K2-18b

K2-18b, joka tunnetaan myös nimellä EPIC 201912552 b, on 124 valovuoden päässä Maasta sijaitsevaa punaista kääpiötä, K2-18, kiertävä eksoplaneetta.

Ominaisuudet 
K2-18b:n massa on 8,63±1,35 maan massaa (ME). Se kiertää tähtensä 33 päivässä. Maasta käsin sen voi nähdä kulkevan tähden edestä. Planeetta on todennäköisesti vuorovesilukittu tähteensä, vaikka myös Merkuriuksen kaltainen keskiliikeresonanssi on mahdollinen.

K2-18b:n tiheys on noin 2.67 g/cm3 (Maan ja Neptunuksen välimaastossa), mikä viittaa siihen, että planeetalla on vetypitoinen kuori. Planeetta voi olla joko kivipitoinen ja sillä voi olla paksu kuori tai se voi olla koostumukseltaan Neptunuksen kaltainen. Pelkkä vesiplaneetta, jolla on ohut ilmakehä, on epätodennäköisempi.

Tähti on 2 400±600 miljoonaa vuotta vanha ja planeetan muodostuminen on saattanut kestää muutamia miljoonia vuosia. Jos valtameri on olemassa, sen alla on todennäköisesti korkeapaineinen jääkerros kivisen ytimen päällä, mikä saattaa horjuttaa planeetan ilmastoa estämällä materiaalivirrat ytimen ja valtameren välillä.

Mahdollinen valtameri 
Kriittisen pisteen ylittävissä lämpötiloissa nesteet ja kaasut lakkaavat olemasta eri faaseissa, eikä valtameren ja ilmakehän välillä ole enää eroa. On epäselvää, viittaavatko havainnot siihen, että erillisen nestemäisen valtameren olemassaolo K2-18b:llä on mahdollista ja tällaisen valtameren havaitseminen on vaikeaa ulkopuolelta käsin; sen olemassaoloa ei voi päätellä tai sulkea pois pelkästään planeetan massan ja säteen perusteella.

Nestemäisen valtameren olemassaolo on epätodennäköistä K2-18b:llä; kuoren alla oleva vesi on todennäköisemmin ylikriittisessä tilassa. Hivenkaasuja, kuten hiilivetyjä ja ammoniakkia, voi hävitä ilmakehästä valtamereen, jos sellainen on olemassa; niiden läsnäolo voi siten merkitä valtameren ja ilmakehän välisen eron puuttumista.

Ilmakehä ja ilmasto 
Hubble-avaruusteleskoopilla tehtyjen havaintojen perusteella K2-18b:n ilmakehän on arvioitu koostuvan lähinnä vedystä. Vesihöyryn osuus ilmakehästä on 0,7-1,6 prosenttia, kun taas ammoniakkipitoisuudet näyttävät olevan mittaamattoman alhaisia, ja metaania saattaa esiintyä joko tämäntyyppiselle planeetalle tavanomaisia määriä tai se voi olla hyvin vähäistä. Hiilioksideja ei ole raportoitu, ainoastaan niiden pitoisuuksien yläraja (muutama prosentti) on määritetty. Ilmakehän osuus planeetan massasta on korkeintaan 6,2 %, ja sen koostumus muistuttaa luultavasti Uranuksen ja Neptunuksen koostumusta.

Ilmakehän pilvistä on vain vähän todisteita, ja todisteet mahdollisista vesipilvistä ovat ristiriitaisia. Jos niitä on olemassa, pilvet ovat todennäköisesti jäisiä, mutta nestemäinen vesi on mahdollista. Veden lisäksi ammoniumkloridi, natriumsulfidi, kaliumkloridi ja sinkkisulfidi voivat muodostaa pilviä K2-18b:n ilmakehässä, riippuen planeetan ominaisuuksista. Useimmat tietokonemallit ennustavat, että korkealla sijaitsevaan ilmakehään muodostuu lämpötilainversio, joka mahdollistaa stratosfäärin syntymisen.

Elinkelpoisuus 
Maasta peräisin olevat mikro-organismit voivat selviytyä vetypitoisissa ilmakehissä, mikä osoittaa, että vety ei ole este elämälle. Useat elämän läsnäolon tunnistamiseen käytetyt biosignaalikaasut eivät kuitenkaan ole luotettavia indikaattoreita, kun niitä esiintyy vetypitoisessa ilmakehässä, joten K2-18b:n biologisen aktiivisuuden tunnistamiseen tarvittaisiin erilaisia merkkiaineita. Madhusudhanin ym. mukaan useat näistä merkkiaineista voitaisiin havaita James Webb -avaruusteleskoopilla kohtuullisen havaintomäärän jälkeen.

Löytö- ja tutkimushistoria 
Planeetta löydettiin vuonna 2015 Kepler-avaruusteleskoopilla, ja sen olemassaolo vahvistettiin myöhemmin Spitzer-avaruusteleskoopilla ja Doppler-nopeustekniikoilla. Varhaisissa arvioissa tähden säteestä oli huomattavia virheitä, mikä johti virheellisiin arvioihin planeetan säteestä ja planeetan tiheyden yliarviointiin. Läpikulkuanalyysit poissulkevat sen, että ne johtuisivat näkymättömistä seuralaistähdistä, muista planeetoista tai havaintojen systemaattisista virheistä. Vesihöyryn spektroskooppisen merkin löytyminen K2-18b:ltä vuonna 2019 oli ensimmäinen vesihöyryn löytyminen eksoplaneetalta, joka ei ole Kuuma Jupiter, ja se herätti paljon keskustelua.

K2-18b:tä on käytetty eksoplaneettatutkimusten testitapauksena. K2-18b:n ominaisuudet ovat johtaneet "Hycean-planeetan" määritelmään, joka on planeettatyyppi, jolla on sekä runsaasti nestemäistä vettä että vetykuori. Koostumukseltaan vastaavia planeettoja luultiin aiemmin liian kuumiksi ollakseen asumiskelpoisia; K2-18b:n havainnot sen sijaan viittaavat siihen, että ne saattavat olla tarpeeksi kylmiä, jotta niillä voisi olla elämän mahdollistavia nestemäisen veden valtameriä. Vetykuoren voimakas kasvihuoneilmiö saattaa mahdollistaa sen, että ne pysyvät asumiskelpoisina jopa alhaisilla tähtisäteilypitoisuuksilla.

Syyskuussa 2023 Nasa ilmoitti, että James Webb -avaruusteleskoopin havainnot paljastivat metaanin, hiilidioksidin ja mahdollisesti dimetyylisulfidin (DMS) esiintymisen. DMS:n esiintyminen on potentiaalinen biosignaalilähde, sillä suurin osa Maan ilmakehän DMS:stä vapautuu meriympäristöjen kasviplanktonista. Tarvitaan kuitenkin vielä lisätutkimuksia ja sen poissulkemista, että yhdiste olisi geologista tai kemiallista alkuperää.

Lähteet

Aiheesta muualla 

Eksoplaneetat
Leijonan tähdistö