Astronomi koji budu tražili znakove života na planetima izvan Sunčeva sustava morat će računati i na prašinu koja kruži oko njihovih zvijezda. Računalna analiza pokazuje da bi ta prašina mogla dodati vlastitu svjetlost u opažanja i oslabiti apsorpcijske tragove molekula u atmosferi planeta za čak 50 posto.
Problem bi se pojavio čak i u sustavu s količinom prašine usporedivom s onom u našem Sunčevu sustavu. To je važno za NASA-in koncept budućeg svemirskog teleskopa Habitable Worlds, koji bi trebao izravno snimati približno 25 potencijalno nastanjivih planeta sličnih Zemlji oko obližnjih zvijezda.
I drugi planetarni sustavi imaju zodijačku prašinu
Na dovoljno tamnom nebu ponekad se prije izlaska ili nakon zalaska Sunca može vidjeti blijedi stožasti sjaj. Zodijačka svjetlost nastaje kada se Sunčeva svjetlost raspršuje na sitnim česticama prašine u unutarnjem Sunčevu sustavu.
Riječ je o česticama veličine od približno jednog do 100 mikrometara, odnosno od tisućinke do desetinke milimetra. One su raspoređene uglavnom u ravnini u kojoj kruže planeti, pa tvore širok oblak duž ekliptike, prividnog puta Sunca nebom.
Astronomi očekuju da slični oblaci postoje i oko drugih zvijezda. Takva se prašina naziva egzozodijačka prašina ili egzozodi. Ako se nalazi u blizini nastanjive zone, područja u kojem bi na površini planeta uz odgovarajuću atmosferu mogla postojati tekuća voda, može postati važan izvor smetnji za buduća opažanja.
Za teleskop koji pokušava izdvojiti slabu svjetlost planeta od mnogo sjajnije zvijezde, prašina predstavlja dodatnu svjetlosnu pozadinu. Ona može otežati i određivanje sastava atmosfere.
Prašina puni spektralne udubine
Atmosfere planeta ostavljaju karakteristične tragove u njihovoj svjetlosti. Molekule vode, kisika, ozona, metana i ugljikova dioksida upijaju određene valne duljine, pa se u spektru pojavljuju tamnije apsorpcijske trake.
Takve molekule same po sebi ne bi dokazale postojanje života. Njihovo značenje ovisi o cijeloj atmosferi, temperaturi, oblacima, površini planeta i kemijskim procesima koji se u njemu odvijaju. Ipak, njihovo otkrivanje astronomima može pomoći u procjeni uvjeta na udaljenim svjetovima.
U predviđenim opažanjima HWO bi analizirao svjetlost koju planet odbija od svoje zvijezde. To je iznimno slab signal koji bi se morao izdvojiti iz blizine mnogo sjajnije zvijezde i okolne prašine. Slične metode već se koriste u proučavanju atmosfera egzoplaneta, ali budući bi teleskop prvi put pokušao takva mjerenja provoditi na malim planetima nalik Zemlji.
Autori su zato modelirali planet veličine Zemlje koji kruži na udaljenosti od jedne astronomske jedinice, jednakoj prosječnoj udaljenosti Zemlje od Sunca, oko zvijezde slične Suncu. Planet su postavili na udaljenost od 10 parseka, odnosno približno 32,6 svjetlosnih godina od Zemlje. U simulacijama su koristili modele današnje atmosfere Zemlje i atmosfere rane Zemlje.
Količinu prašine izrazili su u “zodijima”. Jedan zodi nije određena masa prašine izražena u kilogramima. Riječ je o referentnoj mjeri za optički učinak prašine, usporedivoj s količinom zodijačke prašine u nastanjivoj zoni Sunčeva sustava.
Rezultati pokazuju da bi već jedan zodi prašine mogao smanjiti prividnu dubinu nekih molekularnih apsorpcijskih značajki u vidljivom dijelu spektra za čak 50 posto. Učinak bi bio snažniji na većim valnim duljinama. Ovisio bi i o sastavu i boji prašine, pri čemu bi crvenija i približno neutralna prašina predstavljale veći problem od plavije.
Prethodna opažanja obližnjih zvijezda sličnih Suncu dala su medijan od približno tri zodija. To znači da bi količina prašine korištena u nekim simulacijama mogla biti uobičajena za planetarne sustave u našem galaktičkom susjedstvu, a ne rijetka iznimka.
Planet bi mogao izgledati veći nego što jest
Prašina ne bi samo oslabila pojedine spektralne tragove. Ako se njezina svjetlost ne bi pravilno uklonila, računalna analiza mogla bi pogrešno procijeniti i osnovna svojstva planeta.
U jednom od simuliranih scenarija, kada je zaostala svjetlost prašine bila jednako snažna kao svjetlost samog planeta, model je planet procijenio približno 50 posto većim nego što je doista bio. Istodobno je zaključio da planet ima vrlo rijetku atmosferu i manji udio oblaka.
U drugom scenariju, sa zaostalom prašinom jačine jedan posto planetove svjetlosti, analiza je planet procijenila približno pet posto manjim, uz oko 50 posto veći udio oblaka.
Takvi rezultati ne predstavljaju stvarna svojstva nekog poznatog planeta. Riječ je o posljedicama iskrivljenog signala u računalnoj simulaciji. Pokazuju koliko bi dodatna svjetlost iz istog planetarnog sustava mogla promijeniti konačnu interpretaciju opažanja.
Za precizno određivanje količine molekula u atmosferi, zaostala svjetlost prašine morala bi biti manja od 0,1 posto svjetlosti planeta. U simuliranom sustavu s približno deset zodija, gdje je svjetlost prašine usporediva sa svjetlošću planeta, to bi značilo ukloniti više od 99,9 posto izvornog signala prašine.
Potraga za životom nije onemogućena
Rezultati ne znače da će prašina onemogućiti potragu za životom. Pokazuju da će je astronomi morati zasebno izmjeriti i ukloniti iz podataka prije nego što počnu tumačiti atmosferu planeta.
Pomoći bi mogli dulja opažanja, napredniji algoritmi i veća spektralna razlučivost. U jednom od modeliranih primjera povećanje razlučivosti s vrijednosti R = 140 na R = 1000 smanjilo je zahtjeve za uklanjanje prašine približno 30 puta. Takvo bi mjerenje ipak zahtijevalo više vremena promatranja.
Za jednostavno utvrđivanje postoji li određena apsorpcijska značajka zahtjevi bi bili blaži nego za precizno mjerenje količine molekula. Odabir zvijezda s manjom količinom prašine i povoljnijom orijentacijom sustava također bi mogao smanjiti problem.
Analiza ne donosi otkriće novog egzoplaneta ni dokaz života. Ona pokazuje da bi čak i prašina usporediva s onom u našem Sunčevu sustavu mogla promijeniti sliku udaljenog planeta. Prije procjene njegove atmosfere astronomi će morati utvrditi koliko svjetlosti dolazi od planeta, a koliko od prašine koja kruži oko njegove zvijezde.
