Sådan kan vi opdage planter på ekstrasolare planeter

Det seneste år har været en spændende tid for dem, der er engageret i jagten på planeter udenfor solen og potentielt beboelige verdener. I august 2016, forskere fra European Southern Observatory (ESO) bekræftede eksistensen af ​​den nærmeste exoplanet til Jorden (Proxima b), der endnu er opdaget. Dette blev fulgt et par måneder senere (februar 2017) med annonceringen af ​​et syv-planet system omkring TRAPPIST-1.

Opdagelsen af ​​disse og andre ekstrasolplaneter (og deres potentiale til at være vært for liv) var et overordnet tema på dette års Breakthrough Discuss-konference. Afholdes mellem 20. og 21. april, konferencen var vært ved Stanford University's Department of Physics og sponsoreret af Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics and Breakthrough Initiatives.

Grundlagt i 2015 af Yuri Milner og hans kone Julia, Gennembrudsinitiativer blev oprettet for at fremme udforskningen af ​​andre stjernesystemer og søgen efter udenjordisk intelligens (SETI). Ud over at forberede, hvad der meget vel kunne være den første mission til et andet stjernesystem (Breakthrough Starshot), de er også ved at udvikle, hvad der vil være verdens mest avancerede søgen efter udenjordiske civilisationer (Breakthrough Listen).

Konferencens første dag bød på præsentationer, der omhandlede nylige opdagelser af exoplaneter omkring stjerner af M-typen (alias rød dværg), og hvilke mulige strategier, der vil blive brugt til at studere dem. Ud over at adressere overfloden af ​​jordiske planeter, der er blevet opdaget omkring disse typer stjerner i de senere år, præsentationerne fokuserede også på, hvordan og hvornår liv kunne bekræftes på disse planeter.

En sådan præsentation havde titlen "SETI Observations of Proxima b and Nearly Stars", som var vært af Dr. Svetlana Berdyugina. Ud over at være professor i astrofysik ved University of Freiburg og medlem af Kiepenheuer Institute for Solar Physics, Dr. Berdyugina er også et af grundlæggerne af Planets Foundation - et internationalt team af professorer, astrofysikere, ingeniører, iværksættere og videnskabsmænd dedikeret til udviklingen af ​​avancerede teleskoper.

Som hun angav i løbet af præsentationen, de samme instrumenter og metoder, der bruges til at studere og karakterisere fjerne stjerner, kunne bruges til at bekræfte tilstedeværelsen af ​​kontinenter og vegetation på overfladen af ​​fjerne exoplaneter. Nøglen her – som det er blevet demonstreret af årtiers jordobservation – er at observere det reflekterede lys (eller "lyskurven"), der kommer fra deres overflader.

Målinger af en stjernes lyskurve bruges til at bestemme, hvilken type klasse en stjerne er, og hvilke processer der er i gang inden for den. Lyskurver bruges også rutinemæssigt til at skelne tilstedeværelsen af ​​planeter omkring stjerner - aka. transitmetoden, hvor en planet, der passerer foran en stjerne, forårsager et målbart fald i dens lysstyrke - samt bestemmer planetens størrelse og omløbsperiode.

Når det bruges af hensyn til planetarisk astronomi, måling af lyskurven i verdener som Proxima b kunne ikke kun tillade astronomer at være i stand til at kende forskel på landmasser og oceaner, men også for at skelne tilstedeværelsen af ​​meteorologiske fænomener. Disse vil omfatte skyer, periodiske variationer i albedo (dvs. sæsonbestemt ændring), og endda tilstedeværelsen af ​​fotosyntetiske livsformer (alias planter).

For eksempel, og illustreret af diagrammet ovenfor, grøn vegetation absorberer næsten alt det røde, grønne og blå (RGB) dele af spektret, men reflekterer infrarødt lys. Denne form for proces er blevet brugt i årtier af jordobservationssatellitter til at spore meteorologiske fænomener, måle omfanget af skove og vegetation, spore udvidelsen af ​​befolkningscentre, og overvåge væksten af ​​ørkener.

Ud over, tilstedeværelsen af ​​biopigmenter forårsaget af klorofyl betyder, at det reflekterede RGB-lys ville være stærkt polariseret, mens UR-lys ville være svagt polariseret. Dette vil gøre det muligt for astronomer at kende forskel på vegetation og noget, der simpelthen er grønt i farven. For at indsamle disse oplysninger, hun udtalte, vil kræve arbejdet med off-axis teleskoper, der er både store og høj kontrast.

Disse forventes at omfatte Colossus Telescope, et projekt for et massivt teleskop, der bliver ledet af Planets Foundation - og som Dr. Berdyugina er projektleder for. Når den er afsluttet, Colossus bliver det største optiske og infrarøde teleskop i verden, for ikke at nævne det største teleskop, der er optimeret til at detektere ekstrasolar liv og udenjordiske civilisationer.

Den består af 58 uafhængige off-akse 8 meter teleskoper, som effektivt kombinerer deres teleskop-interferometri for at tilbyde en effektiv opløsning på 74 meter. Ud over Colossus, Planets Foundation er også ansvarlig for ExoLife Finder (ELF). Dette 40 m teleskop bruger mange af de samme teknologier, som vil gå ind i Colossus, og forventes at være det første teleskop til at skabe overfladekort over nærliggende exoplaneter.

Og så er der det polariserede lys fra atmosfæren af ​​nærliggende ekstraterrestriske planeter (PLANETS) teleskopet, som i øjeblikket er ved at blive bygget i Haleakala, Hawaii (forventes færdig i januar 2018). Også her, dette teleskop er en teknologisk demonstrator for, hvad der i sidste ende vil gå ind for at gøre Colossus til en realitet.

Ud over Planets Foundation, andre næste generations teleskoper forventes også at udføre spektroskopiske undersøgelser af høj kvalitet af fjerne exoplaneter. Den mest berømte af disse er uden tvivl NASAs James Webb-teleskop, som efter planen lanceres næste år.