลงในการทำความเข้าใจโลกนี้แสดงให้เห็นว่าการสังเกตการณ์ที่ละเอียดยิ่งขึ้นเผยให้เห็นรายละเอียดที่มองไม่เห็นในการศึกษาก่อนหน้านี้ได้อย่างไร
ลักษณะดาวฤกษ์แม่และวงโคจรของดาวเคราะห์
ดาว LHS 1140 เป็นดาวแคระแดงที่มีมวลดวงอาทิตย์เพียง 18% และรัศมี 21% มีอายุมากกว่า 5 พันล้านปีและมีกิจกรรมดาวฤกษ์ต่ำ ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงของการปะทุที่อาจทำลายชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ได้ ดาวเคราะห์โคจรรอบโลกทุกๆ 24.7 วันและได้รับพลังงานประมาณ 43% ที่โลกได้รับจากดวงอาทิตย์
- ดาวฤกษ์เปล่งแสงน้อยกว่า 0.4% ของความสว่างจากดวงอาทิตย์
- ดาวเคราะห์โคจรด้วยระยะห่างประมาณ 0.095 หน่วยดาราศาสตร์
- เสถียรภาพของดาวฤกษ์เอื้อต่อการอนุรักษ์ชั้นบรรยากาศเป็นเวลาหลายพันล้านปี
เงื่อนไขเหล่านี้กำหนดให้ LHS 1140 b อยู่ในภูมิภาคที่แบบจำลองทางทฤษฎีระบุว่าน้ำอาจมีอยู่ในสถานะของเหลว ทำให้เป็นเป้าหมายสำคัญสำหรับการวิจัยความสามารถในการอยู่อาศัย
การวิเคราะห์ทางสเปกโทรสโกปีจะตัดบรรยากาศไฮโดรเจนบริสุทธิ์ออก
เจมส์ เวบบ์ ใช้เครื่องมือ NIRISS เพื่อทำการตรวจสเปกโทรสโกปีแบบส่องผ่าน ซึ่งเป็นเทคนิคที่วิเคราะห์ว่าบรรยากาศของดาวเคราะห์ดูดกลืนแสงดาวฤกษ์อย่างไรในระหว่างการเคลื่อนผ่าน ข้อมูลจากการผ่านทั้งสองครั้งได้รับการวิเคราะห์ร่วมกัน โดยเปิดเผยข้อมูลเกี่ยวกับองค์ประกอบของก๊าซ ผลลัพธ์ไม่รวมบรรยากาศที่อุดมด้วยไฮโดรเจนตามแบบฉบับของดาวเนปจูนขนาดเล็กด้วยความมั่นใจสูง
แต่สัญญาณที่เข้ากันได้กับการกระเจิงของเรย์ลีห์ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับโมเลกุลแสงเช่นไนโตรเจนกลับปรากฏขึ้น ระดับความเชื่อมั่นทางสถิติอยู่ที่ 2.3 ซิกมา ซึ่งบ่งชี้ถึงหลักฐานเบื้องต้นแต่มีความเกี่ยวข้อง แบบจำลองสภาพภูมิอากาศโลกเสริมการยกเว้นบรรยากาศที่มีไฮโดรเจนเป็นส่วนประกอบ โดยชี้ไปที่องค์ประกอบบรรยากาศรองที่อาจเกิดจากกระบวนการทางธรณีวิทยาภายในของโลก
โครงสร้างน้ำและทิวทัศน์มหาสมุทรใต้น้ำแข็ง
ปริมาณน้ำที่มีปริมาณมากในมวลดาวเคราะห์บ่งบอกถึงโลกมหาสมุทรที่ซับซ้อน แบบจำลองระบุว่าน้ำบางส่วนอาจถูกแช่แข็งบนพื้นผิว ก่อตัวเป็นชั้นน้ำแข็ง ในขณะที่มหาสมุทรของเหลวจะอยู่ด้านล่างภายใต้ความกดดัน เนื่องจากมันอยู่ใกล้กับดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์อาจมีการหมุนรอบตัวแบบซิงโครนัส โดยด้านหนึ่งหันเข้าหาดาวฤกษ์เสมอ และอีกด้านอยู่ในความมืดอย่างถาวร
ในรูปแบบนี้ ความร้อนที่กระจุกตัวอยู่ที่ด้านกลางวันอาจทำให้น้ำแข็งละลายได้ ทำให้เกิดเป็นมหาสมุทรทรงกลมตรงกลางด้านกลางวันและล้อมรอบด้วยน้ำแข็ง นักดาราศาสตร์เรียกรูปแบบนี้ว่า “ตาดาวเคราะห์” น้ำสามารถเป็นตัวแทนได้ถึง 19% ของมวลรวมของโลก โดยมหาสมุทรในด้านที่มีแสงสว่างมีขนาดเทียบได้กับมหาสมุทรที่ใหญ่ที่สุดในโลก
- ความดันบรรยากาศจะช่วยรักษาสถานะของเหลวในบางภูมิภาค
- มหาสมุทรทรงกลมจะถูกล้อมรอบด้วยแผ่นน้ำแข็งที่กว้างขวาง
- กระบวนการทางธรณีวิทยาภายในสามารถรักษากิจกรรมทางความร้อนบนโลกได้
ขั้นตอนต่อไปในการจำแนกลักษณะของดาวเคราะห์นอกระบบ
นักดาราศาสตร์วางแผนการสำรวจเพิ่มเติมร่วมกับเจมส์ เวบบ์ เพื่อเพิ่มระดับความเชื่อมั่นของสัญญาณที่ตรวจพบ วัตถุประสงค์รวมถึงการยืนยันการมีอยู่ของไนโตรเจนและการค้นหาส่วนประกอบในบรรยากาศอื่นๆ เช่น คาร์บอนไดออกไซด์หรือไอน้ำ เซสชั่นการสังเกตการณ์ใหม่แต่ละครั้งจะช่วยปรับแต่งแบบจำลองชั้นบรรยากาศและสภาพภูมิอากาศของโลก
กรณีของ LHS 1140 b เน้นถึงความก้าวหน้าในลักษณะของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะขนาดเล็กที่มีอุณหภูมิพอสมควร กล้องโทรทรรศน์ยังคงส่งข้อมูลที่ช่วยให้เราสามารถแยกแยะระหว่างโลกประเภทต่างๆ และประเมินศักยภาพของพวกมันในสภาวะคล้ายโลก โดยวางตำแหน่งดาวเคราะห์นอกระบบนี้ให้เป็นหนึ่งในตัวเลือกที่มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับการศึกษาความสามารถในการอยู่อาศัยได้ในหมู่โลกที่รู้จักในเขตเอื้ออาศัยได้
