Teleskoptekniken utvecklas snabbt när allt större och större instrument byggs. Om det finns liv där, kommer vi att känna igen det? Forskare från Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics och NASA har utvecklat en lista över epokar i jordens atmosfärs historia som kan synas genom detta instrument; från de tidigaste tiderna då livet växte fram till vår nuvarande atmosfär med syre / kväve.
Det är bara en tidsfråga innan astronomer hittar en jordstorlek planet som kretsar runt en avlägsen stjärna. När de gör det är de första frågorna folk ställer: Är det bebörligt? Och ännu viktigare, finns det liv i det redan? För ledtrådar till svaren tittar forskare på deras hemplanet, Jorden.
Astronomerna Lisa Kaltenegger från Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) och Wesley Traub från NASA: s Jet Propulsion Laboratory och CfA föreslår att använda jordens atmosfärshistoria för att förstå andra planeter.
"Bra planeter är svåra att hitta," sade Kaltenegger. "Vårt arbete ger de skyltar som astronomer kommer att leta efter när de granskar verkligen jordliknande världar."
Geologiska poster visar att jordens atmosfär har förändrats dramatiskt under de senaste 4,5 miljarder åren, delvis på grund av att livsformer utvecklas på vår planet. Genom att kartlägga vilka gaser som omfattade jordens atmosfär under dess historia föreslår Kaltenegger och Traub att forskare, genom att leta efter liknande atmosfärsammansättning på andra världar, kan avgöra om den planeten har liv på den, och i så fall att livets evolutionära stadium. Forskningsdokumentet som beskriver deras arbete finns tillgängligt online på http://arxiv.org/abs/astro-ph/0609398.
Hittills har alla extrasolära planeter studerats indirekt, till exempel genom att övervaka hur en värdstjärna vinglar när planetens tyngdkraft släpper den. Endast fyra extrasolära planeter har upptäckts direkt och de är stora världar av Jupiter-storlek. Atmosfären i en av dessa världar upptäcktes av en annan CfA-forskare, David Charbonneau, med hjälp av NASA: s Spitzer Space Telescope. Nästa generation rymdbaserade uppdrag som NASA: s Terrestrial Planet Finder (TPF) och ESA: s Darwin kommer att kunna direkt studera närliggande jordstorlekar i världen.
Astronomer vill särskilt observera de synliga och infraröda spektra på avlägsna markplaneter för att lära sig om deras atmosfärer. Särskilda gaser lämnar signaturer i en planets spektrum, som fingeravtryck eller DNA-markörer. Genom att upptäcka dessa fingeravtryck kan forskare lära sig om en atmosfärs sammansättning och till och med härleda molnens närvaro.
Idag består jordens atmosfär av cirka tre fjärdedelar kväve och en fjärdedel syre, med en liten andel andra gaser som koldioxid och metan. Men för fyra miljarder år sedan var inget syre närvarande. Jordens atmosfär har utvecklats genom sex distinkta epoker, var och en kännetecknas av en speciell gasblandning. Med hjälp av en datakod utvecklad av Traub och CfA-kollegan Ken Jucks modellerade Kaltenegger och Traub var och en av jordens sex epokar för att bestämma vilka spektrala fingeravtryck som skulle ses av en avlägsen observatör.
"Genom att studera jordens förflutna kan vi lära oss om andra världens nuvarande tillstånd", förklarade Traub. "Om en extrasolar planet finns med ett spektrum som liknar en av våra modeller, kan vi potentiellt karakterisera planetens geologiska tillstånd, dess livsmiljö och i vilken grad livet har utvecklats på den."
För att bättre förstå dessa tidsperioder, eller "epoker", och för att sätta dem i perspektiv, kan man skala jordens historia på 4,5 miljarder år ned till ett år, bifoga datum som börjar med 1 januari - det datum som jorden bildades.
EPOCH 0 - 12 februari
Vid Epok 0 (3,9 miljarder år sedan) hade den unga jorden en turbulent, ångande atmosfär som mestadels bestod av kväve, koldioxid och vätesulfid. Dagarna var kortare och solen var mörkare, skiner som en röd orb genom vår orange tegelfärgade himmel. Det ena havet som täckte hela vår planet var en lerig brun som absorberade bombardemang från inkommande meteorer och kometer. Koldioxid hjälpte till att värma vår värld eftersom spädbarnet Sun var en tredjedel mindre lysande än i dag. Även om inga fossiler överlevde från denna tidsperiod, kan isotopiska signaturer av livet ha lämnats kvar i grönländska stenar.
