Cornell-astronomer har skapat fem modeller som representerar nyckelpunkter från vår planets evolution, som kemiska ögonblicksbilder genom jordens egna geologiska epoker.

De kommer att använda dem som spektralmallar i jakten på jordliknande planeter i avlägsna solsystem i den annalkande nya eran av kraftfulla teleskop.

"Denna nya generation av rymd- och markbaserade teleskop tillsammans med våra modeller kommer att tillåta oss att identifiera planeter som vår jord på cirka 50 till 100 ljusår bort, sa Lisa Kaltenegger, docent i astronomi och föreståndare för Carl Sagan-institutet.

För forskning och modellutveckling, Kaltenegger, doktoranden Jack Madden och Zifan Lin '20 skrev "High-Resolution Transmission Spectra of Earth through Geological Time, " publicerad 26 mars i Astrofysiska tidskriftsbrev .

"Att använda vår egen jord som nyckeln, vi modellerade fem distinkta jordepoker för att tillhandahålla en mall för hur vi kan karakterisera en potentiell exo-jord – från en ung, prebiotiska jorden till vår moderna värld, ", sa hon. "Modellerna tillåter oss också att utforska vid vilken tidpunkt i jordens evolution en avlägsen observatör kunde identifiera liv på universums "blekblå prickar" och andra världar som dem."

Kaltenegger och hennes team skapade atmosfäriska modeller som matchar jorden för 3,9 miljarder år sedan, en prebiotisk jord, när koldioxid tätt täckte den unga planeten. En andra återgångsmodell avbildar kemiskt en planet fri från syre, en anoxisk jord, går tillbaka 3,5 miljarder år. Tre andra modeller avslöjar ökningen av syre i atmosfären från en koncentration på 0,2 % till dagens nivåer på 21 %.

"Vår jord och luften vi andas har förändrats drastiskt sedan jorden bildades för 4,5 miljarder år sedan, Kaltenegger sa, "och för första gången, denna uppsats tar upp hur astronomer försöker hitta världar som vår, kunde upptäcka unga till moderna jordliknande planeter på väg, använder vår egen jords historia som mall."

I jordens historia, tidslinjen för ökningen av syre och dess överflöd är inte klar, sa Kaltenegger. Men, om astronomer kan hitta exoplaneter med nästan 1 % av jordens nuvarande syrenivåer, dessa vetenskapsmän kommer att börja hitta framväxande biologi, ozon och metan – och kan matcha det med jordens mallars åldrar.

"Våra transmissionsspektra visar atmosfäriska egenskaper, som skulle visa en avlägsen observatör att jorden hade en biosfär så tidigt som för cirka 2 miljarder år sedan, sa Kaltenegger.

Med hjälp av kommande teleskop som NASA:s James Webb rymdteleskop, planerad att lanseras i mars 2021, eller Extremely Large Telescope i Antofagasta, Chile, planerad att tändas första gången 2025, astronomer kunde se när en exoplanet passerar framför sin värdstjärna, avslöjar planetens atmosfär.

"När exoplaneten passerar och blockerar en del av sin värdstjärna, vi kan dechiffrera dess atmosfäriska spektrala signaturer, ", sa Kaltenegger. "Att använda jordens geologiska historia som en nyckel, vi kan lättare upptäcka de kemiska tecknen på liv på de avlägsna exoplaneterna."