U posljednjih 30 godina astronomija je zatvorila jedno veliko pitanje: Sunce nije jedina zvijezda s planetarnim sustavom. Danas je poznato više od 6.000 egzoplaneta, a sljedeći korak je daleko teži: utvrditi može li se teleskopima prepoznati krije li se na nekom od tih svjetova život, i to kroz plinove u njegovoj atmosferi.
Kako svjetlost otkriva kemiju atmosfere
Kako objašnjava Carole Haswell, profesorica astrofizike na The Open University, kad se egzoplanet promatra dovoljno precizno, moguće je prepoznati molekule u njegovoj atmosferi. Razlog je u kvantnoj mehanici: svaka kemijska tvar ostavlja prepoznatljiv uzorak u svjetlosti, poput jedinstvenog “optičkog otiska”, koji se može izdvojiti iz svjetlosti zvijezde nakon što prođe kroz atmosferu planeta. Teleskopi to rade tako da prikupljaju svjetlost zvijezde koja je filtrirana kroz atmosferu dok planet prolazi ispred zvijezde iz naše perspektive.
Takav prolazak, tranzit, nužan je za ovu metodu pa se ona može primijeniti samo na manji dio poznatih egzoplaneta. I kada tranzit postoji, signal nije jednak za sve tvari. Jačina otiska ovisi o zastupljenosti molekule u atmosferi: što je molekula češća, signal je u pravilu jači, a kako zastupljenost pada, otisci postaju sve slabiji. Ipak, postoje iznimke jer neki su otisci “fundamentalno” snažni, dok su drugi slabi, neovisno o tome koliko je molekula česta.
Primjer dolazi iz vlastite atmosfere. Zemljinu atmosferu najviše čini dvoatomni dušik (N₂), ali njegov je otisak slab u usporedbi s otiscima znatno manje zastupljenih plinova kao što su dvoatomni kisik (O₂), ozon (O₃), ugljikov dioksid (CO₂) i vodena para (H₂O).
Svemirski teleskop James Webb (JWST) u infracrvenom području već je zavirio u atmosfere niza egzoplaneta. No iz podataka nije uvijek lako izvući pouzdan “molekularni potpis”. Različite istraživačke skupine mogu, uz iste sirove podatke, dobiti različite rezultate jer donose drukčije odluke u obradi i modeliranju. Unatoč tome, postoje detekcije koje su se pokazale ponovljivima i čvrstima, osobito za jednostavne molekule s izraženim spektralnim tragom, poput metana, ugljikova dioksida i vode.
K2-18b, dimetil sulfid i oprez s biopotpisima
Najčešći tip poznatih egzoplaneta su takozvani “sub-Neptuni”, planeti veći od Zemlje, ali manji od Neptuna. Upravo za jedan takav planet, K2-18b, 2025. godine iznesena je smjela tvrdnja o mogućem biopotpisu. U analizi je prijavljena detekcija dimetil sulfida, uz tvrdnju da je vjerojatnost da je signal lažan manja od jednom u 1.000.
Na Zemlji dimetil sulfid proizvodi fitoplankton u oceanima, ali se brzo razgrađuje u morskoj vodi koja je osvijetljena Sunčevom svjetlošću. Budući da bi K2-18b mogao biti planet potpuno prekriven vodenim oceanom, prisutnost dimetil sulfida u njegovoj atmosferi mogla bi upućivati na to da se taj plin stalno nadopunjuje, potencijalno iz mikrobnog morskog života.
Međutim, drugi istraživači naknadno su preispitali navodnu detekciju i doveli u pitanje koliko je početni zaključak čvrst. Ključno je bilo ono što su 2025. pokazali Luis Welbanks i kolege sa Sveučilišta države Arizone: rezultat se može dramatično promijeniti već samim odabirom molekularnih “otisaka” koji se u analizi uzimaju u obzir. U njihovoj provjeri pojavile su se brojne alternativne mogućnosti, koje izvorni rad nije razmatrao, a koje su s mjerenjima davale jednako dobro ili čak bolje slaganje.
Za planete veličine Zemlje, koji se u pravilu smatraju stjenovitima, s JWST je ionako vrlo zahtjevno uopće potvrditi postojanje atmosfere. Ipak, u planovima je niz misija koje bi trebale značajno proširiti mogućnosti i donijeti više podataka o svjetovima sličnim Zemlji.
Budući teleskopi
S planiranim lansiranjem 2026. godine, teleskop Plato, koji razvija Europska Svemirska Agencija, trebao bi identificirati planete mnogo sličnije Zemlji te prikladnije za transmisijsku spektroskopiju od onih koje trenutačno poznajemo. NASA planira lansirati svemirski teleskop Nancy Grace Roman 2029. godine, s ciljem razvoja koronografskih tehnika koje “poništavaju” svjetlost zvijezde kako bi se izravno mogli proučavati znatno tamniji planeti u orbitama obližnjih zvijezda. Europska Svemirska Agencija također planira lansiranje teleskopa Ariel 2029. godine, kao namjenske misije za transmisijsku spektroskopiju projektirane tako da može određivati sastave atmosfera egzoplaneta.
U pripremi je i Opservatorij Habitable Worlds (HWO), koji je trenutačno u fazi planiranja. Predviđeno je da koristi koronograf i da prouči oko 25 planeta sličnih Zemlji, tražeći različite pokazatelje nastanjivosti. HWO bi imao širok raspon valnih duljina, od ultraljubičastog do bliskog infracrvenog. Kada bi se oko neke od obližnjih ciljanih zvijezda nalazio “blizanac” Zemlje, HWO bi prikupljao svjetlost zvijezde odbijenu od planeta. U toj bi se odbijenoj svjetlosti vidjeli otisci dvoatomnog kisika (O₂) i drugih plinova karakterističnih za Zemljinu atmosferu, a pojavio bi se i signal apsorpcije svjetlosti u fotosintezi, takozvani “crveni rub vegetacije”.
Zemljina površina podijeljena je na kopna i oceane, koji svjetlost odbijaju na različite načine. HWO bi, prema planiranom konceptu, mogao rekonstruirati kartu niske rezolucije na temelju promjena u odbijenoj svjetlosti dok se kontinenti i oceani rotacijom planeta naizmjenično pojavljuju i nestaju iz vidnog polja.
U sljedećim godinama predviđena su lansiranja više svemirskih opservatorija, a kombinacija transmisijske spektroskopije i izravnog snimanja trebala bi približiti odgovor na pitanje koje se provlači kroz čitavu povijest znanosti: je li Zemlja jedinstvena po tome što nosi život.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
