Technologia teleskopu rozwija się szybko, ponieważ budowane są coraz większe instrumenty. Czy jest tam życie, czy rozpoznamy je? Naukowcy z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i NASA opracowali listę epok w historii ziemskiej atmosfery, które mogą być widoczne za pomocą tego instrumentu; od najwcześniejszych czasów życie pojawiło się w naszej obecnej atmosferze obfitującej w tlen / azot.
To tylko kwestia czasu, zanim astronomowie znajdą planetę wielkości Ziemi krążącą wokół odległej gwiazdy. Kiedy to zrobią, pierwsze pytania, jakie ludzie zadadzą, to: czy można nadawać się do zamieszkania? A co ważniejsze, czy jest już w nim życie? Aby uzyskać wskazówki do odpowiedzi, naukowcy szukają swojej macierzystej planety, Ziemi.
Astronomowie Lisa Kaltenegger z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) i Wesley Traub z NASA Jet Propulsion Laboratory i CfA, proponują wykorzystanie historii atmosfery ziemskiej do zrozumienia innych planet.
„Trudno znaleźć dobre planety” - powiedział Kaltenegger. „Nasza praca zapewnia drogowskazy, których astronomowie będą szukać, badając prawdziwie ziemskie światy”.
Dane geologiczne pokazują, że atmosfera Ziemi zmieniła się dramatycznie w ciągu ostatnich 4,5 miliarda lat, częściowo z powodu rozwoju form życia na naszej planecie. Kaltenegger i Traub, analizując, jakie gazy stanowiły atmosferę ziemską w swojej historii, proponują, że szukając podobnego składu atmosfery na innych światach, naukowcy będą mogli ustalić, czy na tej planecie jest życie, a jeśli tak, to etap ewolucji tego życia. Artykuł badawczy opisujący ich pracę jest dostępny online pod adresem http://arxiv.org/abs/astro-ph/0609398.
Do tej pory wszystkie planety pozasłoneczne były badane pośrednio, na przykład poprzez monitorowanie, w jaki sposób gwiazda gospodarza kołysze się, gdy grawitacja planety ją pociąga. Tylko cztery planety pozasłoneczne zostały wykryte bezpośrednio i są to ogromne światy wielkości Jowisza. Atmosferę jednego z tych światów wykrył inny naukowiec CfA, David Charbonneau, za pomocą Kosmicznego Teleskopu Spitzer NASA. Następna generacja misji kosmicznych, takich jak NASA - Terrestrial Planet Finder (TPF) i Darwin ESA - będzie mogła badać bezpośrednio pobliskie światy wielkości Ziemi.
Astronomowie szczególnie chcą obserwować widma widzialne i podczerwone odległych planet lądowych, aby poznać ich atmosferę. Poszczególne gazy pozostawiają sygnatury w spektrum planety, takie jak odciski palców lub markery DNA. Po wykryciu tych odcisków palców badacze mogą dowiedzieć się o składzie atmosfery, a nawet wywnioskować obecność chmur.
Dzisiaj ziemska atmosfera składa się z około trzech czwartych azotu i jednej czwartej tlenu, z niewielkim procentem innych gazów, takich jak dwutlenek węgla i metan. Ale cztery miliardy lat temu nie było tlenu. Atmosfera Ziemi ewoluowała przez sześć różnych epok, z których każda charakteryzuje się szczególną mieszanką gazów. Korzystając z kodu komputerowego opracowanego przez kolegę Trauba i CfA, Kena Jucka, Kaltenegger i Traub modelowali każdą z sześciu epok Ziemi, aby określić, jakie widmowe odciski palców byłyby widoczne dla odległego obserwatora.
„Studiując przeszłość Ziemi, możemy dowiedzieć się o obecnym stanie innych światów” - wyjaśnił Traub. „Jeśli zostanie znaleziona planeta pozasłoneczna o spektrum podobnym do jednego z naszych modeli, potencjalnie moglibyśmy scharakteryzować stan geologiczny tej planety, jej siedlisko oraz stopień, w jakim ewoluowało na niej życie”.
Aby lepiej zrozumieć te okresy lub „epoki” i spojrzeć na nie z perspektywy, można przeskalować historię Ziemi o 4,5 miliarda lat do jednego roku, dołączając daty rozpoczynające się od 1 stycznia - daty powstania Ziemi.
EPOCH 0 - 12 lutego
W Epoce 0 (3,9 miliarda lat temu) młoda Ziemia posiadała burzliwą, parującą atmosferę złożoną głównie z azotu, dwutlenku węgla i siarkowodoru. Dni były krótsze, a Słońce przygasało, lśniąc jak czerwona kula przez nasze pomarańczowe niebo w kolorze cegły. Jedynym oceanem pokrywającym całą naszą planetę był zabłocony brąz, który pochłaniał bombardowania od nadchodzących meteorów i komet. Dwutlenek węgla pomógł ogrzać nasz świat, ponieważ niemowlęce Słońce było o jedną trzecią jaśniejsze niż dzisiaj. Chociaż z tego okresu nie zachowały się żadne skamieliny, w skałach grenlandzkich mogły pozostać izotopowe ślady życia.
