Die Erforschung von Exoplaneten ist in den letzten zehn Jahren erheblich ausgereift. In dieser Zeit ist die Mehrheit der über 4000 Exoplaneten die uns derzeit bekannt sind, entdeckt wurden. In dieser Zeit hat sich auch der Prozess vom Entdeckungsprozess hin zur Charakterisierung verlagert. Darüber hinaus werden mit Instrumenten der nächsten Generation Studien möglich sein, die viel über die Oberflächen und Atmosphären von Exoplaneten aussagen werden.
Dies wirft natürlich die Frage auf: Was würde eine ausreichend fortgeschrittene Spezies sehen, wenn sie unseren Planeten studieren würde? Unter Verwendung von Multiwellenlängendaten der Erde konnte ein Team von Caltech-Wissenschaftlern eine Karte von wie die Erde aussehen würde für entfernte fremde Beobachter. Abgesehen davon, dass die Neugierde gestillt wird, könnte diese Studie Astronomen auch helfen, die Oberflächenmerkmale von „ Wie Erde ” Exoplaneten in der Zukunft.
Die Studie, die die Ergebnisse des Teams beschreibt, mit dem Titel „ Die Erde als Exoplanet: Eine zweidimensionale Alien-Karte “, erschien kürzlich in der ZeitschriftWissenschaftsmagazinund ist für die Veröffentlichung inDie Briefe des Astrophysikalischen Journals. Die Studie wurde von Siteng Fan geleitet und umfasste mehrere Forscher des California Institute of Technology Abteilung für Geologie und Planetologie (GPS) und das NASA Jet Propulsion Laboratory.
Künstlerische Darstellung einer Exoplanetenatmosphäre, die auf die Interaktion mit ihrem Stern reagiert. Bildnachweis: NASA, ESA und G. Bacon (STSci)
Bei der Suche nach potenziell bewohnbaren Planeten außerhalb unseres Sonnensystems sind Wissenschaftler gezwungen, den indirekten Ansatz zu wählen. Angesichts der Tatsache, dass die meisten Exoplaneten nicht direkt beobachtet werden können, um ihre atmosphärische Zusammensetzung oder Oberflächenmerkmale (aka. Direkte Bildgebung ) müssen sich Wissenschaftler mit Hinweisen begnügen, die zeigen, wie „erdähnlich“ ein Planet ist.
Wie Fan Universe Today per E-Mail mitteilte, spiegelt dies die Einschränkungen wider, mit denen Astronomen und Exoplaneten-Studien derzeit zu kämpfen haben:
„Erstens haben aktuelle Exoplaneten-Studien nicht herausgefunden, was die geringsten Anforderungen an die Bewohnbarkeit sind. Es gibt einige vorgeschlagene Kriterien, aber wir sind uns nicht sicher, ob sie ausreichend oder notwendig sind. Zweitens sind die aktuellen Beobachtungstechniken selbst mit diesen Kriterien nicht gut genug, um die Bewohnbarkeit zu bestätigen, insbesondere auf erdähnlichen Exoplaneten, da es schwierig ist, sie zu entdecken und einzuschränken.“
Angesichts der Tatsache, dass die Erde der einzige uns bekannte Planet ist, der in der Lage ist, Leben zu unterstützen, theoretisierte das Team, dass Fernbeobachtungen der Erde als Stellvertreter für einen bewohnbaren Exoplaneten dienen könnten, wie er von einer fernen Zivilisation beobachtet wurde. „Die Erde ist der einzige Planet, den wir kennen, der Leben enthält“, sagte Fan. „Die Untersuchung, wie die Erde für entfernte Beobachter aussieht, würde uns die Richtung geben, wie wir potenzielle bewohnbare Exoplaneten finden können.“
Direkte Aufnahme von Exoplaneten um den Stern HR8799 mit einem Vortex-Coronagraph auf einem 1,5 m langen Teil des Hale-Teleskops. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/Palomar-Observatorium
Eines der wichtigsten Elemente des Erdklimas (und das für alles Leben auf seiner Oberfläche entscheidend ist) ist der Wasserkreislauf, der drei verschiedene Phasen hat. Dazu gehören das Vorhandensein von Wasserdampf in der Atmosphäre, Wolken aus Kondenswasser und Eispartikeln sowie das Vorhandensein von Gewässern an der Oberfläche.
Daher könnte das Vorhandensein dieser als potenzielle Hinweise auf Bewohnbarkeit und sogar als Hinweise auf Leben (auch bekannt als Biosignaturen) angesehen werden, die aus der Ferne beobachtet werden könnten. Ergo wäre es wichtig, Oberflächenmerkmale und Wolken auf Exoplaneten zu identifizieren, um ihre Bewohnbarkeit einzuschränken.
