Når verden ikke er nok – hvordan finder man en anden planet at leve på

De søfarende opdagelsesrejsende i det 16. århundrede fandt berømt mange nye hjem for menneskeheden i det fjerne, ukendte hjørner af verden. Selvom det kan se ud til, at en sådan kolonisering siden er gået i stå, nogle har argumenteret for, at det kun er et spørgsmål om tid, før mennesker begynder at flytte til "eksoplaneter" i fremmede stjernesystemer. Men hvor tæt er vi på sådan en udvidelse?

Det er, hvad forskerne Danielle George og Stephen Hawking satte sig for at udforske i et nyt tv-program, Søgen efter en ny jord, på BBC2. Programmet, som lanceres den 11. september, vil præsentere de seneste bestræbelser på at finde disse jordlignende exoplaneter og overveje, hvad det ville tage for os at kolonisere dem i fremtiden.

Exoplaneter er meget små sammenlignet med de stjerner, de kredser om og typisk meget langt væk – hvilket betyder, at vi faktisk ikke kan se dem med teleskoper. På trods af dette, forskere har allerede opdaget omkring 3, 600 bekræftede exoplaneter og yderligere 2, 400 kandidater. Imidlertid, vi er ikke i stand til at producere selv simple billeder af langt de fleste af dem, da deres svage signal typisk overdøves af deres meget lysere værtsstjerne. Så hvordan kan vi bedømme, hvor beboelig en exoplanet er, når vi måske ikke engang kan se den med vores største teleskoper?

De fleste exoplaneter er blevet fundet ved hjælp af transitmetoden, som måler fald i en stjernes lysstyrke, når en planet bevæger sig foran sin værtsstjerne. Dette sætter os i stand til at estimere planetens radius og dens kredsløbsperiode.

Værtsstjernernes egenskaber er normalt velkendte, hvilket betyder, at simpel fysik kan hjælpe os med at regne ud, hvor langt planeterne ligger fra deres stjerner baseret på deres kredsløb. Ud fra dette får vi et godt skøn over planetens temperatur, i hvert fald på toppen af ​​atmosfæren.

Planetens tyngdekørsel på dens vært kan også måles ved at lede efter et Doppler -skift i lyset fra værtsstjernen. Doppler-effekten beskriver ændringen i den observerede frekvens af en bølge, når der er relativ bevægelse mellem bølgekilden og observatøren. Når dette måles for en planet i transit, giver det os en præcis måling af planetens masse.

Bevæbnet med både planetens masse og radius er vi så i stand til at bestemme dens gennemsnitlige tæthed og overfladetyngdekraft. Den gennemsnitlige tæthed kan hjælpe os med at beslutte, om planeten sandsynligvis vil være en kugle af gas som Jupiter eller en tættere stenet verden som Jorden. Overfladetyngden fortæller os, om planeten kan holde på en atmosfære, og om atmosfæren sandsynligvis ville være for tynd eller for tæt til vores komfort.

Det er en masse information. Men det bliver bedre. Vi begynder nu at måle den kemiske sammensætning af en række exoplanetatmosfærer. Mens planeterne transiterer, deres atmosfære er baggrundsbelyst af stjernen. På jorden, processen med "Rayleigh-spredning" får vores himmel til at se blå ud, da blåt sollys er spredt meget stærkere end rødt lys. Hvis aliens skulle se Jorden i transit mod solen, ville de se, at vores baggrundsbelyste atmosfære blokerer blåt lys mere end rødt, hvilket betyder, at de ville vide, at Jorden har en blå himmel.

Den samme grundlæggende teknik kan også bruges til at måle lysabsorberende molekyler såsom vand, metan, ilt, ozon eller lattergas. I princippet, med instrumenter, der er mere følsomme end vores, udlændinge ville se signaturer fra menneskeskabte atmosfæriske forurenende stoffer. De kunne så konkludere, at Jorden kan rumme en avanceret civilisation.

Nye vinduer i universet

Molekyler inklusive vand, metan og ilt er blevet påvist i over 40 bekræftede exoplaneter indtil videre, og listen vil meget snart vokse dramatisk med opsendelserne næste år af NASAs TESS-mission og JWST, efterfølgeren til Hubble-rumteleskopet. Disse vil blive fulgt i det næste årti af Den Europæiske Rumorganisations PLATO-mission og muligvis dens planetkarakteriseringsmission Ariel.

I mellemtiden på jorden, European Southern Observatory bygger det ekstremt store teleskop. Dette vil være i stand til at indsamle ti gange mere stjernelys end noget tidligere optisk teleskop og vil være i stand til at sondere atmosfæren på nærliggende jordlignende planeter i hidtil uset detalje.

Disse faciliteter vil gøre os i stand til at begynde at lede efter molekyler, der indikerer biologisk aktivitet (biomarkørsignaturer) på nærliggende planeter. Eksempler på biomarkørsignaturer kunne omfatte stærke overflod af kombinationer af molekyler såsom oxygen og metan, som reagerer med hinanden på korte tidspunkter. På Jorden bliver deres overflod konstant genopfyldt af levende organismer.

Der er selvfølgelig mange andre faktorer ud over bulk planetens karakteristika, der bidrager kritisk til succesen med udviklet liv her på Jorden. Sandheden er, at vores efterkommere ikke med sikkerhed ved, at de har fundet Earth-2, før de prøver at leve på den. Så, mens vi ikke ville give et tomt kort til fremtidens modige rumfarere, vi er langt fra at kunne garantere dem beboelig bolig.

umulig rejse?

Og, lad det være klart, den lange rejsetid selv til vores nærmeste exoplanet-nabo, Proxima b, betyder, at det bestemt er en enkeltbillet. Ja, med den nuværende teknologi, denne rejse ville tage titusinder af år.

De alternativer, der ville give os mulighed for at rejse inden for en enkelt menneskelig levetid, involverer mestring af nærlyshastighedsteknologi. Der er nogle ambitiøse planer i gang med dette. En anden tilgang ville være at udvikle pålidelige langsigtede menneskelige dvaleteknikker.

Under deres rejse skal astronauterne også beskytte sig mod potentielt dødelige doser af kosmiske stråler. De skal også undgå muskel- og skelettab, og klare de psykologiske krav ved at være spærret inde i årevis i en stor dåse. På deres destination, de bliver også nødt til at tilpasse sig livet som rumvæsen uden fordelene ved evolutionær tilpasning, som vi nyder godt af på Jorden. Dette er nok den største udfordring af alle.

Alt taget i betragtning, det er en lang rejse for en mand, et kæmpe terningkast til menneskeheden.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.