Teleskooppitekniikka etenee nopeasti, kun suurempia ja suurempia instrumentteja rakennetaan. Jos siellä on elämää, tunnustammeko sen? Harvard-Smithsonianin astrofysiikan keskuksen ja NASA: n tutkijat ovat kehittäneet luettelon maapallon ilmakehän historiasta, joka voisi olla näkyvissä tämän instrumentin kautta; varhaisimmista ajoista lähtien, kun elämä syntyi nykyiseen, happea / typpeä sisältävään ilmapiiriimme.
On vain ajan kysymys, ennen kuin tähtitieteilijät löytävät maapallon planeetan, joka kiertää kaukaista tähteä. Kun he tekevät, ensimmäiset kysymykset, joita ihmiset esittävät, ovat: Onko se asuttava? Ja mikä vielä tärkeämpää, onko siinä jo elämää? Vihjeitä vastauksille tutkijat etsivät kotiplaneetalleen Maalle.
Tähtitieteilijät Lisa Kaltenegger Harvard-Smithsonian astrofysiikan keskuksesta (CfA) ja Wesley Traub NASA: n suihkukäyttölaboratoriosta ja CfA: sta ehdottavat Maan ilmakehän historian ymmärtämistä muille planeetoille.
"Hyviä planeettoja on vaikea löytää", sanoi Kaltenegger. "Työmme tarjoaa opasteet, joita tähtitieteilijät etsivät tutkiessaan todella maallisia maailmoja."
Geologiset tiedot osoittavat, että Maan ilmapiiri on muuttunut dramaattisesti viimeisen 4,5 miljardin vuoden aikana osittain planeetaltamme kehittyvien elämänmuotojen takia. Kartoittaen, mitkä kaasut muodostivat maapallon ilmakehän historiansa aikana, Kaltenegger ja Traub ehdottavat, että tutkimalla samanlaista ilmakehän koostumusta muista maailmoista, tutkijat pystyvät selvittämään, onko kyseisellä planeetalla elämää, ja jos on, kyseisen elämän evoluutiovaiheessa. Heidän työtä kuvaava tutkimusdokumentti on saatavana verkossa osoitteessa http://arxiv.org/abs/astro-ph/0609398.
Tähän päivään mennessä kaikkia ekstrasolaarisia planeettoja on tutkittu epäsuorasti, esimerkiksi seuraamalla isäntähden heilahtelua, kun planeetan painovoima vetää sitä. Vain neljä ekstrasolaarista planeettaa on havaittu suoraan, ja ne ovat massiivisia Jupiterin kokoisia maailmoja. Toinen CfA-tutkija, David Charbonneau havaitsi yhden näistä maailmoista ilmakehän NASA: n Spitzer-avaruuskaukoputken avulla. Seuraavan sukupolven avaruuspohjaiset operaatiot, kuten NASA: n Terrestrial Planet Finder (TPF) ja ESA: n Darwin, voivat tutkia suoraan lähellä olevia maan kokoisia maailmoja.
Tähtitieteilijät haluavat erityisesti tarkkailla kaukaisten maanpäällisten planeettojen näkyviä ja infrapunaspektrejä oppiakseen ilmakehään. Erityiset kaasut jättävät allekirjoitukset planeetan spektriin, kuten sormenjäljet tai DNA-merkinnät. Tarkkailemalla näitä sormenjälkiä tutkijat voivat oppia ilmakehän koostumuksesta ja jopa päätellä pilvien läsnäolon.
Nykyään maapallon ilmapiiri koostuu noin kolmesta neljäsosasta typpeä ja neljäsosasta happea, pienen prosenttimäärällä muita kaasuja, kuten hiilidioksidia ja metaania. Mutta neljä miljardia vuotta sitten happea ei ollut läsnä. Maan ilmakehä on kehittynyt kuuden erillisen ajanjakson kautta, joille jokaiselle on ominaista tietty kaasuseos. Traubin ja CfA: n kollegan Ken Jucksin kehittämän tietokonekoodin avulla Kaltenegger ja Traub mallitsivat kuusi Maan aikakautta määrittääkseen, mitkä spektriset sormenjäljet näkevät kaukaisen tarkkailijan.
"Tutkimalla Maan menneisyyttä, voimme oppia muiden maailmojen nykyisestä tilasta", Traub selitti. "Jos ekstrasolaarisen planeetan spektri löytyy samanlaiselta kuin yksi malleistamme, voimme potentiaalisesti luonnehtia kyseisen planeetan geologista tilaa, sen asettavuutta ja sitä, missä määrin elämä on kehittynyt siihen."
Näiden ajanjaksojen eli ”aikakausien” ymmärtämiseksi paremmin ja niiden esittämiseksi perspektiivissä voidaan skaalata Maan 4,5 miljardin vuoden historia yhdeksi vuodeksi liittämällä päivämäärät, jotka alkavat 1. tammikuuta - päivä, jona Maa muodosti.
EPOCH 0 - 12. helmikuuta
Aikakaudella 0 (3,9 miljardia vuotta sitten) nuorella maalla oli pyörteinen, höyryinen ilmapiiri, joka koostui pääosin typestä, hiilidioksidista ja rikkivetystä. Päivät olivat lyhyempiä ja aurinko oli himmeämpää, loistaen punaisena palkona oranssin tiilivärisen taivaamme kautta. Yksi valtameri, joka peitti koko planeettamme, oli mutainen ruskea, joka imee saapuvien meteorien ja komeettojen pommitukset. Hiilidioksidi auttoi lämmittämään maailmaa, koska vastasyntynyt aurinko oli kolmanneksen vähemmän valoisa kuin nykyään. Vaikka fossiileja ei säilynyt tästä ajanjaksosta, isotooppiset elämän allekirjoitukset ovat saattaneet jäädä Grönlannin kallioihin.
