I jakten på livet i andra världar, astronomer letar över planeter som är ljusår bort. De behöver sätt att identifiera liv på långt håll – men vad räknas som bra bevis?

Vår egen planet ger lite inspiration. Mikrober fyller luften med metan; fotosyntetiserande växter driver ut syre. Kanske kan dessa gaser finnas varhelst livet har fått fäste.

Men i världar som skiljer sig mycket från vår egen, förmodade livstecken kan väckas av icke-biologiska processer. Att veta ett sant tecken när du ser det, astronomen Kevin France vid University of Colorado, Flyttblock, säger, du måste se bortom planeten själv, hela vägen till den glänsande stjärnan den kretsar runt.

För detta ändamål, Frankrike och hans team designade SISTINE-uppdraget. Flyger på en klingande raket för en 15-minuters flygning, den kommer att observera stjärnor på avstånd för att hjälpa till att tolka tecken på liv på planeterna som kretsar kring dem. Uppdraget kommer att starta från White Sands Missile Range i New Mexico under de tidiga morgontimmarna den 5 augusti, 2019.

När jorden är ett dåligt exempel

Strax efter att jorden bildades för 4,6 miljarder år sedan, den omslöts av en skadlig atmosfär. Vulkaner spydde ut metan och svavel. Luften vimlade av upp till 200 gånger mer koldioxid än dagens nivåer.

Det var inte på ytterligare en och ett halvt år som molekylärt syre, som innehåller två syreatomer, kom in på scenen. Det var en restprodukt, kasseras av gamla bakterier genom fotosyntes. Men det satte igång det som blev känt som den stora oxidationshändelsen, permanent förändrar jordens atmosfär och banar väg för mer komplexa livsformer.

"Vi skulle inte ha stora mängder syre i vår atmosfär om vi inte hade det ytliv, sa Frankrike.

Syre är känt som en biomarkör:en kemisk förening förknippad med liv. Dess närvaro i jordens atmosfär antyder de livsformer som lurar nedanför. Men som sofistikerade datormodeller nu har visat, biomarkörer på jorden är inte alltid så pålitliga för exoplaneter, eller planeter som kretsar runt stjärnor någon annanstans i universum.

Frankrike pekar på M-dvärgstjärnor för att göra detta. Mindre och kallare än vår sol, M-dvärgar står för nästan tre fjärdedelar av Vintergatans stjärnbefolkning. För att förstå exoplaneter som kretsar runt dem, forskare simulerade planeter i jordstorlek som cirkulerade M-dvärgar. Skillnader från jorden uppstod snabbt.

M-dvärgar genererar intensivt ultraviolett ljus. När det ljuset träffade den simulerade jordliknande planeten, det slet kolet från koldioxiden, lämnar efter sig fritt molekylärt syre. UV-ljus bröt också upp molekyler av vattenånga, frigör enstaka syreatomer. Atmosfärerna skapade syre – men utan liv.

"Vi kallar dessa falskt positiva biomarkörer, " sa Frankrike. "Du kan producera syre på en jordliknande planet enbart genom fotokemi."

Jordens låga syrenivåer utan liv var ett slags slump – tack, till viss del, till vår interaktion med vår sol. Exoplanetsystem med olika stjärnor kan vara olika. "Om vi ​​tror att vi förstår en planets atmosfär men inte förstår stjärnan den kretsar kring, vi kommer förmodligen att få saker fel, sa Frankrike.

Att känna en planet, Studera dess stjärna

Frankrike och hans team designade SISTINE för att bättre förstå värdstjärnor och deras effekter på exoplanetatmosfärer. Förkortning för Suborbital Imaging Spectrograph for Transition region Irradiance from Nearby Exoplanet host stars, SISTINE mäter högenergistrålningen från dessa stjärnor. Med kunskap om värdstjärnornas spektra, forskare kan bättre skilja sanna biomarkörer från falska positiva på deras kretsande planeter.

För att göra dessa mätningar, SISTINE använder en spektrograf, ett instrument som separerar ljus i dess beståndsdelar.

"Spektra är som fingeravtryck, sa Jane Rigby, en astrofysiker vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, vem som använder metoden. "Det är hur vi tar reda på vad saker är gjorda av, både på vår planet och när vi tittar ut i universum."

SISTINE mäter spektra i våglängder från 100 till 160 nanometer, en rad långt UV-ljus som, bland annat, kan skapa syre, möjligen genererar ett falskt positivt. Ljuseffekten i detta område varierar med stjärnans massa – vilket betyder att stjärnor med olika massor nästan säkert kommer att skilja sig från vår sol.

SISTINE kan också mäta bloss, eller ljusa stjärnexplosioner, som släpper ut intensiva doser av långt UV-ljus på en gång. Frekventa bloss kan göra en beboelig miljö till en dödlig miljö.

SISTINE-uppdraget kommer att flyga på en raket som låter Black Brant IX. Ljudande raketer gör kort, riktade flygningar ut i rymden innan de faller tillbaka till jorden; SISTINEs flygning ger den cirka fem minuters observationstid. Även om det är kort, SISTINE kan se stjärnor i våglängder som är oåtkomliga för observatorier som rymdteleskopet Hubble.

Två lanseringar är planerade. Den första, från White Sands i augusti, kommer att kalibrera instrumentet. SISTINE kommer att flyga 174 miles över jordens yta för att observera NGC 6826, ett gasmoln som omger en vit dvärgstjärna som ligger cirka 2, 000 ljusår bort i stjärnbilden Cygnus. NGC 6826 är ljus i UV-ljus och visar skarpa spektrallinjer - ett tydligt mål för att kontrollera deras utrustning.

Efter kalibrering, den andra uppskjutningen kommer att följa 2020 från Arnhem Space Center i Nhulunbuy, Australien. Där kommer de att observera UV-spektra av Alpha Centauri A och B, de två största stjärnorna i det trestjärniga Alpha Centauri-systemet. På 4,37 ljusår bort, dessa stjärnor är våra närmaste stjärngrannar och främsta mål för exoplanetobservationer. (Systemet är hem för Proxima Centauri B, den exoplanet som ligger närmast jorden.)

Testar ny teknik

Både SISTINEs observationer och tekniken som används för att förvärva dem är utformade med framtida uppdrag i åtanke.

Det ena är NASA:s rymdteleskop James Webb, för närvarande inställd på uppskjutning 2021. Det djupa rymdobservatoriet kommer att se synligt för mittinfrarött ljus – användbart för att upptäcka exoplaneter som kretsar kring M-dvärgar. SISTINE-observationer kan hjälpa forskare att förstå ljuset från dessa stjärnor i våglängder som Webb inte kan se.

SISTINE har också nya UV-detektorplattor och nya optiska beläggningar på sina speglar, designad för att hjälpa dem att bättre reflektera istället för att absorbera extremt UV-ljus. Att flyga den här tekniken på SISTINE hjälper till att testa dem för NASA:s framtida stora UV/optiska rymdteleskop.

Genom att fånga stjärnspektra och avancerad teknik för framtida uppdrag, SISTINE kopplar det vi vet till det vi ännu inte har lärt oss. Det är då det verkliga arbetet börjar. "Vårt jobb som astronomer är att sätta ihop dessa olika datamängder för att berätta en komplett historia, sa Rigby.