Total måneformørkelse:observation af Jorden som en transitplanet

Det er lykkedes astronomer at registrere sollys, der skinner gennem jordens atmosfære på en måde, der ligner studiet af fjerne exoplaneter. Under den ekstraordinære anledning af en måneformørkelse, det store kikkertteleskop observerede lyset, der blev filtreret af Jordens atmosfære og reflekteret af månen i unikke detaljer. Ud over ilt og vand, atomare spektrallinjer af natrium, calcium og kalium blev opdaget i vores atmosfære på denne måde første gang.

Når en exoplanet passerer foran sin værtsstjerne, astronomer kan muligvis registrere både dæmpningen af ​​det stjernelys, som planeten blokerer for, og også det stjernelys, der skinner gennem planetens atmosfære. Selvom det kun er et lille signal, den indeholder aftrykket af planetens kemiske og fysiske signatur og giver den primære mulighed for at måle planetens atmosfæriske bestanddele. I astrofysik, denne teknik kaldes transmissionsspektroskopi, og er en relativt ung teknik, der boomer, da mange exoplanetpassager blev opdaget fra rummet. "Mens, indtil nu, gælder kun for superstore Jupiters, det er overdimensionerede Jupiter-lignende planeter, der kredser tæt på deres værtsstjerne, vi er mest interesserede i jordlignende planeter og om vi kunne detektere mere komplekse molekylære signaturer i et ekso-Jorden transmissionsspektrum, der muligvis endda antyder liv, " forklarer Klaus Strassmeier fra Leibniz Institut for Astrofysik i Potsdam (AIP), den førende forfatter til den nu offentliggjorte undersøgelse. "Selvom det endnu ikke er muligt for nogen jordlignende exoplanet-transit, en total måneformørkelse, som er en total solformørkelse set fra vores egen måne, er intet andet end en transit af vores egen jord, og indirekte observerbare."

Sollyset, der passerer gennem Jordens atmosfære, før det når månen og tilbage reflekterer til Jorden, kaldes Earthshine. Jordens atmosfære indeholder mange biprodukter af biologisk aktivitet, såsom ilt og ozon i forbindelse med vanddamp, metan og kuldioxid. Disse biogene molekyler præsenterer attraktive smalle molekylære bånd ved optiske og nær infrarøde bølgelængder til påvisning i atmosfærer på andre planeter. At tage Jorden som prototypen på en beboelig planet, Jordskinsobservationer giver mulighed for at verificere biogene og beslægtede kemiske grundstoffers tilstedeværelse med de samme teknikker, som ellers bliver brugt til at observere stjerner med super Jupiter-planeter. Earthshine er således en ideel testcase for fremtidige exo-jord-detektioner med den nye generation af ekstremt store teleskoper.

Januar 2019 bød på en total måneformørkelse. Månen dæmpes med en faktor på 20, 000 i løbet af totaliteten, hvilket er grunden til, at lysindsamlingsevnen fra 11,8 m Large Binocular Telescope (LBT) i Arizona var nødvendig for observationerne. Derudover den høje spektrale opløsning af Potsdam Echelle Polarimetric and Spectroscopic Instrument (PEPSI) var nødvendig for at adskille de forventede små spektral-line absorptioner af Jordens atmosfære fra det normale solspektrum ved hidtil uset spektral opløsning og i polariseret lys.

"PEPSI har allerede ydet betydelige bidrag til studiet af exoplaneter gennem observation af deres transit foran deres sol, " tilføjer Christian Veillet, LBT-observatoriets direktør. "At se på Jorden som en exoplanet takket være en total måneformørkelse velegnet til LBTs placering i Arizona, og tilføjelse af polarimetri til den udsøgte opløsning af PEPSI-spektrografen, resulterede i påvisning af natrium, kalk, og kalium i jordens atmosfære."