Fysiker vid ETH Zürich och universitetet i Zürich ville veta om det planerade rymduppdraget LIFE verkligen kunde upptäcka spår av liv på andra planeter. Ja, det kan det, säger forskarna, med hjälp av observationer av vår egen planet.
Detta har visats i en studie utförd av Institutet för partikelfysik och astrofysik vid ETH Zürich. Naturligtvis var forskarnas avsikt inte att svara på frågan om liv om möjligt på själva jorden. Istället använde de jorden som ett exempel för att bevisa att det planerade rymduppdraget LIFE (Large Interferometer for Exoplanets) kan bli en framgång – och att den planerade mätproceduren fungerar.
Med ett nätverk av fem satelliter hoppas det internationella LIFE-initiativet som leds av ETH Zürich att en dag upptäcka spår av liv på exoplaneter. Det syftar till att genomföra en mer detaljerad studie av jordliknande exoplaneter – steniga planeter som liknar jorden i storlek och temperatur men som kretsar kring andra stjärnor.
Planen är att placera fem mindre satelliter i rymden nära rymdteleskopet James Webb. Tillsammans kommer dessa satelliter att bilda ett stort teleskop som kommer att fungera som en interferometer för att fånga upp exoplaneternas infraröda värmestrålning. Ljusets spektrum kan sedan användas för att härleda sammansättningen av dessa exoplaneter och deras atmosfärer. "Vårt mål är att upptäcka kemiska föreningar i ljusspektrumet som antyder liv på exoplaneterna", förklarar Sascha Quanz, som leder LIFE-initiativet.
I studien, som just har publicerats i The Astrophysical Journal , undersökte forskarna Jean-Noël Mettler, Björn S. Konrad, Sascha P. Quanz och Ravit Helled hur väl ett LIFE-uppdrag kunde karakterisera en exoplanets beboelighet. För detta ändamål bestämde de sig för att behandla jorden som om den vore en exoplanet och göra observationer på vår hemplanet.
Det unika med studien är att teamet testade det framtida LIFE-uppdragets kapacitet på verkliga snarare än simulerade spektra. Med hjälp av data från en av de atmosfäriska mätenheterna på NASA:s observationssatellit Aqua Earth genererade de jordens emissionsspektra i det mellaninfraröda området, vilket kan registreras i framtida observationer av exoplaneter.
Två överväganden var centrala i projektet. För det första, om ett stort rymdteleskop skulle observera jorden från rymden, vilken typ av infrarött spektrum skulle det spela in? Eftersom jorden skulle observeras på långt avstånd skulle den se ut som en anspråkslös fläck, utan igenkännliga egenskaper som havet eller bergen. Detta innebär att spektrat då skulle vara rumsliga och tidsmässiga medelvärden som berodde på vilka vyer av planeten teleskopet skulle fånga och hur länge.
Från detta härledde fysikerna det andra övervägandet i sin studie:Om dessa medelvärdesspektra analyserades för att få information om jordens atmosfär och ytförhållanden, på vilka sätt skulle resultaten bero på faktorer som observationsgeometri och säsongsvariationer?
Forskarna övervägde tre observationsgeometrier – de två vyerna från polerna och en ytterligare ekvatorialvy – och fokuserade på data som registrerats i januari och juli för att ta hänsyn till de största säsongsvariationerna.
Studiens nyckelresultat är uppmuntrande. Om ett rymdteleskop som LIFE skulle observera planeten Jorden, skulle det hitta tecken på en tempererad, beboelig värld. Teamet kunde detektera koncentrationer av de atmosfäriska gaserna CO2 , vatten, ozon och metan i de infraröda spektra av jordens atmosfär, samt ytförhållanden som gynnar förekomsten av vatten. Bevis på ozon och metan är särskilt viktigt eftersom dessa gaser produceras av jordens biosfär.
Dessa resultat är oberoende av observationsgeometrin, som forskarna visade. Detta är goda nyheter, eftersom den exakta observationsgeometrin för framtida observationer av jordliknande exoplaneter förmodligen kommer att vara okänd.
Vid jämförelse av säsongsvariationer var resultatet dock mindre avslöjande. "Även om atmosfärisk säsongsvariation inte är lätt att observera, visar vår studie att nästa generations rymduppdrag kommer att kunna bedöma om närliggande tempererade jordliknande exoplaneter är beboeliga eller till och med bebodda", säger Quanz.
Mer information: Jean-Noël Mettler et al, Earth as an Exoplanet. III. Använda empiriska termiska emissionsspektra som en indata för atmosfärisk hämtning av en jord-tvilling exoplanet, The Astrophysical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-4357/ad198b
Journalinformation: Astrofysisk tidskrift
Tillhandahålls av ETH Zürich
