Jorden er en exoplanet for aliens:Dette er, hvad de ville se

Studiet af exoplaneter er blevet betydeligt modnet i de sidste 10 år. I løbet af denne tid, størstedelen af ​​de over 4000 kendte exoplaneter blev opdaget. Det var også i denne tid, at processen er begyndt at skifte fra opdagelsen til karakteriseringen. Hvad mere er, Næste generations instrumenter vil give mulighed for undersøgelser, der vil afsløre en hel del om overflader og atmosfærer på exoplaneter.

Dette rejser naturligvis spørgsmålet:Hvad ville en tilstrækkeligt avanceret art se, hvis de studerede vores planet? Ved hjælp af multi-bølgelængde data fra Jorden, et hold af Caltech-forskere var i stand til at konstruere et kort over, hvordan Jorden ville se ud for fjerne fremmede observatører. Udover at adressere nysgerrighedens kløe, denne undersøgelse kan også hjælpe astronomer med at rekonstruere overfladeegenskaberne af "jordlignende" exoplaneter i fremtiden.

Undersøgelsen, der beskriver holdets resultater, med titlen "Earth as an Exoplanet:A Two-dimensional Alien Map, " for nylig optrådt i journalen Videnskab og er planlagt til offentliggørelse i Astrofysiske tidsskriftsbreve . Undersøgelsen blev ledet af Siteng Fan og omfattede flere forskere fra California Institute of Technology's Division of Geological and Planetary Sciences (GPS) og NASA Jet Propulsion Laboratory.

Når vi leder efter potentielt beboelige planeter uden for vores solsystem, videnskabsmænd er tvunget til at tage den indirekte tilgang. I betragtning af at de fleste exoplaneter ikke kan observeres direkte for at lære om deres atmosfæriske sammensætning eller overfladeegenskaber (alias direkte billeddannelse), videnskabsmænd må nøjes med indikationer, der viser, hvor "jordagtig" en planet er.

Som Fan fortalte Universet i dag via e-mail, dette afspejler de begrænsninger, som astronomer og exoplanetstudier i øjeblikket er tvunget til at kæmpe med:

"For det første, nuværende exoplanetundersøgelser har ikke fundet ud af, hvad de mindste krav er til beboelighed. Der er nogle foreslåede kriterier, men vi er ikke sikre på, om de enten er tilstrækkelige eller nødvendige. For det andet selv med disse kriterier, nuværende observationsteknikker er ikke gode nok til at bekræfte beboeligheden, især på jordlignende exoplaneter, på grund af vanskeligheden ved at opdage og begrænse dem."

I betragtning af at Jorden er den eneste planet, vi kender til, der er i stand til at understøtte liv, holdet teoretiserede, at fjernobservationer af Jorden kunne fungere som en proxy for en beboelig exoplanet som observeret af en fjern civilisation. "Jorden er den eneste planet, vi kender, der indeholder liv, " sagde Fan. "At studere, hvordan Jorden ser ud for fjerne iagttagere, ville give os retningen for, hvordan man finder potentielle beboelige exoplaneter."

Et af de vigtigste elementer i Jordens klima og alt liv på dens overflade er vandets kredsløb, som har tre adskilte faser. Disse omfatter tilstedeværelsen af ​​vanddamp i atmosfæren, skyer af kondenseret vand og ispartikler, og tilstedeværelsen af ​​vandmasser på overfladen.

Derfor, disse kunne betragtes som potentielle indikationer på beboelighed, og endda livsangivelser (alias biosignaturer), der kunne observeres på afstand. Altså, at kunne identificere overfladetræk og skyer på exoplaneter ville være afgørende for at sætte begrænsninger på deres beboelighed.

For at bestemme, hvordan Jorden ville se ud for fjerne observatører, holdet kompilerede 9740 billeder af Jorden, der blev taget af NASAs Deep Space Climate Observatory (DSCOVR) satellit. Billederne blev taget hvert 68. til 110. minut over en toårig periode (2016 og 2017) og formåede at fange lys reflekteret fra Jordens atmosfære ved flere bølgelængder.

Fan og hans kolleger kombinerede derefter billederne til et 10-punkts reflektionsspektrum plottet over tid, som så blev integreret over Jordens skive. Dette reproducerede effektivt, hvordan Jorden kunne se ud for en observatør mange lysår væk, hvis de skulle observere Jorden over en toårig periode.

"Vi fandt ud af, at den anden hovedkomponent af Jordens lyskurve er stærkt korreleret til landfraktionen af ​​den oplyste halvkugle (r^2=0,91), " sagde Fan. "I kombination med visningsgeometrien, at rekonstruere kortet bliver et lineært regressionsproblem."

Efter at have analyseret de resulterende kurver og sammenlignet dem med de originale billeder, forskerholdet opdagede, hvilke parametre i kurverne, der svarede til land- og skydække. De valgte derefter de parametre, der var tættest relateret til landarealet, og justerede det til Jordens 24-timers rotation, hvilket gav dem et kontureret kort (vist ovenfor), der repræsenterede, hvordan Jordens lyskurve ville se ud fra lysår væk.

De sorte linjer repræsenterer overfladeegenskabsparameteren og svarer nogenlunde til kystlinjerne på de store kontinenter. Disse er yderligere farvet i grønt for at give en grov repræsentation af Afrika (i midten), Asien (øverst til højre), Nord- og Sydamerika (venstre), og Antarktis (nederst). Det der ligger imellem repræsenterer jordens oceaner, med de lavvandede sektioner markeret med rødt og de dybere med blåt.

Den slags repræsentationer, når det anvendes på lyskurverne på fjerne exoplaneter, kunne give astronomer mulighed for at vurdere, om en exoplanet har oceanerne, skyer, og iskapper - alle nødvendige elementer af en "jordlignende" (aka beboelig) exoplanet. Som fan konkluderede:

"Analysen af ​​lyskurver i dette arbejde har implikationer for at bestemme geologiske træk og klimasystemer på exoplaneten. Vi fandt ud af, at variationen af ​​lyskurven på Jorden er domineret af skyer og land/hav, som begge er afgørende for livet på Jorden. Derfor, Jordlignende exoplaneter, der rummer denne slags træk, ville være mere tilbøjelige til at være vært for liv."

I den nærmeste fremtid, Næste generations instrumenter som James Webb Space Telescope (JWST) vil give mulighed for de mest detaljerede exoplanetundersøgelser til dato. Ud over, jordbaserede instrumenter, der kommer online i det næste årti – såsom Extremely Large Telescope (ELT), Thirty Meter Telescope (TMT), og Giant Magellan Telescope (GMT) – forventes at muliggøre direkte billeddannelsesundersøgelser af mindre, klippeplaneter, der kredser tættere på deres stjerner.

Hjælpet af undersøgelser, der hjælper med at løse overfladeegenskaber og atmosfæriske forhold, astronomer kan endelig med sikkerhed sige, hvilke exoplaneter der er beboelige, og hvilke der ikke er. med held, opdagelsen af ​​en Earth 2.0 (eller flere Jorder for den sags skyld) kunne være lige rundt om hjørnet.