EPOCH 1. - 17. maaliskuuta
Noin 3,5 miljardia vuotta sitten (aikakausi 1) planeettamaisema esitti tulivuoren saareketjuja, jotka poistuivat valtavasta maailmanmerestä. Ensimmäinen elämä maapallolla oli anaerobisia bakteereja - bakteereja, jotka voivat elää ilman happea. Nämä bakteerit pumppaisivat suuria määriä metaania planeetan ilmakehään muuttaen sitä havaittavissa olevilla tavoilla. Jos samanlaisia bakteereja esiintyy toisella planeetalla, tulevat operaatiot, kuten TPF ja Darwin, voisivat havaita sormenjälkensä ilmakehässä.
EPOCH 2 - 5. kesäkuuta
Noin 2,4 miljardia vuotta sitten (aikakausi 2) ilmapiiri saavutti suurimman metaanipitoisuutensa. Hallitsevat kaasut olivat typpi, hiilidioksidi ja metaani. Mannermaat olivat alkaneet muodostua. Sinivihreä levä alkoi pumppaa suuria määriä happea ilmakehään. Suuria muutoksia oli tapahtumassa.
”Olen pahoillani, että sanon ensimmäiset merkit E.T. luultavasti ei tule radiosta tai televisiosta; sen sijaan se voi olla levästä saatavaa happea ”, valitti Kaltenegger.
EPOCH 3 - 16. heinäkuuta
Kaksi miljardia vuotta sitten (aikakausi 3) nämä ensimmäiset fotosynteettiset organismit muuttivat ilmakehän tasapainoa pysyvästi - ne tuottivat happea, erittäin reaktiivista kaasua, joka puhdisti suuren osan metaanista ja hiilidioksidista, samalla kun se tukahdutti myös anaerobiset, metaania tuottavat bakteerit. Näin toimiessaan planeetan ilmapiiri sai ensimmäisen vapaan hapensa. Maisema oli nyt tasainen ja kostea. Kun tulivuoret tupakoivat etäisyydestä, loistavasti värilliset vihertävänruskeat vaahto-altaat loivat hohtavan veteen täydellisen kiillon. Happivallankumous oli täysin käynnissä.
”Hapen käyttöönotto oli katastrofaalista tuolloin maan hallitsevalle elämälle; se myrkytti sen ”, Traub sanoi. "Mutta samalla se teki mahdolliseksi monisoluisen elämän, mukaan lukien ihmisen elämän."
EPOCH 4 - 13. lokakuuta
800 miljoonaa vuotta sitten, Maa tuli aikakauteen 4, jatkuvasti kasvaessaan happea. Tämä ajanjakso osuu yhteen niin kutsutun "Cambrian räjähdyksen" kanssa. Cambrian-aika on alkanut 550–500 miljoonaa vuotta sitten, ja se on merkittävä merkki postitse maapallon elämän historiassa: Se on aika, jolloin suurin osa eläinryhmistä esiintyy ensin fossiilisissa rekistereissä. Maa oli nyt peitetty suolla, merillä ja muutamalla aktiivisella tulivuorella. Valtameret ryhtyivät elämään.
EPOCH 5 - 8. marraskuuta
Lopuksi, 300 miljoonaa vuotta sitten viidennessä aikakaudella elämä oli siirtynyt valtamereistä maahan. Maan ilmakehä oli saavuttanut nykyisen koostumuksensa, pääasiassa typen ja hapen. Tämä oli alku mesozoikkolle, joka sisälsi dinosaurukset. Maisemat näyttivät Jurassic Parkilta sunnuntaina iltapäivällä.
EPOCH 6 - 31. joulukuuta (11:59:59)
Kiinnostava jäljellä oleva kysymys on: Miltä näyttäisi kausi 6, ajanjakso, jonka ihmiset miehittävät nykyään? Voisimmeko havaita muukalaisten maailmojen vieraiden tekniikoiden ilmaisimet?
Kun tutkijoiden keskuudessa vallitsee yleinen yksimielisyys siitä, että ihmisen toiminta on muuttanut Maan ilmakehää syöttämällä hiilidioksidia samoin kuin kaasuja kuten Freon, voisimmeko tunnistaa näiden sivutuotteiden spektriset sormenjäljet muissa maailmoissa? Vaikka maapallon kiertävät satelliitit ja ilmapallokokeet voivat mitata näitä muutoksia täällä kotona, samanlaisten vaikutusten havaitseminen kaukaiseen maailmaan ylittää jopa tulevien ohjelmien, kuten Terrestrial Planet Finder ja Darwin, mahdollisuudet. Näiden mittausten suorittaminen vie tulevaisuuden avaruuspohjaisten infrapuna-teleskooppien jättiläismäisiä flotilloja.
"Pelottava, koska tämä haaste kuulostaa", Kaltenegger sanoi. "Uskon, että lähivuosikymmeninä tiedämme, onko pienessä sinisessä maailmassamme yksin universumissa vai onko siellä naapureita, jotka odottavat tapaamistamme."
Tätä tutkimusta rahoitti NASA.
Harvard-Smithsonian Astrophysics Center (CfA), jonka pääkonttori sijaitsee Cambridgessä, Massachusettsissa, on Smithsonian Astrophysical Observatoryn ja Harvard College Observatoryn yhteistyö. CfA: n tutkijat, jotka on jaettu kuuteen tutkimusosastoon, tutkivat maailmankaikkeuden alkuperää, evoluutiota ja lopullista kohtaloa.
Alkuperäinen lähde: CfA: n lehdistötiedote
