Eksoplaneettojen tutkimus on kypsynyt huomattavasti viimeisen kymmenen vuoden aikana. Tänä aikana suurin osa yli 4000 eksoplaneettaa jotka ovat tällä hetkellä tiedossamme, löydettiin. Tänä aikana prosessi on myös alkanut siirtyä löytöprosessista karakterisointiin. Lisäksi seuraavan sukupolven instrumentit mahdollistavat tutkimukset, jotka paljastavat paljon eksoplaneettojen pinnoista ja ilmakehistä.
Tämä herättää luonnollisesti kysymyksen: mitä riittävän edistynyt laji näkisi, jos he tutkisivat planeettamme? Caltech-tieteilijöiden ryhmä pystyi rakentamaan kartan Maan usean aallonpituuden datasta miltä maapallo näyttäisi kaukaisille ulkomaalaisille tarkkailijoille. Sen lisäksi, että tämä tutkimus käsittelee uteliaisuuden kutinaa, se voisi myös auttaa tähtitieteilijöitä rekonstruoimaan ' Maan kaltainen ” eksoplaneettoja tulevaisuudessa.
Tutkimus, joka kuvaa ryhmän tuloksia, nimeltään ' Maa eksoplaneettana: Kaksiulotteinen muukalainen kartta ', ilmestyi äskettäin lehdessäScience Magja se on tarkoitus julkaista vuonnaThe Astrophysical Journal Letters. Tutkimusta johti Siteng Fan, ja siihen osallistui useita Kalifornian teknologiainstituutin tutkijoita Geologian ja planeettatieteiden osasto (GPS) ja NASA Jet Propulsion Laboratory.
Taiteilijan vaikutelma eksoplaneetan ilmapiiristä, joka reagoi vuorovaikutuksesta tähtensä kanssa. Kiitos: NASA, ESA ja G. Bacon (STSci)
Kun tutkijat etsivät aurinkokuntamme ulkopuolelta mahdollisesti asuttavia planeettoja, heidän on omaksuttava epäsuora lähestymistapa. Ottaen huomioon, että useimpia eksoplaneettoja ei voida tarkkailla suoraan saadakseen selville niiden ilmakehän koostumuksesta tai pinnan ominaisuuksista (alias. Suora kuvantaminen ), tiedemiesten on tyytyttävä viitteisiin, jotka osoittavat, kuinka 'Maan kaltainen' planeetta on.
Kuten Fan kertoi Universe Todaylle sähköpostitse, tämä kuvastaa rajoituksia, joita tähtitieteilijät ja eksoplaneettatutkimukset joutuvat tällä hetkellä kamppailemaan:
”Ensinnäkin nykyiset eksoplaneettatutkimukset eivät ole selvittäneet, mitä vähiten vaatimuksia asumiselle on. Joitakin kriteereitä on ehdotettu, mutta emme ole varmoja, ovatko ne riittäviä vai tarpeellisia. Toiseksi, edes näillä kriteereillä nykyiset havaintotekniikat eivät ole riittävän hyviä vahvistamaan asuttavuutta, etenkään Maan kaltaisilla eksoplaneetoilla, koska niitä on vaikea havaita ja rajoittaa.'
Koska Maa on ainoa tiedossamme oleva planeetta, joka pystyy tukemaan elämää, ryhmä teoriassa, että maapallon etähavainnot voisivat toimia etäisen sivilisaation havaitseman asuttavan eksoplaneetan välityspalvelimena. 'Maa on ainoa tiedossamme oleva planeetta, joka sisältää elämää', Fan sanoi. 'Tutkiminen, miltä maa näyttää kaukaisille tarkkailijoille, antaisi meille suunnan löytää mahdollisia asuttavia eksoplaneettoja.'
Suora kuva eksoplaneetoista tähden HR8799 ympärillä käyttämällä Vortex-koronografia Hale-teleskoopin 1,5 metrin osassa. Kiitokset: NASA/JPL-Caltech/Palomar Observatory
Yksi maapallon ilmaston tärkeimmistä elementeistä (ja joka on kriittinen kaikelle sen pinnan elämälle) on veden kiertokulku, jossa on kolme erillistä vaihetta. Näitä ovat vesihöyryn esiintyminen ilmakehässä, tiivistyneen veden ja jäähiukkasten pilvet sekä vesistöjen esiintyminen pinnalla.
Siksi näiden läsnäoloa voidaan pitää mahdollisina osoitteina asumiskelpoisuudesta ja jopa merkkejä elämästä (alias biosignatures), joita voitaisiin havaita kaukaa. Näin ollen eksoplaneettojen pinnan piirteiden ja pilvien tunnistaminen olisi välttämätöntä niiden asumiskelpoisuuden rajoittamiseksi.
