Sådan registrerer du livet på fjerne eksoplaneter

Søgningen efter udenjordisk liv er uden tvivl den mest dybtgående videnskabelige virksomhed i vores tid. Hvis fremmedbiologi findes på en anden verden, der kredser om en anden stjerne, vi ved endelig, at livet er muligt ud over vores solsystem.

Det er dog ikke let at søge efter antydninger af fremmed biologi på fjerntliggende verdener. Men et team af astronomer udvikler en ny teknik til brug for den næste generation af kraftfulde teleskoper, giver dem mulighed for præcist at måle kemikalierne i exoplanetatmosfærer. Håbet, selvfølgelig, er at finde tegn på udenjordisk liv.

Denne dybtgående søgning blev for nylig kastet i rampelyset ved opdagelsen af ​​syv små fremmede verdener, der kredser om de små, rød dværgstjerne TRAPPIST-1. Tre af disse eksoplaneter kredser inden for stjernens såkaldte "beboelige zone". Det er området omkring enhver stjerne, hvor det ikke er for varmt og ikke for koldt til flydende vand kan eksistere på et planetarisk legeme.

På jorden, hvor der er flydende vand, er der liv, så hvis nogen af ​​TRAPPIST-1's beboelige verdener besidder vand, de kan have liv, også.

TRAPPIST-1's livgivende potentiale forbliver ren spekulation, imidlertid. Selvom dette fascinerende stjernesystem er i vores galaktiske baggård, vi aner ikke, om der findes vand i nogen af ​​disse verdens atmosfærer. Rent faktisk, vi ved ikke engang om de har atmosfærer! Alt, hvad vi ved, er, hvor lang tid det tager exoplaneterne at gå i kredsløb om stjernen og deres fysiske størrelse.

"Den første opdagelse af biosignaturer på andre verdener kan være en af ​​de mest betydningsfulde videnskabelige opdagelser i vores levetid, "siger Garreth Ruane, en astronom ved California Institute of Technology (Caltech). "Det vil være et vigtigt skridt i retning af at besvare et af menneskelige slags største spørgsmål:'Er vi alene?'"

Ruane arbejder på Caltechs Exoplanet Technology Laboratory, eller ET Lab, som udvikler nye strategier til at scanne efter eksoplanetære biosignaturer, såsom iltmolekyler og metan. Typisk, molekyler som disse er meget reaktive med andre kemikalier, hvilket betyder, at de hurtigt nedbrydes i planetariske atmosfærer. Så, hvis astronomer opdager det spektroskopiske "fingeraftryk" af metan i en exoplanets atmosfære, det kan betyde, at fremmede biologiske processer producerer stoffet.

Desværre, vi kan ikke bare gribe verdens mest kraftfulde teleskop og pege det mod TRAPPIST-1 for at se, om disse planters atmosfærer indeholder metan.

"For at detektere molekyler i atmosfærerne på exoplaneter, astronomer skal være i stand til at analysere lys fra planeten uden at blive helt overvældet af lys fra den nærliggende stjerne, "Siger Ruane.

Heldigvis, røde dværg (eller M-dværg) stjerner som Trappist-1 er kølige og svage, så blændingsproblemet er mindre akut. Og da disse stjerner er den mest almindelige type stjerne i vores galakse, røde dværge er, hvor astronomer først leder efter den historiske opdagelse.

Astronomer bruger et instrument kendt som en "coronagraph" til at isolere det reflekterede stjernelys, der hopper ud fra en nærliggende exoplanet. Når coronagraph -nulerne kom ind på det svage lys på en eksoplanet, et lavopløselig spektrometer analyserer derefter de kemiske "fingeraftryk" i den verden. Desværre, denne teknologi er begrænset til kun at studere de største eksoplaneter, der kredser langt fra deres stjerner.

ET Labs nye teknik bruger et koronagraf, optiske fibre og et højopløselig spektrometer, alle arbejder sammen for at fjerne en stjernes blænding, mens de fanger et ekstremt detaljeret kemisk fingeraftryk af enhver verden i kredsløb. Denne teknik er kendt som "high-dispersion coronagraphy" (HDC), og det kunne revolutionere vores forståelse af mangfoldigheden af ​​eksoplanetære atmosfærer. Papirer med detaljer om metoden offentliggøres snart i The Astrophysical Journal og The Astronomical Journal.

"Det, der gør HDC -metoden så kraftfuld, er, at planetens spektrale signatur kan vælges, selv når den stadig er begravet i stjernens blænding efter koronagrafen, "Ruane fortæller HowStuffWorks." Dette giver mulighed for påvisning af molekyler i atmosfæren på planeter, der er ekstremt vanskelige at forestille sig.

"Tricket er at dele lyset op i mange farver og skabe, hvad astronomer kalder et højopløselig spektrum, som hjælper med at skelne planetens signatur fra resterne af stjernelys. "

Det eneste, der skal til nu, er et kraftfuldt teleskop, som systemet kan fastgøres til.

I slutningen af ​​2020’erne, Thirty Meter Telescope bliver verdens største jordbaserede optiske teleskop og, når det bruges sammen med HDC, astronomer vil snart kunne studere atmosfærerne i potentielt beboelige verdener, der kredser om røde dværge.

"Detekteringen af ​​ilt og metan i atmosfærerne på planeter i jordstørrelse, der kredser M -dværge, der ligner Proxima Centauri b med TMT, vil være ekstremt spændende, "siger Ruane." Vi har stadig meget at lære om disse planeters potentielle beboelighed, men det ville måske indikere, at der kan være planeter, der ligner Jorden, der kredser om vores nærmeste stjerne -naboer. "

Anslået 58 milliarder røde dværgstjerner lever i vores galakse, og det er kendt, at de fleste vil være vært for planeter, så når Thirty Meter Telescope går online, astronomer kan være på vej til at finde det meget eftertragtede biosignatur -fingeraftryk.

I 2016, astronomer opdagede en eksoplanet i jord, der kredser om den nærmeste M-dværg til Jorden, Proxima Centauri. Proxima b kredser også inden for sin stjernes beboelige zone, gør det til et førende mål for søgen efter fremmede liv og, i en afstand af lidt over fire lysår, Det er også en spændende interstellar destination, som mennesker muligvis kan besøge i fremtiden.