Konstnärs illustration av en tekniskt avancerad exoplanet. Färgerna är överdrivna för att visa den industriella föroreningen, som annars inte syns. Kredit:NASA/Jay Freidlander
Om det finns en avancerad utomjordisk civilisation som bor i ett närliggande stjärnsystem, vi kanske kan upptäcka det med hjälp av dess egna luftföroreningar, enligt ny NASA-forskning. Studien tittade på närvaron av kvävedioxidgas (NO 2 ), som på jorden produceras genom förbränning av fossila bränslen men kan också komma från icke-industriella källor som biologi, blixt, och vulkaner.
"På jorden, det mesta av kvävedioxiden släpps ut från mänsklig aktivitet – förbränningsprocesser som fordonsutsläpp och fossildrivna kraftverk, " sa Ravi Kopparapu från NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "I den lägre atmosfären (cirka 10 till 15 kilometer eller runt 6,2 till 9,3 miles), NEJ 2 från mänskliga aktiviteter dominerar jämfört med icke-mänskliga källor. Därför, observerar NEJ 2 på en beboelig planet skulle potentiellt kunna indikera närvaron av en industrialiserad civilisation." Kopparapu är huvudförfattare till en artikel om denna forskning som accepterats av Astrofysisk tidskrift och publiceras online tisdag, 9 februari i arXiv.
Astronomer har hittat över 4, 000 planeter som kretsar kring andra stjärnor hittills. Vissa kan ha förutsättningar som är lämpliga för livet som vi känner det, och på några av dessa beboeliga världar, livet kan ha utvecklats till en punkt där det producerar en teknisk civilisation. Eftersom planeter runt andra stjärnor (exoplaneter) är så långt borta, forskare kan inte leta efter tecken på liv eller civilisation genom att skicka rymdfarkoster till dessa avlägsna världar. Istället, de måste använda kraftfulla teleskop för att se vad som finns inne i exoplaneternas atmosfär.
En möjlig indikation på liv, eller biosignatur, kan vara en kombination av gaser som syre och metan i atmosfären. Liknande, ett tecken på teknik på en exoplanet, kallas en teknosignatur, kan vara vad som anses vara förorening här på jorden - närvaron av en gas som släpps ut som en biprodukt av en utbredd industriell process, som NEJ 2 .
Denna studie är första gången NO 2 har undersökts som en möjlig teknosignatur.
"Andra studier har undersökt klorfluorkolväten (CFC) som möjliga teknosignaturer, som är industriprodukter som användes i stor utsträckning som köldmedier tills de fasades ut på grund av sin roll i ozonnedbrytningen, sade Jacob Haqq-Misra, en medförfattare till artikeln vid Blue Marble Institute of Science, Seattle, Washington. "CFC är också en kraftfull växthusgas som kan användas för att terraforma en planet som Mars genom att ge ytterligare uppvärmning från atmosfären. Så vitt vi vet, CFC produceras inte alls av biologi, så de är en mer uppenbar teknosignatur än NO 2 . Dock, CFC är mycket specifika tillverkade kemikalier som kanske inte är vanliga någon annanstans; NEJ 2 , i jämförelse, är en allmän biprodukt av alla förbränningsprocesser."
I deras studie, teamet använde datormodellering för att förutsäga om NEJ 2 föroreningar skulle ge en signal som är praktisk att upptäcka med nuvarande och planerade teleskop. Atmosfärisk NO2 absorberar starkt vissa färger (våglängder) av synligt ljus, som kan upptäckas genom att observera ljuset som reflekteras från en exoplanet när den kretsar runt sin stjärna. De fann att för en jordliknande planet som kretsar runt en solliknande stjärna, en civilisation som producerar samma mängd NO 2 eftersom vårt kunde detekteras upp till cirka 30 ljusår bort med cirka 400 timmars observationstid med hjälp av ett framtida stort NASA-teleskop som observerar vid synliga våglängder. Detta är en betydande men inte oöverträffad tid, eftersom NASA:s rymdteleskop Hubble tog lika lång tid för de berömda Deep Field-observationerna. Ett ljusår, sträckan ljuset färdas på ett år, är nästan 6 biljoner miles (cirka 9,5 biljoner kilometer). För jämförelse, de närmaste stjärnorna till vår sol finns i Alpha Centauri-systemet lite över 4 ljusår bort, och vår galax är ungefär 100, 000 ljusår i diameter.
De upptäckte också att stjärnor som är kallare och mycket vanligare än vår sol, såsom stjärnor av K- och M-typ, kommer att producera en starkare, lättare att upptäcka NEJ 2 signal. Detta beror på att dessa typer av stjärnor producerar mindre ultraviolett ljus som kan bryta isär NO 2 . Fler rikliga stjärnor ökar chansen att en utomjordisk civilisation kan hittas.
Sedan NO 2 produceras också naturligt, forskare måste noggrant analysera en exoplanet för att se om det finns ett överskott som kan hänföras till ett teknologiskt samhälle. "På jorden, cirka 76 procent av NO 2 utsläppen beror på industriell verksamhet, " sa Giada Arney från NASA Goddard, en medförfattare till tidningen. "Om vi observerar NEJ 2 på en annan planet, vi måste köra modeller för att uppskatta maximalt möjliga NO 2 utsläpp man kan ha bara från icke-industriella källor. Om vi observerar mer NEJ 2 än vad våra modeller antyder är rimligt från icke-industriella källor, sedan resten av NO 2 kan hänföras till industriell verksamhet. Ändå finns det alltid en möjlighet till ett falskt positivt i sökandet efter liv bortom jorden, och framtida arbete kommer att behövas för att säkerställa förtroende för att skilja sanna positiva från falska positiva."
Andra komplikationer inkluderar närvaron av moln eller aerosoler i atmosfären. Moln och aerosoler absorberar ljus med liknande våglängder som kvävedioxid, så att de kunde härma signaturen. Teamet planerar att använda en mer avancerad modell för att se om molntäckets naturliga variation kan användas för att skilja mellan de två. För denna inledande studie, forskarna använde en modell som antar att atmosfären på en planet är en enda kolumn från marken till rymden med många lager. Detta är ett bra antagande för de flesta ändamål och för snabba beräkningar. Men planeter är 3D-objekt, inte enstaka kolumner. Teamets uppföljningsstudie kommer att använda 3D-modeller för att jämföra hur exakta deras initiala resultat var.
