Okyanusları olan ötegezegenleri nasıl tespit edeceğiz?

Gezegenimizin okyanusları, güneş ışığı onlardan yansıdığında masalsı ışık imzaları üretir. Önemli okyanus kapsamına sahip ötegezegenler de aynı şeyi yapabilir. Büyük okyanuslara sahip diğer Dünya benzeri dünyaları tanımlamak için Dünya’nın yansıma imzalarını kullanabilir miyiz?

Eninde sonunda yapabilmeliyiz.

Yeni bir çalışma, Dünya okyanuslarından yansıyan ışık imzalarını inceledi ve onların akılarını ve kutuplaşmalarını araştırdı. Araştırmacılar iki Dünya’yı modellediler: kuru bir gezegen ve Dünya benzeri bulutlara ve atmosfere sahip ıslak bir gezegen. Sonra ışığın bu gezegenlerden farklı koşullarda nasıl yansıyacağını simüle ettiler. Sadece bir okyanusun ışığın polarizasyonunun belirli şekillerde dalmasına neden olabileceğini buldular.

Çalışma, “Dünya benzeri ötegezegenlerin toplam akışı ve kutuplaşma spektrumundaki okyanus imzaları” başlığını taşıyor. dergi Astronomi ve Astrofizik yayınlayacak, ancak şu anda baskı öncesi sitesi arxiv.org’da çevrimiçi olarak mevcut. Yazarlar VJH Trees ve DM Stam’dır. Ağaçlar Hollanda Kraliyet Meteoroloji Enstitüsü’nden ve Stam Delft Teknoloji Üniversitesi’nden.

Bilim adamları ötegezegenlerde su buharı buldular, ancak gezegen yıldızının önündeyken ve yıldız ışığı atmosferden geçerken spektroskopik olarak tespit edildi. Bu gözlemler suyun moleküler imzasını ortaya çıkardı, ancak şu anda bir okyanus olup olmadığını bilmenin bir yolu yok. Kağıt, “… sıvı su okyanuslarının gerçek gözlemleri, yalnızca gezegen tarafından yansıtılan yıldız ışığının doğrudan algılanmasıyla mümkündür” diyor.

Bazı bilimsel tahminler, bilinen ötegezegenlerin dörtte birinin okyanuslara sahip olduğunu gösteriyor, ancak bu suyun çoğu yer altı okyanuslarında olabilir. Güneş sistemimizde sadece Dünya gezegeni yüzey okyanuslarına sahiptir. Güneş sistemindeki birden fazla uydunun yeraltı okyanusları vardır ve muhtemelen bazı cüce gezegenlerde de vardır.

Ekzomlarda yer altı okyanuslarını tespit etmeye yakın değiliz, ancak teleskop teknolojisi ilerledikçe, Dünya’ya benzer gezegenlerdeki okyanusları tespit edebiliriz. Bu makalenin yazarlarının yazdığı gibi, “Dünya benzeri ötegezegenler tarafından yansıtılan yıldız ışığının sayısal simülasyonları, gelecekteki teleskoplarla aranabilecek yaşanabilirlik imzalarını tahmin ediyor.”

Araştırmacılar sayısal ötegezegen simülasyonlarında üç şeyi hesapladılar: toplam akı (F), polarize akı (Q) ve polarizasyon derecesi (Ps). Okyanusları belirli bir şekilde modellediler. “Okyanuslar, doğal mavi deniz suyunun üzerinde rüzgarla karıştırılmış dalgalar, köpük ve dalga gölgeleri ile Fresnel yansıtan yüzeylerden oluşur” diye açıklıyorlar. Fresnel yansıması, yansıyan ışığın gelen ışıkla aynı düzlemde olmasıdır. Adını Augustin-Jean Fresnel’den alan buna paralel polarizasyon da denir. Işığı daha dar bir ışına odaklayan deniz fenerlerinde kullanılan bir lens icat etti.

Okyanuslardan gelen ışığın polarizasyonunu ölçmek önemlidir çünkü yıldız ışığının polarize olması beklenmez. Ayrıca, ışık sinyalleri mesafe ile azalırken, polarizasyon derecesi değişmez. Ne yazık ki, gökbilimciler henüz okyanustan yansıyan kutuplaşmayı ölçemezler. Yazarlar, “Mevcut yer tabanlı ve uzay tabanlı teleskoplar, Dünya benzeri ötegezegenler tarafından yansıtılan polarize ışığı ölçemez” diye açıklıyor.

Ama bu değişecek.

Yaklaşan Avrupa Aşırı Büyük Teleskopu (E-ELT) ve NASA tarafından geliştirilen bir uzay teleskopu konsepti olan Büyük Ultraviyole Optik Kızılötesi Sörveyör (LUVOIR), polarize ışığı ölçebilecek. Bu çalışmadakiler gibi sayısal modeller, dış okyanuslardan yansıyan ışığın polarizasyonunu algılamak için gerekli olan aletleri ve gözlem prosedürlerini tasarlamak için kullanılacaktır.

Bu çalışmanın ana çıkarımlarından biri, polarizasyon derecesi veya Ps ile ilgilidir. Aşağıdaki görüntü, bulutsuz kuru gezegenler ile bulutsuz okyanus gezegenleri için P’leri karşılaştırır.

Ana paket, Ps’nin yalnızca ölçülebilen belirli koşullarda düşmesidir. Yazarların belirttiği gibi, “Ps’deki düşüşler yalnızca okyanus gezegenleri için ve yalnızca parıltı bulutsuz olduğunda gözlemlenir.” Bu, sonuçlarının basitleştirilmiş bir özeti, ancak bir şeylerin peşinde olduklarını gösteriyor.

Okyanusu olan bir ötegezegen keşfedersek veya umarız ne zaman olursa, bu bir dönüm noktası olayı olacaktır. Uzay bilimi topluluğu, orada olduklarından oldukça emin ve yaşamı destekleme konusunda güçlü bir olasılığa sahipler. Bilim adamları bir ötegezegenin yoğunluğunu, büyüklüğüne karşı ölçtüğünde, dış okyanusların ipuçları ortaya çıkıyor. Ama şu anki haliyle, bir yüzey okyanusu tespit edip etmediğimizi kesin olarak bilmenin bir yolu yok.

Bu araştırmacılar, bir süredir dış okyanusları tespit etme sorunu üzerinde çalışıyorlar ve konuyla ilgili başka makaleler yayınladılar. Simülasyonları doğruysa, okyanus dünyalarını çok uzak mesafelerden tespit etmenin güvenilir bir yolunu geliştiriyor olabiliriz. E-ELT ilk ışığı 2027 civarında görecek ve okyanuslardan yansıyan polarize yıldız ışığını tespit edebilecek.

Belki de çok geçmeden ilk onaylanmış okyanus ötegezegenimize sahip olacağız.