Evren’deki gazın büyük bölümü hidrojen ve helyumdan oluşuyor. Gezegenlerin ilk atmosferlerinin de çoğunlukla bu iki hafif elementten başladığı düşünülüyor. Ancak milyarlarca yıl içinde gezegenler evrildikçe atmosferlerin kimyasal bileşimi değişebiliyor. Hidrojen farklı maddelerle tepkimeye girebiliyor; hidrojen ve helyum da zamanla uzaya kaçabiliyor. Bu nedenle Venus, Earth ve Mars gibi gezegenlerin, ilk hidrojen/helyum zarfını kaybedip ya da dönüştürüp ikinci bir atmosfere sahip olduğu değerlendiriliyor.
Bu kaybın nasıl gerçekleştiği ise oldukça karmaşık. Daha hafif elementler genel olarak daha kolay kaçıyor, fakat hidrojen methane ve ammonia gibi moleküllerin içinde yer aldığında daha iyi korunabiliyor. Gezegenin kütleçekimi bazı moleküllerin tutulmasına yardımcı olurken, manyetik alan da yıldız kaynaklı ışınımın atmosferi süpürme etkisini sınırlayabiliyor. Yıldıza yakınlık da belirleyici bir etken. Çünkü hem alınan radyasyon artıyor hem de atmosfer ısınıp genişleyerek gezegenin kütleçekim etkisinin daha zayıf olduğu bölgelere taşınabiliyor.
Tüm bu değişkenler bir araya geldiğinde, ötegezegenlerde ne tür atmosferlerle karşılaşılacağını öngörmek zorlaşıyor. Nature’ın son sayısında yayımlanan bir çalışma ise bu konuda doğrudan bir gözlem sundu. Araştırmada, Dünya’dan yaklaşık 50 ışık yılı uzaklıktaki LHS 1140 yıldızının etrafında dönen bir ötegezegenin atmosferinden helyum kaçışı tespit edildi. Ölçülen kaçış hızından hareketle, gezegenin geride kalan atmosferi hakkında da bazı çıkarımlar yapılabiliyor.
LHS 1140a, iki doğrulanmış gezegene sahip bir red dwarf yıldız. Bu sistemdeki LHS 1140c, yıldıza oldukça yakın bir yörüngede bulunuyor. Bir turunu 4 günden biraz kısa sürede tamamlıyor ve yıldızından, Earth’ün Sun’dan aldığına kıyasla yaklaşık beş kat fazla ışınım alıyor. Diğer gezegen LHS 1140b ise belirgin biçimde daha dışta yer alıyor ve bir yörüngesini neredeyse 25 günde tamamlıyor. Bu mesafe yine de Mercury’nin Sun’a uzaklığından daha kısa. Ancak LHS 1140a sönük bir yıldız olduğu için, LHS 1140b buna rağmen Earth’ün aldığı ışığın yarısından daha azını alıyor.
Çalışmanın öne çıkan sonucu, sistemdeki gezegenlerden birinin atmosferinden aktif olarak helyum kaybettiğinin gözlenmiş olması. Helyum, özellikle genişlemiş ve üst katmanları ısınmış atmosferlerde izlenebilen önemli bir işaretçi olarak görülüyor. Çünkü bu hafif elementin uzaya kaçışı, gezegenin atmosferinin ne kadar gevşek tutulduğunu ve yıldız çevresindeki koşullardan ne ölçüde etkilendiğini anlamaya yardımcı olabiliyor. Araştırmacılar da bu nedenle gözlenen helyum sinyalini yalnızca bir kayıp göstergesi olarak değil, aynı zamanda atmosferin bugünkü yapısını değerlendirmek için bir araç olarak ele alıyor.
Bu tür ölçümler, ötegezegen atmosferlerinin zaman içindeki evrimini anlamak açısından önemli. Bir gezegen başlangıçta hidrojen ve helyum açısından zengin bir zarfla oluşmuş olsa bile, yıldızına yakınlığı, aldığı radyasyon, kütlesi ve olası manyetik özellikleri nedeniyle bu zarfı büyük ölçüde kaybedebilir. Geriye daha ağır moleküllerden oluşan ikinci bir atmosfer kalabilir ya da atmosfer ciddi biçimde incelmiş olabilir. Gözlenen helyum kaçışı da bu dönüşüm sürecinin doğrudan izlenebilen parçalarından biri olarak değerlendiriliyor.
LHS 1140 sistemi bu açıdan ilginç bir karşılaştırma sunuyor. Aynı yıldızın etrafında dönen iki gezegenin yıldızdan aldığı enerji miktarı belirgin biçimde farklı. LHS 1140c, çok daha kısa yörüngesi nedeniyle daha sert koşullara maruz kalırken, LHS 1140b daha ılımlı bir ışınım ortamında bulunuyor. Bu fark, atmosfer kaybının yıldızdan uzaklığa nasıl bağlı olduğunu incelemek için doğal bir laboratuvar oluşturuyor. Özellikle red dwarf yıldızların çevresindeki gezegenlerde, yıldız etkinliğinin atmosferler üzerindeki uzun vadeli etkisi halen önemli araştırma başlıklarından biri.
Elde edilen sonuçlar, bir ötegezegenin bugün sahip olduğu atmosferin yalnızca oluşum koşullarını değil, milyarlarca yıl boyunca maruz kaldığı kayıp süreçlerini de yansıttığını bir kez daha gösteriyor. Helyumun gözlenebilir biçimde kaçıyor olması, bu gezegenin ilk atmosferini tamamen korumadığını ortaya koyuyor. Araştırmacılar, kaçış hızına bakarak geriye kalan atmosferin niteliğine dair çıkarım yapabildiklerini belirtiyor. Bu da tek bir gazın izlenmesiyle bile gezegen evrimi konusunda değerli bilgiler elde edilebildiğini gösteriyor.
Ötegezegen atmosferleri üzerine yapılan gözlemler henüz her sistem için aynı ayrıntı düzeyine ulaşmış değil. Yine de bu çalışma, hafif gazların kaybını doğrudan ölçmenin, gezegenlerin neden birbirinden bu kadar farklı atmosferlere sahip olduğunu anlamada güçlü bir yöntem sunduğunu ortaya koyuyor. Özellikle hidrojen ve helyumdan başlayan ilk atmosferlerin hangi koşullarda korunabildiği, hangi koşullarda ikinci atmosferlere dönüştüğü sorusu açısından LHS 1140 sisteminden gelen bu gözlem dikkat çekici bir veri noktası oluşturuyor.
