Jordens egen udvikling brugt som guide til at jage exoplaneter

Cornell-astronomer har skabt fem modeller, der repræsenterer nøglepunkter fra vores planets udvikling, som kemiske øjebliksbilleder gennem Jordens egne geologiske epoker.

De vil bruge dem som spektrale skabeloner i jagten på jordlignende planeter i fjerne solsystemer i den kommende nye æra med kraftfulde teleskoper.

"Denne nye generation af rum- og jordbaserede teleskoper kombineret med vores modeller vil give os mulighed for at identificere planeter som vores Jord omkring 50 til 100 lysår væk, " sagde Lisa Kaltenegger, lektor i astronomi og direktør for Carl Sagan Instituttet.

Til forskning og modeludvikling, Kaltenegger, Ph.d.-studerende Jack Madden og Zifan Lin '20 forfattede "High-Resolution Transmission Spectra of Earth through Geological Time, " udgivet 26. marts i Astrofysiske tidsskriftsbreve .

"Ved at bruge vores egen jord som nøglen, vi modellerede fem forskellige jordepoker for at give en skabelon for, hvordan vi kan karakterisere en potentiel exo-jord – fra en ung, præbiotisk jord til vores moderne verden, " sagde hun. "Modellerne giver os også mulighed for at udforske, på hvilket tidspunkt i Jordens udvikling en fjern observatør kunne identificere liv på universets 'lyseblå prikker' og andre verdener som dem."

Kaltenegger og hendes team skabte atmosfæriske modeller, der matcher Jorden for 3,9 milliarder år siden, en præbiotisk jord, da kuldioxid tæt dækkede den unge planet. En anden throwback-model afbilder kemisk en planet fri for ilt, en anoxisk jord, går 3,5 milliarder år tilbage. Tre andre modeller afslører stigningen af ​​ilt i atmosfæren fra en koncentration på 0,2 % til nutidens niveauer på 21 %.

"Vores Jord og den luft, vi indånder, har ændret sig drastisk, siden Jorden blev dannet for 4,5 milliarder år siden, " sagde Kaltenegger, "og for første gang, dette papir omhandler, hvordan astronomer forsøger at finde verdener som vores, kunne se unge til moderne jordlignende planeter i transit, ved at bruge vores egen Jords historie som skabelon."

I Jordens historie, tidslinjen for stigningen af ​​ilt og dens overflod er ikke klar, sagde Kaltenegger. Men, hvis astronomer kan finde exoplaneter med næsten 1 % af Jordens nuværende iltniveauer, disse videnskabsmænd vil begynde at finde ny biologi, ozon og metan - og kan matche det med jordens skabeloners aldre.

"Vores transmissionsspektre viser atmosfæriske træk, som ville vise en fjernobservatør, at Jorden havde en biosfære så tidligt som for omkring 2 milliarder år siden, " sagde Kaltenegger.

Ved at bruge kommende teleskoper som NASAs James Webb Space Telescope, planlagt til lancering i marts 2021, eller det ekstremt store teleskop i Antofagasta, Chile, planlagt til første lys i 2025, astronomer kunne se, når en exoplanet passerer foran sin værtsstjerne, afsløre planetens atmosfære.

"Når exoplaneten passerer og blokerer en del af sin værtsstjerne, vi kan tyde dets atmosfæriske spektrale signaturer, " sagde Kaltenegger. "Ved at bruge Jordens geologiske historie som en nøgle, vi kan lettere få øje på de kemiske tegn på liv på de fjerne exoplaneter."