Astronomowie wykryli pierwszą atmosferę na skalistej planecie w ekosferze innej gwiazdy

Zespół kierowany przez naukowców z Uniwersytetu Harvarda ogłosił przełomowy wynik: wokół LHS 1140 b, skalistej superziemi odległej o 49 lat świetlnych, po raz pierwszy potwierdzono obecność atmosfery.

Planeta znana od lat, zagadka nierozwiązana

LHS 1140 b odkryto już w 2017 roku – krąży wokół spokojnego, nieaktywnego czerwonego karła w gwiazdozbiorze Wieloryba. Ma masę 5,6 razy większą od Ziemi i promień 1,73 raza większy, a pełny obieg wokół gwiazdy zajmuje jej 24,7 doby. Otrzymuje zaledwie 42% promieniowania, jakie dociera do Ziemi od Słońca, co daje jej temperaturę równowagową rzędu -47°C – warunki teoretycznie dopuszczające istnienie na powierzchni wody w stanie ciekłym.

Od lat planeta uchodziła za jednego z najlepszych kandydatów do poszukiwania atmosfer poza Układem Słonecznym. Problem w tym, że bezpośrednie wykrycie sygnału wody czy dwutlenku węgla w dolnych warstwach atmosfery skalistej planety w ekosferze jest niezwykle trudne technicznie. Zespół z Harvardu obrał więc inną strategię: zamiast szukać tych cząsteczek bezpośrednio, postanowił tropić hel uciekający z górnych warstw atmosfery w przestrzeń kosmiczną.

Hel jako świadek istnienia atmosfery

Do obserwacji wykorzystano spektrograf WINERED (Warm Infrared Echelle Spectrograph to Realize Extreme Dispersion) zamontowany na teleskopie Magellana Claya w Obserwatorium Las Campanas w Chile. Podczas sesji obserwacyjnej w 2024 roku, gdy LHS 1140 b przechodziła na tle tarczy swojej gwiazdy, naukowcy zarejestrowali wyraźny sygnał helu uciekającego z atmosfery planety – efekt ogrzewania przez promieniowanie rentgenowskie i skrajny ultrafiolet gwiazdy macierzystej.

Co ciekawe, powtórne obserwacje w 2025 roku nie wykazały już ucieczki helu – zjawisko okazało się zmienne w czasie. Jak podkreśla dr Shreyas Vissapragada z Carnegie Science Observatories, współautor badania, to rzadka okazja, by zobaczyć zmiany w atmosferze planety pozasłonecznej w skali ludzkiego życia.

Naukowcy nie znaleźli natomiast żadnego śladu atmosfery wokół sąsiedniej planety w tym samym układzie, LHS 1140 c, która krąży bliżej gwiazdy i poza ekosferą. Może to oznaczać, że oba światy leżą po przeciwnych stronach tzw. kosmicznego wybrzeża (cosmic shoreline) – granicy oddzielającej planety zdolne utrzymać atmosferę przez miliardy lat od tych, które tracą ją szybko.

Warstwowa atmosfera i wciąż otwarte pytania

Łącząc nowe dane z wcześniejszymi obserwacjami i modelami ewolucji atmosfer planetarnych, badacze wnioskują, że LHS 1140 b ma silnie rozwarstwioną atmosferę: w górnych partiach dominuje hel przy niedoborze wodoru, natomiast cięższe związki, takie jak woda, mogą pozostawać uwięzione bliżej powierzchni.

– Atmosfera jest niezbędna, by planeta mogła podtrzymywać życie w formie, jaką znamy – mówi dr Collin Cherubim z Harvardu, główny autor publikacji. – To pierwszy przypadek, gdy udało się wykryć atmosferę na skalistej planecie w ekosferze innej gwiazdy.

Pytanie, czy mamy do czynienia ze stabilną atmosferą, czy raczej z planetą, której sporadycznie odbija się gazem szybko uciekającym w kosmos, pozostaje otwarte. Jak zauważa dr Jason Dittmann z Uniwersytetu Florydy, jeden z odkrywców planety z 2016 roku, kluczowe będą dane z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, zbierane przez najbliższe cztery-pięć lat – jeśli uda się wykryć w atmosferze wodę, będzie to mocny argument za jej trwałością.

Dlaczego to ważne

Odkrycie nie dowodzi istnienia życia na LHS 1140 b, ale spełnia trzy podstawowe warunki, które astrobiolodzy stawiają kandydatom zdatnym do zamieszkania: planeta jest skalista, znajduje się w odpowiedniej odległości od gwiazdy dla istnienia wody w stanie ciekłym, a teraz wiadomo też, że posiada atmosferę. Jak podsumowuje prof. Robin Wordsworth z Harvardu: dwie dekady temu astronomowie zastanawiali się, czy planety skaliste w ogóle istnieją poza Układem Słonecznym; dziś wiadomo, że są powszechne, a przynajmniej jedna z nich zdołała zachować atmosferę.

Bliskość układu – niespełna 49 lat świetlnych – czyni go jednym z priorytetowych celów dla przyszłych obserwacji, choć wciąż pozostaje poza zasięgiem jakiejkolwiek sondy kosmicznej zbudowanej przez człowieka.

Źródła:

Główne:

• Cherubim, C. i in., Helium escaping from the atmosphere of a nearby rocky exoplanet orbiting in a habitable zone,
• Sci.News, Potential Atmosphere Detected on Habitable-Zone Exoplanet LHS 1140b,

Kontekstowe:

• Phys.org, „Nearby rocky planet may be replenishing helium from atmosphere, study finds”
• Scientific American, „A super-Earth exoplanet’s leaking helium could be evidence of a complex atmosphere”

Opracowanie: Agnieszka Nowak