Voor het eerst hebben twee teams van astronomen waterdamp ontdekt rond een kleine planeet die rond de bewoonbare zone van een verre ster cirkelt. Ze vonden zelfs sporen van regen in de aangrenzende wolken. Dit bevestigde de eerdere veronderstellingen van astronomen dat water, dat als een essentieel onderdeel van het leven wordt beschouwd, ook voorkomt in de atmosfeer van kleine exoplaneten.

Astronoom Nikku Madhusudhan van het Astronomical Institute van Cambridge University zegt:

"Het is erg spannend. Niemand had zo'n ontdekking verwacht, zelfs niet recentelijk. "

Waterdamp is eerder gevonden in de hete gasatmosferen van gigantische exoplaneten, maar de ontdekking ervan rond kleinere exoplaneten was een uitdaging. Astronomen bestuderen de atmosfeer door het licht te analyseren dat van de gastster komt wanneer de exoplaneet er voor of voorbij is. Als de planeet een atmosfeer heeft, zullen bepaalde golflengten van licht worden geabsorbeerd door atmosferische atomen of moleculen, waardoor karakteristieke lijnen in het stellaire spectrum achterblijven. Deze techniek werkt het beste op grote planeten met een grote atmosfeer, die vervolgens door een grotere hoeveelheid sterrenlicht wordt geleid. Toch zijn slechts enkele telescopen, zoals de Hubble-ruimtetelescoop, gevoelig genoeg om vage lijnen te detecteren. Astronomen gebruikten de Hubble-ruimtetelescoop om te experimenteren en verschillende kleinere exoplaneten ter grootte van Neptunus en de aarde te observeren, wat niet het gewenste resultaat opleverde.

Planet K2-18b

Stel je de planeet K2-18b voor. Deze planeet in de buurt, die rond een rode dwerg rond 110 lichtjaar van de aarde draait, werd beschouwd als de belangrijkste kandidaat voor het vinden van vloeibaar water. Hoewel zijn ster veel kouder is dan de zon, betekent zijn korte baan, die slechts 33 dagen duurt, dat hij bijna dezelfde hoeveelheid warmte ontvangt als de aarde van de zon. De aanwezigheid van vloeibaar water op het oppervlak van de planeet kan stabiel zijn en de locatie bevindt zich daarom in de bewoonbare zone van zijn ster. Een team van astronomen uit de Verenigde Staten en Canada heeft de K2-18b een aantal jaren mogen bestuderen met behulp van de Hubble-telescoop. Wetenschappers hebben gegevens verzameld van acht banen van de planeet voor zijn ster.

"Dit moet nog worden bevestigd, maar onze gegevens laten onder meer sporen van waterdamp in de wolken zien", zei teamleider Björn Benneke van de Universiteit van Montreal in Canada. Het team, dat zijn resultaten gisteren op arXiv publiceerde en ze ook doorstuurde naar The Astronomical Journal, verzamelde ook gegevens van NASA's Spitzer en Kepler ruimtetelescopen en gebruikte ze allemaal in het K2-18b klimaatmodel. De meest waarschijnlijke interpretatie van het model is dat de planeet wolken van gecondenseerd vloeibaar water heeft.

"Regen is op deze planeet echt net zo regenachtig als op aarde", zegt Benneke. 'Als je daarheen zou vliegen in een heteluchtballon en ademhalingsapparatuur had, zou je waarschijnlijk niets overkomen.'

K2-18b - Schaal Neptunus

Dit betekent echter niet dat K2-18b een oppervlak heeft met land en oceanen net als de aarde. K2-18b is ongeveer tweemaal de diameter en acht keer het volume van onze planeet. Volgens Benneke is het meer een gereduceerde Neptunus met een dichte, ondoorzichtige omhulling, die waarschijnlijk een rotsachtige of ijzige kern verbergt. "Dit is niet de tweede aarde", zegt Angelos Tsiaras, teamleider aan het University College London (UCL), die vandaag zijn eigen analyse publiceerde van openbaar beschikbare gegevens van de Hubble-telescoop in Nature Astronomy. Beide teams zijn het eens over de aanwezigheid van waterdamp en mogelijke bewolking. "Er zouden wolken moeten zijn", zegt Giovanna Tinetti van het UCL-team.

Benneke verklaart dat op K2-18b er kan een watercyclus zijn waarbij regenval uit de atmosfeer valt, zelfs zonder het "aardoppervlak", verdampt in een dichte en hete onderste gaslaag om op te tillen en opnieuw te condenseren in de wolken.

Het resultaat moedigt astronomen aan om verder te verkennen. Madhusudhan zegt dat er nog een handvol kleine waterhoudende exoplaneten binnen handbereik van de Hubble-telescoop zou kunnen zijn. Op grotere afstand zullen wetenschappers moeten wachten tot de opvolger van de Hubble Space Telescope, de James Webb Space Telescope (JWST) in 2021 wordt gelanceerd. "JWST zal prachtig zijn", zegt Madhusudhan, en met zijn hulp zullen de "wolken" van dergelijke planeten worden ontdekt.