Um zu bestimmen, wie die Erde für entfernte Beobachter aussehen würde, hat das Team 9740 Bilder der Erde zusammengestellt, die von NASAs . aufgenommen wurden Weltraumklima-Observatorium (DSCOVR) Satellit. Die Bilder wurden über einen Zeitraum von zwei Jahren (2016 und 2017) alle 68 bis 110 Minuten aufgenommen und konnten das von der Erdatmosphäre reflektierte Licht bei mehreren Wellenlängen einfangen.
Fan und seine Kollegen kombinierten dann die Bilder, um ein über die Zeit aufgetragenes 10-Punkte-Reflexionsspektrum zu bilden, das dann über der Erdscheibe integriert wurde. Dies reproduzierte effektiv, wie die Erde für einen viele Lichtjahre entfernten Beobachter aussehen könnte, wenn er die Erde über einen Zeitraum von zwei Jahren beobachten würde.
Oberflächenmerkmale könnten mit einer neuen Methode, die am Caltech entwickelt wurde, besser erkennbar sein. Bildnachweis: IAU/L. Calçada
„Wir fanden heraus, dass die zweite Hauptkomponente der Lichtkurve der Erde stark mit dem Landanteil der beleuchteten Hemisphäre (r^2=0,91) korreliert“, sagte Fan. „In Kombination mit der Betrachtungsgeometrie wird die Rekonstruktion der Karte zu einem linearen Regressionsproblem.“
Nach der Analyse der resultierenden Kurven und dem Vergleich mit den Originalbildern entdeckte das Forschungsteam, welche Parameter der Kurven der Land- und Wolkenbedeckung entsprachen. Dann wählten sie die Parameter aus, die am engsten mit der Landfläche zusammenhängen, und passten sie an die 24-Stunden-Rotation der Erde an, was ihnen eine konturierte Karte (siehe oben) lieferte, die darstellte, wie die Lichtkurve der Erde aus Lichtjahren Entfernung aussehen würde.
Die schwarzen Linien stellen die Oberflächenmerkmalsparameter dar und entsprechen ungefähr den Küstenlinien der wichtigsten Kontinente. Diese sind außerdem grün eingefärbt, um eine grobe Darstellung von Afrika (Mitte), Asien (oben rechts), Nord- und Südamerika (links) und der Antarktis (unten) zu bieten. Was dazwischen liegt, stellt die Ozeane der Erde dar, wobei die flacheren Abschnitte rot und die tieferen blau markiert sind.
Diese Art von Darstellungen könnten, wenn sie auf die Lichtkurven entfernter Exoplaneten angewendet werden, es Astronomen ermöglichen zu beurteilen, ob ein Exoplanet Ozeane, Wolken und Eiskappen hat – alles notwendige Elemente eines „erdähnlichen“ (alias bewohnbaren) Exoplaneten. Als Fan schloss:
„Die Analyse von Lichtkurven in dieser Arbeit hat Auswirkungen auf die Bestimmung geologischer Merkmale und Klimasysteme auf Exoplaneten. Wir fanden heraus, dass die Variation der Lichtkurve der Erde von Wolken und Land/Ozean dominiert wird, die beide für das Leben auf der Erde entscheidend sind. Daher würden erdähnliche Exoplaneten, die diese Art von Merkmalen aufweisen, eher Leben beherbergen.“
Erdähnliche Planeten. Bildquelle: JPL
In der Zukunft werden Instrumente der nächsten Generation wie das James Webb Weltraumteleskop (JWST) wird die bisher detailliertesten Exoplaneten-Untersuchungen ermöglichen. Darüber hinaus werden bodengestützte Instrumente, die im nächsten Jahrzehnt online gehen – wie die Extrem großes Teleskop (ELT), die Dreißig-Meter-Teleskop (TMT) und die Riesen-Magellan-Teleskop (GMT) – voraussichtlich aktivieren direkte bildgebende Studien kleinerer Gesteinsplaneten, die näher um ihre Sterne kreisen.
Mithilfe von Studien, die dabei helfen, Oberflächenmerkmale und atmosphärische Bedingungen aufzuklären, können Astronomen endlich mit Sicherheit sagen, welche Exoplaneten bewohnbar sind und welche nicht. Mit etwas Glück könnte die Entdeckung einer Erde 2.0 (oder mehrerer Erden) gleich um die Ecke sein!
Weiterlesen: Wissenschaft , arXiv
