Jorden som et testobjekt for at evaluere den planlagte LIFE-rummission

Fysikere ved ETH Zürich og Universitetet i Zürich ville vide, om den planlagte LIFE-rummission virkelig kunne opdage spor af liv på andre planeter. Ja, det kan det, siger forskerne, ved hjælp af observationer af vores egen planet.

Dette er blevet demonstreret i en undersøgelse udført af Institut for Partikelfysik og Astrofysik ved ETH Zürich. Naturligvis var forskernes hensigt ikke at besvare spørgsmålet om, hvorvidt liv om muligt på selve Jorden. I stedet brugte de Jorden som et eksempel til at bevise, at den planlagte LIFE (Large Interferometer for Exoplanets) rummission kan blive en succes – og at den planlagte måleprocedure virker.

Søger efter livet

Med et netværk af fem satellitter håber det internationale LIFE-initiativ ledet af ETH Zürich en dag at opdage spor af liv på exoplaneter. Det sigter mod at foretage en mere detaljeret undersøgelse af jordlignende exoplaneter - klippeplaneter, der ligner Jorden i størrelse og temperatur, men som kredser om andre stjerner.

Planen er at placere fem mindre satellitter i rummet tæt på James Webb-rumteleskopet. Tilsammen vil disse satellitter danne et stort teleskop, der vil fungere som et interferometer til at opfange exoplaneternes infrarøde termiske stråling. Lysets spektrum kan derefter bruges til at udlede sammensætningen af ​​disse exoplaneter og deres atmosfærer. "Vores mål er at opdage kemiske forbindelser i lysspektret, der antyder liv på exoplaneterne," forklarer Sascha Quanz, der leder LIFE-initiativet.

Jorden som en beskeden plet

I undersøgelsen, som netop er blevet offentliggjort i The Astrophysical Journal , undersøgte forskerne Jean-Noël Mettler, Björn S. Konrad, Sascha P. Quanz og Ravit Helled, hvor godt en LIFE-mission kunne karakterisere en exoplanets beboelighed. Til dette formål besluttede de at behandle Jorden, som om den var en exoplanet og foretage observationer på vores hjemmeplanet.

Det unikke ved undersøgelsen er, at holdet testede den fremtidige LIFE-missions muligheder på reelle snarere end simulerede spektre. Ved at bruge data fra en af ​​de atmosfæriske måleenheder på NASAs Aqua Earth-observationssatellit genererede de jordens emissionsspektre i det mellem-infrarøde område, som det kan blive registreret i fremtidige observationer af exoplaneter.

To overvejelser var centrale i projektet. For det første, hvis et stort rumteleskop skulle observere Jorden fra rummet, hvilken slags infrarødt spektrum ville det så optage? Fordi Jorden ville blive observeret på lang afstand, ville den ligne en beskeden plet uden genkendelige træk som havet eller bjergene. Dette betyder, at spektrene så ville være rumlige og tidsmæssige gennemsnit, der afhang af, hvilke visninger af planeten teleskopet ville fange og hvor længe.

Hvordan påvirker perspektiv og årstider observationer?

Ud fra dette udledte fysikerne den anden betragtning i deres undersøgelse:Hvis disse gennemsnitlige spektre blev analyseret for at opnå information om Jordens atmosfære og overfladeforhold, på hvilke måder ville resultaterne afhænge af faktorer som observationsgeometri og sæsonbestemte udsving?

Forskerne overvejede tre observationsgeometrier – de to visninger fra polerne og en yderligere ækvatorial visning – og fokuserede på data registreret i januar og juli for at tage højde for de største sæsonmæssige variationer.

Vellykket identifikation som en beboelig planet

Undersøgelsens nøgleresultat er opmuntrende. Hvis et rumteleskop som LIFE skulle observere planeten Jorden, ville det finde tegn på en tempereret, beboelig verden. Holdet var i stand til at detektere koncentrationer af de atmosfæriske gasser CO₂ , vand, ozon og metan i de infrarøde spektre af Jordens atmosfære, samt overfladeforhold, der favoriserer forekomsten af ​​vand. Beviser for ozon og metan er særligt vigtige, da disse gasser produceres af jordens biosfære.

Disse resultater er uafhængige af observationsgeometrien, som forskerne viste. Dette er gode nyheder, fordi den nøjagtige observationsgeometri for fremtidige observationer af jordlignende exoplaneter sandsynligvis vil være ukendt.

Ved sammenligning af sæsonudsving var resultatet dog mindre afslørende. "Selv om atmosfærisk sæsonbestemte ikke er let at observere, viser vores undersøgelse, at næste generations rummissioner vil være i stand til at vurdere, om nærliggende tempererede jordlignende exoplaneter er beboelige eller endda beboede," siger Quanz.

Flere oplysninger: Jean-Noël Mettler et al., Earth as an Exoplanet. III. Brug af empiriske termiske emissionsspektre som input til atmosfærisk genfinding af en jord-tvilling exoplanet, The Astrophysical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-4357/ad198b

Journaloplysninger: Astrofysisk tidsskrift

Leveret af ETH Zürich