Næste gennembrud inden for opdagelse af eksoplanet

Det var en god uge for astrobiologi. Inden for få dage efter NASAs meddelelse om, at de nødvendige ingredienser til liv eksisterer i fjerene, der bryder ud fra den sydlige pol på Saturns måne Enceladus, forskere samledes ved Stanford University for at diskutere opdagelse af liv uden for solsystemet.

Bemærk hvordan, "Søgningen efter liv i universet er blevet omdannet fra spekulation til en datadrevet videnskab, "talere som Stanford-fysikeren Peter Michelson tilbød detaljerede planer for at finde liv på eksoplaneter. I løbet af to dage den 20.-21. april, snesevis af forskere, der deltog i Breakthrough Discuss Conference, overvejede muligheder for at udforske planeter i andre stjernesystemer. Denne mulighed omfattede brug af en ny generation af kraftfulde teleskoper til observationer over lange afstande, samt at fremme en første-af-sin-slags teknologi til at besøge andre stjernesystemer-alt inden for den næste generation.

Fælles for disse strategier var fokus på at observere beboelige zone -planeter i vores lokale stjernekvarter. Alene i dette kvarter, inden for cirka 30 lysår efter vores solsystem, astrobiologer har allerede identificeret flere jordlignende eksoplaneter og snesevis af systemer, der kan rumme jordlignende verdener. Disse exoplaneter, identificeret ved den effekt, de har på deres forældrestjerne, er stenet og nogenlunde samme størrelse og densitet som Jorden. De kredser om deres stjerner på en afstand, der ville tillade flydende vand at eksistere på overfladen. Der er, imidlertid, mindst en stor forskel mellem vores planet og disse potentielt beboelige eksoplaneter. Det er, de er ikke stjernekredse som vores sol.

På stjernespektret, vores sol er det, man kender som en gul dværg. Det er lyst, og ikke frygtelig stor i forhold til de største stjerner i vores galakse. Endnu, selv mellemstore stjerner som vores sol er ikke så almindelige. Vores lokale stjernekvarter -og sandsynligvis i universet som helhed -er fyldt med mange flere lavmassestjerner. Der er 20 gule dværgstjerner som vores sol i nærheden og 250 M-dværge, en række stjerner så små og svage, at trods deres overflod, kan ikke ses med det blotte øje. I løbet af de sidste tre-fire år har hver eneste lavmassestjerne, vi har studeret, ser ud til at have mindst én planet. Som regel, de har mere end en.

"Hvor almindelige er planeter, der kredser om lavmassestjerner? Meget almindelig, "forklarede Courtney Dressing, en astronom ved UC Berkeley til den samlede gruppe. "For en typisk M-dværg, der plejer at være 2,5 planeter. En ud af fire af stjernerne har en planet af samme størrelse og temperatur som Jorden i den beboelige zone. "

Dressings punkt var, at i betragtning af antallet af M-dværge i den lokale region, der bør være mindst 60 potentielt jordlignende planeter i beboelige zoner inden for cirka 32 lysår herfra, og måske mange flere. Til dato, de fleste af vores eksoplanetdata stammer fra Kepler -rumfartøjet. Kepler-rumfartøjet har fokuseret sin søgning efter planeter på store M-dværgstjerner. I den nærmeste fremtid, når de små og mellemstore M-dværge studeres, vi kan opdage, at tættere på en ud af tre stjerner har en jordlignende planet i den beboelige zone.

Bortset fra bare at være mere rigelig, at studere de potentielt beboelige eksoplaneter omkring disse lavmassestjerner har andre fordele. Disse exoplaneter har stramme kredsløb omkring deres stjerner, fordi de beboelige zoner er tæt på, giver forskere mulighed for at se deres transit hvert par uger. Det er under disse transit, når eksoplaneterne passerer foran deres stjerner, at vi har den bedste mulighed for at studere deres atmosfære for tegn på liv. Mange konferencedeltagere, herunder Mercedes López-Morales fra Harvard Center for Astrophysics, forklaret, hvordan vi vil undersøge atmosfærerne på de nærmeste beboelige zone -planeter for tegn på liv, der bor på overfladen eller i et hav. "Vi vil lede efter ilt, " hun sagde.

