แสงดาวบอกได้อย่างไรว่าดาวเคราะห์ไกล ๆ มีแก๊สอะไร?

* รูปภาพใช้เพื่อประกอบเนื้อหาเท่านั้น อาจไม่ใช่ภาพเหตุการณ์จริงหรือภาพจริงจากเรื่องในบทความ

เวลาอ่านข่าวว่าพบไอน้ำหรือคาร์บอนไดออกไซด์บนดาวเคราะห์ที่อยู่ไกลหลายปีแสง เราอาจนึกถึงกล้องซูมเห็นก้อนเมฆบนโลกอื่น แต่กล้องไม่ได้เห็นโมเลกุลเป็นเม็ด ๆ สิ่งแรกที่วัดได้คือแสงจากดาวฤกษ์แม่

ถ้าดาวเคราะห์ผ่านหน้าดาวแม่จากมุมที่โลกเห็น แสงบางส่วนจะลอดขอบบรรยากาศก่อนถึงกล้อง โมเลกุลแต่ละชนิดดูดกลืนแสงคนละช่วงคลื่น เมื่อนำแสงมาแยกเป็นสเปกตรัม รอยที่ขาดไปจึงเป็นเบาะแสให้เทียบว่าอาจมีสารใด นี่คือหลักของสเปกตรัมขณะผ่านหน้า หรือ transit spectroscopy

ก่อนดูองค์ประกอบ กล้องจับจังหวะดาวเคราะห์ผ่านหน้าดาวแม่ แสงดาวจะลดลงเล็กน้อยแล้วกลับขึ้นเมื่อดาวเคราะห์พ้นแนว เคปเลอร์ใช้การตกของแสงแบบนี้ค้นหาดาวเคราะห์ ส่วนการอ่านบรรยากาศต้องแยกแสงเป็นช่วงคลื่นด้วย

ขณะผ่านหน้า แสงบางส่วนลอดขอบบรรยากาศ ก๊าซดูดกลืนบางช่วงคลื่น ส่วนอื่นถึงกล้อง นักวิจัยจึงเทียบสเปกตรัมช่วงผ่านหน้ากับแสงดาวช่วงอื่น แล้วหาลายคลื่นที่หายไป นี่คือการอนุมานจากแสง ไม่ใช่ภาพถ่ายโมเลกุล

ลองนึกถึงปริซึมแยกแสงขาวเป็นสี โมเลกุลแต่ละชนิดมีลายดูดกลืนเฉพาะช่วงคลื่นคล้ายบาร์โค้ด นักดาราศาสตร์จึงเทียบรอยในสเปกตรัมกับลายเซ็นของสารที่รู้จัก ไม่ได้ดูสีด้วยตาเปล่า

NASA ระบุว่าฮับเบิลใช้สเปกโทรสโกปีตรวจพบฮีเลียมและไอน้ำในบรรยากาศดาวเคราะห์นอกระบบ ส่วน Webb มีสเปกโทรกราฟสำหรับอ่าน ลายเซ็นโมเลกุล ผลที่ได้เป็นการตีความจากแสง ไม่ใช่ภาพพื้นผิวของดาวเคราะห์

วิธีนี้ใช้ได้กับระบบที่ดาวเคราะห์ผ่านหน้าดาวจากมุมมองของเราเท่านั้น ดาวเคราะห์ที่ไม่ผ่านแนวนี้จึงอ่านบรรยากาศด้วยวิธีนี้ไม่ได้ รายงานยังต้องบอกว่าสัญญาณเข้ากับสารชนิดใด และแยกการตรวจพบออกจากข้อบ่งชี้ที่ยังไม่แน่ชัด

เมื่อข่าวบอกว่าพบไอน้ำบนดาวเคราะห์ไกล ความหมายคือข้อมูลมีลายดูดกลืนที่เข้ากับไอน้ำ วิธีนี้ช่วยบอกองค์ประกอบบางส่วนของบรรยากาศ แต่ไม่ได้แสดงเมฆ ทะเล หรือยืนยันว่ามีสิ่งมีชีวิตอยู่บนดาวนั้น