Två McGill University astronomer har satt ihop ett "fingeravtryck" för jorden, som skulle kunna användas för att identifiera en planet bortom vårt solsystem som kan försörja liv.

McGill fysikstudent Evelyn Macdonald och hennes handledare Prof. Nicolas Cowan använde över ett decennium av observationer av jordens atmosfär tagna av SCISAT-satelliten för att konstruera ett transitspektrum av jorden, ett slags fingeravtryck för jordens atmosfär i infrarött ljus, som visar närvaron av nyckelmolekyler i sökandet efter beboeliga världar. Detta inkluderar den samtidiga närvaron av ozon och metan, som forskare förväntar sig att se endast när det finns en organisk källa av dessa föreningar på planeten. En sådan upptäckt kallas en "biosignatur".

"En handfull forskare har försökt simulera jordens transitspektrum, men detta är jordens första empiriska infraröda transitspektrum, " säger Prof. Cowan. "Detta är vad främmande astronomer skulle se om de observerade en transit av jorden."

Resultaten, publicerad 28 augusti i tidskriften Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society , kan hjälpa forskare att avgöra vilken typ av signal de ska leta efter i sin strävan att hitta jordliknande exoplaneter (planeter som kretsar kring en annan stjärna än vår sol). Utvecklad av Canadian Space Agency, SCISAT skapades för att hjälpa forskare att förstå utarmningen av jordens ozonskikt genom att studera partiklar i atmosfären när solljus passerar genom det. I allmänhet, astronomer kan berätta vilka molekyler som finns i en planets atmosfär genom att titta på hur stjärnljuset förändras när det lyser genom atmosfären. Instrument måste vänta på att en planet ska passera – eller passera – över stjärnan för att göra denna observation. Med tillräckligt känsliga teleskop, astronomer skulle potentiellt kunna identifiera molekyler som koldioxid, syre eller vattenånga som kan indikera om en planet är beboelig eller till och med bebodd.

Cowan förklarade transitspektroskopi av exoplaneter vid ett grupplunchmöte på McGill Space Institute (MSI) när Prof. Yi Huang, en atmosfärisk vetenskapsman och kollega i MSI, noterade att tekniken liknade solockultationsstudier av jordens atmosfär, som gjorts av SCISAT.

Sedan den första upptäckten av en exoplanet på 1990-talet, astronomer har bekräftat existensen av 4, 000 exoplaneter. Den heliga gralen i detta relativt nya fält av astronomi är att hitta planeter som potentiellt kan vara värd för liv - en Earth 2.0.

Ett mycket lovande system som kan hålla sådana planeter, kallas TRAPPIST-1, kommer att vara ett mål för det kommande rymdteleskopet James Webb, planeras att lanseras 2021. Macdonald och Cowan byggde en simulerad signal om hur en jordliknande planets atmosfär skulle se ut genom ögonen på detta framtida teleskop som är ett samarbete mellan NASA, den kanadensiska rymdorganisationen och Europeiska rymdorganisationen.

TRAPPIST-1-systemet som ligger 40 ljusår bort innehåller sju planeter, varav tre eller fyra ligger i den så kallade "beboeliga zonen" där flytande vatten kan finnas. McGill-astronomerna säger att detta system kan vara en lovande plats att söka efter en signal som liknar deras jordfingeravtryck eftersom planeterna kretsar kring en M-dvärgstjärna, en typ av stjärna som är mindre och kallare än vår sol.

"TRAPPIST-1 är en närliggande röd dvärgstjärna, vilket gör dess planeter till utmärkta mål för transitspektroskopi. Detta beror på att stjärnan är mycket mindre än solen, så dess planeter är relativt lätta att observera, " förklarar Macdonald. "Också, dessa planeter kretsar nära stjärnan, så de passerar med några dagars mellanrum. Självklart, även om en av planeterna hyser liv, vi förväntar oss inte att dess atmosfär ska vara identisk med jordens eftersom stjärnan är så olik solen."

Enligt deras analys, Macdonald och Cowan bekräftar att Webb-teleskopet kommer att vara tillräckligt känsligt för att upptäcka koldioxid och vattenånga med hjälp av dess instrument. Den kanske till och med kan upptäcka biosignaturen av metan och ozon om tillräckligt med tid ägnas åt att observera målplaneten.

Prof. Cowan och hans kollegor vid det Montreal-baserade institutet för forskning om exoplaneter hoppas kunna bli några av de första som upptäcker tecken på liv bortom vår hemplanet. Fingeravtrycket av jorden som Macdonald sammanställt för hennes senioravhandling kan berätta för andra astronomer vad de ska leta efter i denna sökning. Hon kommer att börja sin doktorsexamen. inom området exoplaneter vid University of Toronto under hösten.

"Ett empiriskt infrarött transitspektrum av jorden:opacitetsfönster och biosignaturer, "Evelyn J.R. Macdonald och Nicolas B. Cowan, publicerades online den 28 augusti, 2019, i Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society .