Astronomer bestemmer jordens fingeraftryk i håb om at finde beboelige planeter ud over solsystemet

To McGill University astronomer har samlet et "fingeraftryk" til Jorden, som kunne bruges til at identificere en planet uden for vores solsystem, der er i stand til at understøtte liv.

McGill Physics-studerende Evelyn Macdonald og hendes vejleder Prof. Nicolas Cowan brugte over et årti af observationer af Jordens atmosfære taget af SCISAT-satellitten til at konstruere et transitspektrum af Jorden. en slags fingeraftryk for Jordens atmosfære i infrarødt lys, som viser tilstedeværelsen af ​​nøglemolekyler i søgen efter beboelige verdener. Dette inkluderer den samtidige tilstedeværelse af ozon og metan, som videnskabsmænd kun forventer at se, når der er en organisk kilde til disse forbindelser på planeten. En sådan påvisning kaldes en "biosignatur".

"En håndfuld forskere har forsøgt at simulere Jordens transitspektrum, men dette er Jordens første empiriske infrarøde transitspektrum, " siger prof. Cowan. "Dette er, hvad fremmede astronomer ville se, hvis de observerede en transit af Jorden."

Fundene, offentliggjort 28. august i tidsskriftet Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society , kunne hjælpe videnskabsmænd med at bestemme, hvilken slags signal de skal lede efter i deres søgen efter at finde jordlignende exoplaneter (planeter, der kredser om en anden stjerne end vores sol). Udviklet af den canadiske rumfartsorganisation, SCISAT blev skabt for at hjælpe forskere med at forstå udtømningen af ​​Jordens ozonlag ved at studere partikler i atmosfæren, når sollys passerer gennem det. Generelt, astronomer kan fortælle, hvilke molekyler der findes i en planets atmosfære ved at se på, hvordan stjernelys ændrer sig, når det skinner gennem atmosfæren. Instrumenter skal vente på, at en planet passerer - eller passerer - over stjernen for at foretage denne observation. Med følsomme nok teleskoper, astronomer kunne potentielt identificere molekyler som kuldioxid, ilt eller vanddamp, der kan indikere, om en planet er beboelig eller endda beboet.

Cowan forklarede transitspektroskopi af exoplaneter ved et gruppefrokostmøde på McGill Space Institute (MSI), da prof. Yi Huang, en atmosfærisk videnskabsmand og kollega i MSI, bemærkede, at teknikken lignede solokkultationsstudier af Jordens atmosfære, som udført af SCISAT.

Siden den første opdagelse af en exoplanet i 1990'erne, astronomer har bekræftet eksistensen af ​​4, 000 exoplaneter. Den hellige gral i dette relativt nye felt inden for astronomi er at finde planeter, der potentielt kan være vært for liv - en Earth 2.0.

Et meget lovende system, der kan rumme sådanne planeter, kaldet TRAPPIST-1, vil være et mål for det kommende James Webb-rumteleskop, sat til opsendelse i 2021. Macdonald og Cowan byggede et simuleret signal om, hvordan en jordlignende planets atmosfære ville se ud gennem øjnene på dette fremtidige teleskop, som er et samarbejde mellem NASA, den canadiske rumfartsorganisation og den europæiske rumfartsorganisation.

TRAPPIST-1-systemet, der ligger 40 lysår væk, indeholder syv planeter, hvoraf tre eller fire er i den såkaldte "beboelige zone", hvor flydende vand kunne eksistere. McGill-astronomerne siger, at dette system kan være et lovende sted at søge efter et signal, der ligner deres jordfingeraftryk, da planeterne kredser om en M-dværgstjerne, en type stjerne, som er mindre og koldere end vores sol.

"TRAPPIST-1 er en nærliggende rød dværgstjerne, hvilket gør dens planeter til fremragende mål for transitspektroskopi. Dette skyldes, at stjernen er meget mindre end Solen, så dets planeter er relativt nemme at observere, " forklarer Macdonald. "Også, disse planeter kredser tæt på stjernen, så de passerer med få dages mellemrum. Selvfølgelig, selvom en af ​​planeterne rummer liv, vi forventer ikke, at dens atmosfære er identisk med Jordens, da stjernen er så forskellig fra Solen."

Ifølge deres analyse, Macdonald og Cowan bekræfter, at Webb-teleskopet vil være følsomt nok til at opdage kuldioxid og vanddamp ved hjælp af dets instrumenter. Det kan endda være i stand til at detektere biosignaturen af ​​metan og ozon, hvis der bruges tilstrækkelig tid på at observere målplaneten.

Prof. Cowan og hans kolleger ved det Montreal-baserede Institut for Forskning om Exoplaneter håber at være nogle af de første til at opdage tegn på liv uden for vores hjemplanet. Fingeraftrykket af Jorden samlet af Macdonald til hendes senior bachelorafhandling kunne fortælle andre astronomer, hvad de skal kigge efter i denne søgning. Hun skal påbegynde sin ph.d. inden for exoplaneter ved University of Toronto i efteråret.

"Et empirisk infrarødt transitspektrum af Jorden:opacitetsvinduer og biosignaturer, "Evelyn J.R. Macdonald og Nicolas B. Cowan, blev offentliggjort online 28. august, 2019, i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society .