EPOCH 1 - 17 mars
För omkring 3,5 miljarder år sedan (Epok 1) innehöll planetlandskapet vulkaniska ökkedjor som drog sig ut från det stora globala havet. Det första livet på jorden var anaeroba bakterier - bakterier som kunde leva utan syre. Dessa bakterier pumpade stora mängder metan i planetens atmosfär och ändrade den på påvisbara sätt. Om liknande bakterier finns på en annan planet, kan framtida uppdrag som TPF och Darwin upptäcka deras fingeravtryck i atmosfären.
EPOCH 2 - 5 juni
För cirka 2,4 miljarder år sedan (Epok 2) nådde atmosfären sin maximala metankoncentration. De dominerande gaserna var kväve, koldioxid och metan. Kontinentala landmassor började bildas. Blågrönalger började pumpa stora mängder syre ut i atmosfären. Stora förändringar var på väg att hända.
”Jag är ledsen att säga de första tecknen på E.T. kommer antagligen inte att vara en radio- eller TV-sändning; istället kan det vara syre från alger, klagade Kaltenegger.
EPOCH 3 - 16 juli
För två miljarder år sedan (Epok 3) skiftade dessa första fotosyntetiska organismer atmosfärens balans permanent - de producerade syre, en mycket reaktiv gas som rensade ut mycket av metan och koldioxid samtidigt som de kvävde de anaeroba, metan-producerande bakterierna. På så sätt fick planetens atmosfär sitt första fria syre. Landskapet var nu platt och fuktigt. Med vulkaner som röker på avstånd skapade briljantfärgade pooler av grönbrunt avskum en glans på det stankfyllda vattnet. Syrerevolutionen var helt igång.
”Införandet av syre var katastrofalt för det dominerande livet på jorden vid den tiden; det förgiftade det, ”sa Traub. "Men samtidigt gjorde det flercelliga liv, inklusive människoliv, möjligt."
EPOCH 4 - 13 oktober
För 800 miljoner år sedan gick jorden in i Epok 4, med fortsatt ökande syrehalter. Denna tidsperiod sammanfaller med vad som nu kallas "Cambrian Explosion." Från 550 till 500 miljoner år sedan är den kambriska perioden en viktig markör i livets historia på jorden: Det är den tid de största djurgrupperna först dyker upp i fossila register. Jorden var nu täckt med träsk, hav och några få aktiva vulkaner. Haven samarbetade med livet.
EPOCH 5 - 8 november
Slutligen, för 300 miljoner år sedan, i Epok 5, hade livet flyttat från havet till land. Jordens atmosfär hade nått sin nuvarande sammansättning av främst kväve och syre. Detta var början av den mesozoiska perioden som inkluderade dinosaurierna. Landskapet såg ut som Jurassic Park på en söndagseftermiddag.
EPOCH 6 - 31 december (11:59:59)
Den spännande frågan som återstår är: Hur skulle Epoch 6, den tidsperiod som människor upptar i dag, se ut? Kan vi upptäcka tecken på främmande tekniker på avlägsna världar?
När det allmänna samförståndet bygger på forskare om att mänsklig aktivitet har förändrat jordens atmosfär genom att mata in koldioxid och gaser som Freon, kan vi identifiera de spektrala fingeravtryck från biprodukterna i andra världar? Även om jordomloppssatelliter och ballongexperiment kan mäta dessa förändringar här hemma, är att upptäcka liknande effekter på en avlägsen värld bortom till och med kapaciteten i kommande program som Terrestrial Planet Finder och Darwin. Det kommer att kräva gigantiska flotillas av framtida rymdbaserade infraröda teleskop för att kunna utföra dessa mätningar.
"Så skrämmande som den här utmaningen låter", sade Kaltenegger, "jag tror på de närmaste decennierna att vi kommer att veta om vår lilla blå värld är ensam i universum eller inte eller om det finns grannar där ute som väntar på att möta oss."
Denna forskning finansierades av NASA.
Huvudkontoret ligger i Cambridge, Mass., Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) är ett gemensamt samarbete mellan Smithsonian Astrophysical Observatory och Harvard College Observatory. CfA-forskare, organiserade i sex forskningsavdelningar, studerar universums ursprung, evolution och slutliga öde.
Originalkälla: CfA News Release