EPOCH 1 - 17 marca
Około 3,5 miliarda lat temu (Epoka 1) w krajobrazie planety występowały łańcuchy wysp wulkanicznych wystające z ogromnego globalnego oceanu. Pierwszym życiem na Ziemi były bakterie beztlenowe - bakterie, które mogły żyć bez tlenu. Bakterie te pompowały duże ilości metanu do atmosfery planety, zmieniając go w wykrywalny sposób. Jeśli podobne bakterie istnieją na innej planecie, przyszłe misje, takie jak TPF i Darwin, mogą wykryć swój odcisk palca w atmosferze.
EPOCH 2 - 5 czerwca
Około 2,4 miliarda lat temu (Epoka 2) atmosfera osiągnęła maksymalne stężenie metanu. Dominującymi gazami były azot, dwutlenek węgla i metan. Zaczęły się formować lądowe kontynenty. Niebiesko-zielone glony zaczęły pompować duże ilości tlenu do atmosfery. Wielkie zmiany miały się wkrótce wydarzyć.
„Przykro mi z powodu pierwszych oznak E.T. prawdopodobnie nie będą to programy radiowe ani telewizyjne; zamiast tego może to być tlen z alg ”- ubolewał Kaltenegger.
EPOCH 3 - 16 lipca
Dwa miliardy lat temu (Epoka 3) te pierwsze organizmy fotosyntetyczne trwale zmieniły równowagę atmosfery - wytwarzały tlen, wysoce reaktywny gaz, który usuwał znaczną część metanu i dwutlenku węgla, jednocześnie dusząc bakterie beztlenowe wytwarzające metan. Dzięki temu atmosfera planety zyskała pierwszy wolny tlen. Krajobraz był teraz płaski i wilgotny. W oddali dymiące wulkany jaskrawo kolorowe baseny zielonkawo-brązowej szumowiny tworzyły połysk na wypełnionej smrodem wodzie. Rewolucja tlenowa była w pełni w toku.
„Wprowadzenie tlenu było katastrofalne dla dominującego życia na Ziemi w tym czasie; zatruło go - powiedział Traub. „Ale jednocześnie umożliwiło życie wielokomórkowe, w tym ludzkie.”
EPOCH 4 - 13 października
800 milionów lat temu Ziemia weszła w Epokę 4, z ciągłym wzrostem poziomu tlenu. Ten okres czasu pokrywa się z tym, co obecnie nazywa się „eksplozją kambryjską”. Począwszy od 550 do 500 milionów lat temu, okres kambryjski jest znaczącym znacznikiem w historii życia na Ziemi: jest to czas, kiedy większość głównych grup zwierząt pojawia się w zapisach kopalnych. Ziemia była teraz pokryta bagnami, morzami i kilkoma aktywnymi wulkanami. Oceany łączyły się z życiem.
EPOCH 5 - 8 listopada
Wreszcie, 300 milionów lat temu w Epoce 5 życie przeniosło się z oceanów na ląd. Atmosfera ziemska osiągnęła obecny skład głównie azotu i tlenu. To był początek okresu mezozoicznego obejmującego dinozaury. Krajobraz wyglądał jak Park Jurajski w niedzielne popołudnie.
EPOCH 6 - 31 grudnia (11:59:59)
Intrygujące pytanie, które pozostaje, brzmi: jak wyglądałaby Epoka 6, czas, w którym obecnie przebywają ludzie? Czy potrafimy wykryć znamienne oznaki technologii obcych na odległych światach?
Gdy wśród naukowców panuje ogólna zgoda, że działalność człowieka zmieniła atmosferę ziemską, wprowadzając dwutlenek węgla oraz gazy takie jak Freon, czy moglibyśmy zidentyfikować spektralne odciski palców tych produktów ubocznych na innych światach? Chociaż satelity i eksperymenty balonów na orbitach wokół Ziemi mogą mierzyć te zmiany tutaj w domu, wykrywanie podobnych efektów na odległym świecie wykracza nawet poza możliwości nadchodzących programów, takich jak Terrestrial Planet Finder i Darwin. Potrzeba będzie gigantycznych flotylli przyszłych kosmicznych teleskopów na podczerwień, aby móc wykonać te pomiary.
„Choć to wyzwanie wydaje się trudne”, powiedział Kaltenegger, „wierzę, że w ciągu najbliższych kilku dekad dowiemy się, czy nasz mały niebieski świat jest zupełnie sam we Wszechświecie, czy też sąsiedzi, którzy czekają na nas”.
Badania zostały sfinansowane przez NASA.
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), z siedzibą w Cambridge, Massachusetts, jest wspólną współpracą Smithsonian Astrophysical Observatory i Harvard College Observatory. Naukowcy CfA, zorganizowani w sześć dywizji badawczych, badają pochodzenie, ewolucję i ostateczny los wszechświata.
Oryginalne źródło: CfA News Release
