De sjöfarande upptäcktsresandena på 1500-talet hittade många nya hem för mänskligheten i fjärran, okända hörn av världen. Även om det kan tyckas att en sådan kolonisering sedan dess har stannat av, vissa har hävdat att det bara är en tidsfråga innan människor börjar flytta till "exoplaneter" i främmande stjärnsystem. Men hur nära är vi en sådan expansion?

Det är vad forskarna Danielle George och Stephen Hawking försökte utforska i ett nytt TV-program, Jakten på en ny jord, på BBC2. Programmet, som startar den 11 september, kommer att presentera de senaste försöken att hitta dessa jordliknande exoplaneter och överväga vad som skulle krävas för att vi skulle kolonisera dem i framtiden.

Exoplaneter är väldigt små jämfört med stjärnorna de kretsar kring och vanligtvis väldigt långt borta – vilket betyder att vi faktiskt inte kan se dem med teleskop. Trots detta, forskare har redan upptäckt cirka 3, 600 bekräftade exoplaneter och ytterligare 2, 400 kandidater. Dock, vi kan inte producera ens enkla bilder av de allra flesta av dem eftersom deras svaga signal vanligtvis dränks av deras mycket ljusare värdstjärna. Så hur kan vi bedöma hur beboelig en exoplanet är när vi kanske inte ens kan se den med våra största teleskop?

De flesta exoplaneter har hittats med transitmetoden, som mäter nedgångar i en stjärnas ljusstyrka när en planet rör sig framför sin värdstjärna. Detta gör det möjligt för oss att uppskatta planetens radie och perioden för dess omloppsbana.

Egenskaperna för själva värdstjärnorna är vanligtvis välkända, vilket innebär att enkel fysik kan hjälpa oss att räkna ut hur långt planeterna ligger från sina stjärnor baserat på deras banor. Av detta får vi en bra uppskattning av planetens temperatur, åtminstone på toppen av sin atmosfär.

Planetens gravitationsdragkraft på dess värd kan också mätas genom att leta efter en dopplerförskjutning i ljuset från värdstjärnan. Dopplereffekten beskriver förändringen i den observerade frekvensen av en våg när det finns relativ rörelse mellan vågkällan och observatören. När detta mäts för en transiterande planet ger det oss ett exakt mått på planetens massa.

Beväpnade med både planetens massa och radie kan vi sedan bestämma dess genomsnittliga densitet och ytgravitation. Den genomsnittliga tätheten kan hjälpa oss att avgöra om planeten sannolikt kommer att vara en gasboll som Jupiter eller en tätare stenig värld som jorden. Ytgravitationen talar om för oss om planeten kan hålla fast vid en atmosfär och om atmosfären sannolikt skulle vara för tunn eller för tät för vår komfort.

Det är mycket information. Men det blir bättre. Vi börjar nu mäta den kemiska sammansättningen av ett antal exoplanetatmosfärer. Medan planeterna transiterar, deras atmosfär är bakgrundsbelyst av stjärnan. På jorden, processen med "Rayleigh-spridning" gör att vår himmel ser blå ut eftersom blått solljus sprids mycket starkare än rött ljus. Om utomjordingar skulle se jorden på väg mot solen skulle de se att vår bakgrundsbelysta atmosfär blockerar blått ljus mer än rött, vilket betyder att de skulle veta att jorden har en blå himmel.

Samma grundläggande teknik kan också användas för att mäta ljusabsorberande molekyler som vatten, metan, syre, ozon eller dikväveoxid. I princip, med instrument som är känsligare än våra, utomjordingar skulle se signaturer från mänskligt skapade atmosfäriska föroreningar. De kunde då dra slutsatsen att jorden kan hysa en avancerad civilisation.

Nya fönster på universum

Molekyler inklusive vatten, metan och syre har upptäckts i över 40 bekräftade exoplaneter hittills och listan kommer mycket snart att växa dramatiskt med lanseringarna nästa år av NASA:s TESS-uppdrag och JWST, efterträdaren till rymdteleskopet Hubble. Dessa kommer att följas under det kommande decenniet av Europeiska rymdorganisationens PLATO-uppdrag och möjligen dess planetkaraktäriseringsuppdrag Ariel.

Under tiden, på marken, European Southern Observatory bygger Extremely Large Telescope. Detta kommer att kunna samla in tio gånger mer stjärnljus än något tidigare optiskt teleskop och kommer att kunna undersöka atmosfären på närliggande jordliknande planeter i oöverträffad detalj.

Dessa anläggningar kommer att göra det möjligt för oss att börja leta efter molekyler som tyder på biologisk aktivitet (biomarkörsignaturer) på närliggande planeter. Exempel på biomarkörsignaturer kan inkludera starka överflöd av kombinationer av molekyler som syre och metan, som reagerar med varandra på korta tidsskalor. På jorden fylls deras överflöd ständigt på av levande organismer.

Det finns naturligtvis många andra faktorer utöver bulkplanets egenskaper som bidrar kritiskt till framgången för utvecklat liv här på jorden. Sanningen är att våra ättlingar inte kommer att veta säkert att de har hittat Earth-2 förrän de försöker leva på den. Så, medan vi inte skulle lämna en tom karta till våra modiga rymdutforskare i framtiden, vi är långt ifrån att kunna garantera dem ett beboeligt boende.

Omöjlig resa?

Och, låt vara tydliga, den långa restiden även till vår närmaste exoplanetgranne, Proxima b, betyder att det definitivt är en enkelbiljett. Verkligen, med nuvarande teknik, denna resa skulle ta tiotusentals år.

Alternativen som skulle tillåta oss att resa inom en enda mänsklig livstid involverar att behärska nära ljushastighetsteknik. Det finns några ambitiösa planer på gång på detta. Ett annat tillvägagångssätt skulle vara att utveckla tillförlitliga, långsiktiga tekniker för mänsklig dvala.

Under sin resa måste astronauterna också skydda sig från potentiellt dödliga doser av kosmisk strålning. De måste också undvika muskel- och skelettavfall, och klara av de psykologiska kraven att vara inlåst i flera år i en stor plåtburk. På deras destination, de kommer också att behöva anpassa sig till livet som utomjording utan fördelarna med evolutionär anpassning som vi åtnjuter på jorden. Detta är förmodligen den största utmaningen av alla.

Med alla saker i åtanke, det är en lång resa för en man, ett gigantiskt tärningskast för mänskligheten.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.