V zadnjih nekaj desetletjih so astronomi potrdili obstoj tisoč planetov onkraj našega Osončja. Sčasoma se je postopek preusmeril od odkritja do karakterizacije v upanju, da bi našli katerega od teh planetov lahko podpira življenje. Za zdaj so te metode posredne narave, kar pomeni, da lahko astronomi sklepajo le, če je planet naseljen, glede na to, kako zelo spominja na Zemljo.
Da bi pomagali pri lovu na "potencialno bivalne" eksoplanete, je ekipa Cornellovih raziskovalcev nedavno ustvarila pet modelov, ki predstavljajo ključne točke v razvoju Zemlje. Ti "posnetki", kako je izgledala Zemlja v različnih geoloških epohah, bi lahko močno izboljšali iskanje zunajzemeljskega življenja, tako da bi zagotovili bolj popolno sliko, kako bi lahko izgledal planet, ki nosi življenje.
Študija, ki se je nedavno pojavila v Pisma astrofizičnega časopisa, vodila ga je Lisa Kaltenegger - izredna profesorica astronomije na univerzi Cornell in direktorica Inštituta Carl Sagan (CSI). S pomočjo prejšnjih geoloških epoh kot smernice je Kaltenegger in njena ekipa razvila spektralne predloge, ki bodo teleskopom naslednje generacije pomagali pri lovu na planete, podobne Zemlji.
Ti vključujejo James Webb vesoljski teleskop (JWST) in Infrardeči teleskop s širokim poljem (WFIRST), ki se bo v vesolje postavil leta 2021 oziroma 2024. Kot je v nedavnem sporočilu za CSI pojasnil Kaltenegger:
"Te nove generacije vesoljskih in zemeljskih teleskopov skupaj z našimi modeli nam bodo omogočile prepoznavanje planetov, kot je naša Zemlja, na približno 50 do 100 svetlobnih let."
"S pomočjo lastne Zemlje smo kot ključni model oblikovali pet različnih Zemljinih epoh, da smo zagotovili predlogo, kako lahko označimo potencialno ekso-Zemljo - od mlade, prebiotične Zemlje do našega sodobnega sveta. Modeli nam tudi omogočajo, da raziščemo, v kakšnem trenutku Zemljinega razvoja je daljni opazovalec lahko opredelil življenje v "bledo modrih pikah" vesolja in drugih svetih, kot so. "
Da bi vse to razbili, so astronomi trenutno omejeni na iskanje planetov, ki so podobni Zemlji, predvsem zato, ker je Zemlja edini znani planet, ki podpira življenje. Vendar pa so pogoji, ki jih danes vidimo na Zemlji, le en posnetek tega, kako je videti naš planet sčasoma. V preteklosti sta se geologija in ozračje Zemlje zelo razlikovali, kar je igralo ključno vlogo pri razvoju kopenskega življenja.
Kalteneggerjeva in njena ekipa sta zaradi študije ustvarili atmosferske modele, ki ustrezajo temu, kar je izgledalo Zemljo pred 3,9 milijarde let. Ta "prebiotična Zemlja" je imela ozračje, ki je bilo večinoma sestavljeno iz ogljikovega dioksida. Drugi model, "anoksična Zemlja", prikazuje, kako je izgledal naš planet pred 3,5 milijarde let, ko je bilo v ozračju brez kisika.
Trije drugi modeli razkrivajo prehod Zemlje v sedanjost, ki je vključeval porast fotosintetskih organizmov (pred približno 3,5 milijarde let) in "Veliki dogodek oksigenacije" (pred približno 2,4 do dve milijardi let). V teh epohah se je kisik v našem ozračju postopoma dvigal od koncentracije 0,2% do današnje ravni 21%. Kot je rekel Kaltenegger:
"Naša Zemlja in zrak, ki ga dihamo, sta se drastično spremenili, odkar se je Zemlja oblikovala pred 4,5 milijarde let, in ta članek prvič govori o tem, kako bi astronomi, ki poskušajo najti svetove, kot je naš, lahko opazovali mlade do sodobnih planetov, ki so podobni Zemlji, v tranzitu. lastno zgodovino Zemlje kot predlogo. "
Čeprav še vedno ni znano, kdaj je Zemlja dosegla ozračje z obilnim kisikom, ti modeli zagotavljajo okvir, kakšne atmosferske značilnosti so bile na Zemlji pred milijardami let. Glede na te predloge bodo eksoplaneti, katerih atmosferska raven je manjša od 1% kisika, pokazali znake nastajajoče biologije, ozona in metana.
Poleg vesoljskih teleskopov kot sta JWST in WFIRST, zemeljski teleskopi, kot so izjemno velik teleskop ESO (ELT), tridesetmetrski teleskop (TMT) in velikanski teleskop Magellan (GMT). Te teleskope bodo s svojo visoko občutljivo in prilagodljivo optiko lahko izvajali neposredne slikovne raziskave oddaljenih eksoplanetov in označevali njihovo atmosfero.
S pomočjo teh instrumentov bodo astronomi lahko opazovali manjše, skalnate eksoplanete s strožjimi orbitami (aka. "Zemeljski podobni" planeti), ko se pomikajo pred svojimi gostiteljskimi zvezdami (kar je znano kot metoda tranzita). Ko se to zgodi, bo sončna svetloba prešla skozi njihovo atmosfero in ustvarila spektre, ki jih bodo astronomi uporabili za določitev, katere kemikalije so prisotne.
"Ko eksoplanet prečka in blokira del zvezde gostiteljice, bomo lahko razširili njegove atmosferske spektralne podpise," je dejal Kaltenegger. "Če uporabimo zemeljsko geološko zgodovino kot ključ, lahko lažje opazimo kemijske znake življenja na oddaljenih eksoplanetih."
Če je zemeljska geološka zgodovina kakršen koli pokazatelj, bodo planeti, ki jih lahko podpirajo skozi življenje, doživeli nekaj resnih prehodov, deloma zato, ker nastanek življenja vpliva na razvoj planeta. V tem pogledu imajo kvalifikatorji, kot so "zemeljski" in "potencialno naseljeni", časovno razsežnost, ki vključuje časovno vrsto pogojev.