Fordi iltstigningen i Jordens atmosfære svarede til livets udseende, vi bruger ofte det pågældende molekyle som en markør for tilstedeværelsen af ​​liv andre steder. Også, ilt interagerer gerne med andre kemikalier. Hvis vi opdager en planet, hvor ilt stadig hænger rundt i atmosfæren, noget, muligvis liv, gør det aktivt. Så, søgen efter liv vil fokusere på elementer og molekyler som brint, ilt, og metan. Imidlertid, som López-Morales forklarede, der er en ulempe ved denne tilgang.

"En planets atmosfære er kun 1 procent af planetens størrelse. Signalets størrelse er lille. Du skal samle mindst en billion fotoner for at være meget sikker på, at du virkelig ser på ilt."

Den gode nyhed er, at en ny generation af teleskoper designet til planetarisk udforskning og astrobiologi kommer online for at hjælpe os med at samle disse fotoner. Omkring denne tid næste år, Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) er klar til lancering. Under sin toårige mission, TESS vil undersøge 200, 000 stjerner, herunder de lysere i vores lokale systemer. Det gigantiske Magellan -teleskop (GMT) i Chile, forventes at være operationel i 2022, vil have en opløsningsevne 10 gange større end Hubble -rumteleskopet. GMT vil indeholde en enhed kaldet G-CLEF spektrografen, som vil kunne se molekyler som ilt i fjerne planetariske atmosfærer. Endelig, når det ekstremt store teleskop (ELT) åbner i 2024, den vil have mere lysopsamlingskraft end jordens nuværende 8 til 10 meter teleskoper tilsammen. Astrobiologer regner med, at disse store teleskoper kommer online mellem nu og 2024 for at identificere de bedste kandidater til at lede efter ilt og liv i vores stjernekvarter.

Selvom vi forventer en skattekiste af atmosfæriske data fra disse missioner, forskere opdager arter, der lever ganske lykkeligt uden ilt, lys, og andre funktioner, som vi plejede at tro var nødvendige for livet. Disse opdagelser fremhæver, hvordan atmosfæriske biosignaturer som ilt er ufuldkomne, hvis pirrende, måde at lede efter livet på lang afstand. Spørgsmålet bliver så:Kunne der være en anden måde at lede efter udenjordisk liv ud over at studere eksoplanetatmosfærer?

Ideelt set, definitivt at identificere liv på andre verdener, vi ville besøge nærliggende planeter som Proxima b, kun 4 lysår væk, enten personligt eller med et rumfartøj. Dette er målet med gennembruddets Starshot -initiativ. Meddelt for lidt mere end et år siden, Starshots mål, ifølge sin grundlægger, er at "bogstaveligt talt nå stjernerne i vores liv." Planen om at udføre denne bedrift går ud på at lancere en flåde af meget små rumfartøjer. Starshot vil derefter fremskynde disse fartøjer til så tæt på lyshastighed som muligt. Ved at sigte laserdrevne lasere mod disse gram-store kameraer i rummet kan vi muligvis reducere tiden, koste, og vægt krævet for at få et nært kig på planeter omkring andre stjerner.

"Målet er at flyve en sonde meget tæt på en planet og finde ud af, om den har liv, "sagde Avi Loeb, en fysiker ved Harvard Smithsonian Center for Astrophysics. "Hvad er planetens farve? Er den grøn? Har den vegetation? Er den blå, er der oceaner? Eller er det ørkenlignende? "

På konferencen, NASA -ingeniør Ruslan Belikov havde premiere på simuleringer af, hvordan en eksoplanet kunne se ud fra Starshot's synspunkt. Selvom fartøjet bevægede sig med 90 procent lysets hastighed, de indbyggede kameraer skal stadig kunne opfange tegn på store oceaner, skyer, og landmasser, som en eksoplanet måtte have.

Håbet er, at en dag ved at kombinere laseracceleration af disse meget små fartøjer med kameraer og andre sensorer, vi kan endelig endelig tage et førstehånds kig på beboelige zone-planeter, der cirkler omkring nærliggende stjerner, og ved at gøre, måske definitivt finde liv andre steder i universet. Kombination af data fra vores nye generation af meget store teleskoper med atmosfæriske observationer af nærliggende exoplaneter omkring M-dværge kan hjælpe os med at vælge de bedste mål for små Starshot-flybybyer.

"Vi kommer til at være den generation, der huskes for at have fundet eksoplaneter. Det er en kendsgerning, "sagde López-Morales." Vil vi også være den generation, der vil blive husket som de første, der fandt liv på disse planeter? "

At, Ja, ville være et livsgennembrud.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra NASA's Astrobiology Magazine. Udforsk Jorden og videre på www.astrobio.net.