Astronomer har lyckats registrera solljus som skiner genom jordens atmosfär på ett sätt som liknar studiet av avlägsna exoplaneter. Under det extraordinära tillfället av en månförmörkelse, det stora kikarteleskopet observerade ljuset som filtrerades av jordens atmosfär och reflekterades av månen i unik detalj. Förutom syre och vatten, atomära spektrallinjer av natrium, kalcium och kalium upptäcktes i vår atmosfär på detta sätt första gången.

När en exoplanet passerar framför sin värdstjärna, astronomer kanske kan registrera både dämpningen av stjärnljuset som planeten blockerar och även stjärnljuset som lyser genom planetens atmosfär. Även om det bara är en liten signal, den innehåller avtrycket av planetens kemiska och fysiska signatur och ger den främsta möjligheten att mäta planetens atmosfäriska beståndsdelar. Inom astrofysik, denna teknik kallas transmissionsspektroskopi, och är en relativt ung teknik som blomstrar eftersom många exoplanetpassager upptäcktes från rymden. "Medan, än så länge, endast tillämpligt på superstora Jupiters, det är överdimensionerade Jupiterliknande planeter som kretsar nära sin värdstjärna, vi är mest intresserade av jordliknande planeter och om vi skulle kunna upptäcka mer komplexa molekylära signaturer i ett exo-jordtransmissionsspektrum som kanske till och med antyder liv, " förklarar Klaus Strassmeier från Leibniz Institute for Astrophysics i Potsdam (AIP), den ledande författaren till den nu publicerade studien. "Även om det ännu inte är möjligt för någon jordliknande exoplanettransit, en total månförmörkelse, som är en total solförmörkelse sett från vår egen måne, är inget annat än en transit av vår egen jord, och indirekt observerbar."

Solljuset som passerar genom jordens atmosfär innan det når månen och tillbaka reflekteras till jorden kallas Earthshine. Jordens atmosfär innehåller många biprodukter av biologisk aktivitet, såsom syre och ozon i samband med vattenånga, metan och koldioxid. Dessa biogena molekyler presenterar attraktiva smala molekylära band vid optiska och nära infraröda våglängder för detektering i atmosfärer på andra planeter. Att ta jorden som prototypen på en beboelig planet, Jordskensobservationer ger möjlighet att verifiera biogen och relaterad kemisk elementär närvaro med samma tekniker som annars används för att observera stjärnor med super Jupiter-planeter. Earthshine är därför ett idealiskt testfall för framtida exo-jord-detektioner med den nya generationen av extremt stora teleskop.

Januari 2019 innehöll en total månförmörkelse. Månen dämpades med en faktor 20, 000 under totaliteten vilket är anledningen till att ljusinsamlingsförmågan hos 11,8 m Large Binocular Telescope (LBT) i Arizona behövdes för observationerna. Dessutom, den höga spektrala upplösningen av Potsdam Echelle Polarimetric and Spectroscopic Instrument (PEPSI) var nödvändig för att separera de förväntade små spektrallinjeabsorptionerna av jordens atmosfär från det normala solspektrumet vid oöverträffad spektral upplösning och i polariserat ljus.

"PEPSI har redan gett betydande bidrag till studiet av exoplaneter genom observation av deras transitering framför deras sol, " tillägger Christian Veillet, LBT-observatoriets direktör. "Vi ser på jorden som en exoplanet tack vare en total månförmörkelse som är väl lämpad för LBT:s läge i Arizona, och lägga till polarimetri till den utsökta upplösningen av PEPSI-spektrografen, resulterade i upptäckt av natrium, kalcium, och kalium i jordens atmosfär."