Selvittääkseen, miltä maapallo näyttäisi kaukaisten tarkkailijoiden silmissä, tiimi kokosi 9740 kuvaa maasta, jotka NASAn otti. Deep Space Climate Observatory (DSCOVR) satelliitti. Kuvat otettiin 68-110 minuutin välein kahden vuoden aikana (2016 ja 2017), ja ne onnistuivat vangitsemaan maan ilmakehästä heijastuneen valon useilla aallonpituuksilla.
Fan ja hänen kollegansa yhdistivät sitten kuvat muodostaen 10 pisteen heijastusspektrin, joka piirrettiin ajan mittaan, joka sitten integroitiin Maan levylle. Tämä toisti tehokkaasti sitä, miltä Maa voisi näyttää monen valovuoden päässä olevalle tarkkailijalle, jos he tarkkailevat Maata kahden vuoden ajan.
Pintapiirteet voisivat olla havaittavissa paremmin Caltechin kehittämällä uudella menetelmällä. Luotto: IAU/L. Calçada
'Havaitsimme, että Maan valokäyrän toinen pääkomponentti korreloi voimakkaasti valaistun pallonpuoliskon maaosuuden kanssa (r^2 = 0,91),' Fan sanoi. 'Yhdessä katselugeometrian kanssa kartan rekonstruoinnista tulee lineaarisen regression ongelma.'
Analysoituaan saadut käyrät ja vertailtuaan niitä alkuperäisiin kuviin tutkimusryhmä selvitti, mitkä käyrien parametrit vastasivat maa- ja pilvipeitettä. Sitten he valitsivat parametrit, jotka liittyvät läheisimmin maa-alueeseen ja sovittivat sen Maan 24 tunnin kiertoon, mikä antoi heille ääriviivakartan (näkyy yllä), joka edusti miltä Maan valokäyrä näyttäisi valovuosien etäisyydeltä.
Mustat viivat edustavat pinnan ominaisparametria ja vastaavat karkeasti suurten mantereiden rannikkoviivoja. Nämä on värjätty edelleen vihreällä, jotta ne antavat karkean esityksen Afrikasta (keskellä), Aasiasta (ylhäällä oikealla), Pohjois- ja Etelä-Amerikasta (vasemmalla) ja Etelämantereesta (alhaalla). Välissä oleva edustaa Maan valtameriä, joiden matalammat osat on merkitty punaisella ja syvemmät sinisellä.
Tällaiset esitykset, kun niitä käytetään kaukaisten eksoplaneettojen valokäyriin, voisivat antaa tähtitieteilijöille mahdollisuuden arvioida, onko eksoplaneetalla valtameret, pilvet ja jääpeitteet – kaikki 'Maan kaltaisen' (alias asuttavan) eksoplaneetan välttämättömät elementit. Kuten Fan päätti:
'Tämän työn valokäyrien analyysillä on vaikutuksia eksoplaneetan geologisten piirteiden ja ilmastojärjestelmien määrittämiseen. Havaitsimme, että Maan valokäyrän vaihtelua hallitsevat pilvet ja maa/valtameri, jotka ovat molemmat tärkeitä maapallon elämälle. Siksi Maan kaltaiset eksoplaneetat, joissa on tällaisia piirteitä, voisivat todennäköisemmin isännöidä elämää.'
Maan kaltaiset planeetat. Kuvan luotto: JPL
Siistissä tulevaisuudessa seuraavan sukupolven instrumentit, kuten James Webbin avaruusteleskooppi (JWST) mahdollistaa tähän mennessä yksityiskohtaisimmat eksoplaneettatutkimukset. Lisäksi maapohjaiset instrumentit, jotka tulevat verkkoon seuraavan vuosikymmenen aikana – kuten Erittäin suuri teleskooppi (ELT), Kolmenkymmenen metrin teleskooppi (TMT) ja Jättiläinen Magellan-teleskooppi (GMT) – odotetaan mahdollistavan suorat kuvantamistutkimukset pienempiä kiviplaneettoja, jotka kiertävät lähempänä tähtiään.
Pintapiirteitä ja ilmakehän olosuhteita selvittävien tutkimusten avulla tähtitieteilijät voivat vihdoinkin sanoa varmuudella, mitkä eksoplaneetat ovat asumiskelpoisia ja mitkä eivät. Onneksi Earth 2.0:n (tai useiden maapallojen) löytäminen voi olla aivan nurkan takana!