Teleskopteknologien udvikler sig hurtigt, efterhånden som større og større instrumenter er ved at blive bygget. Hvis der er liv der, vil vi genkende det? Forskere fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics og NASA har udviklet en liste over epoker i Jordens atmosfærehistorie, der kunne ses gennem dette instrument; fra de tidligste tider, hvor livet opstod i vores nuværende, ilt / nitrogen-rigelige atmosfære.
Det er kun et spørgsmål om tid, før astronomer finder en jordstørrelse planet, der kredser om en fjern stjerne. Når de gør det, er de første spørgsmål, folk vil stille: Er det beboelig? Og endnu vigtigere, er der allerede liv i det? For ledetråde til svarene kigger forskere til deres hjemmeplanet, Jorden.
Astronomer Lisa Kaltenegger fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) og Wesley Traub fra NASAs Jet Propulsion Laboratory og CfA foreslår at bruge Jordens atmosfæriske historie til at forstå andre planeter.
”Gode planeter er svære at finde,” sagde Kaltenegger. ”Vores arbejde giver de skilte, som astronomer vil kigge efter, når de undersøger virkelig jordlignende verdener.”
Geologiske optegnelser viser, at Jordens atmosfære har ændret sig dramatisk i løbet af de sidste 4,5 milliarder år, delvis på grund af livsformer, der udvikler sig på vores planet. Ved at kortlægge, hvilke gasser, der omfattede Jordens atmosfære i løbet af dens historie, foreslår Kaltenegger og Traub, at forskere ved at kigge efter lignende atmosfæresammensætning på andre verdener vil være i stand til at afgøre, om den planet har liv på den, og i bekræftende fald, livets evolutionære fase. Forskningsdokumentet, der beskriver deres arbejde, er tilgængeligt online på http://arxiv.org/abs/astro-ph/0609398.
Indtil i dag er alle ekstrasolære planeter undersøgt indirekte, for eksempel ved at overvåge den måde, hvorpå en værtsstjerne slingrer, efterhånden som planetens tyngdekraft trækker den. Kun fire ekstrasolære planeter er blevet påvist direkte, og de er enorme Jupiter-store verdener. Atmosfæren i en af disse verdener blev opdaget af en anden CfA-videnskabsmand, David Charbonneau, ved hjælp af NASAs Spitzer-rumteleskop. Den næste generation af rumbaserede missioner som NASAs Terrestrial Planet Finder (TPF) og ESAs Darwin vil være i stand til direkte at studere nærliggende verdensstore verdener.
Astronomer ønsker især at observere de synlige og infrarøde spektre fra fjerne jordiske planeter for at lære om deres atmosfærer. Særlige gasser efterlader underskrifter i en klodens spektrum, som fingeraftryk eller DNA-markører. Ved at opdage disse fingeraftryk kan forskere lære om en atmosfære sammensætning og endda deducere tilstedeværelsen af skyer.
I dag består Jordens atmosfære af cirka tre fjerdedele nitrogen og en fjerdedel ilt med en lille procentdel af andre gasser som kuldioxid og methan. Men for fire milliarder år siden var intet ilt til stede. Jordens atmosfære har udviklet sig gennem seks forskellige epoker, der hver er kendetegnet ved en særlig blanding af gasser. Ved hjælp af en computerkode udviklet af Traub og CfA-kollega Ken Jucks modellerede Kaltenegger og Traub hver af Jordens seks epoker for at bestemme, hvilke spektrale fingeraftryk der ville blive set af en fjern observatør.
"Ved at studere Jordens fortid kan vi lære om de nuværende tilstander i andre verdener," forklarede Traub. "Hvis der findes en ekstrasolar planet med et spektrum, der ligner en af vores modeller, kunne vi potentielt karakterisere denne planets geologiske tilstand, dens levedygtighed og i hvilken grad livet har udviklet sig på den."
For bedre at forstå disse tidsperioder eller "epoker" og for at sætte dem i perspektiv kan man skalere Jordens 4,5-milliarder års historie ned til et år og vedhæfte datoer, der begynder med 1. januar - den dato, Jorden dannede.
EPOCH 0 - 12. februar
På Epoch 0 (for 3,9 milliarder år siden) havde den unge jord en turbulent, dampende atmosfære, der hovedsageligt bestod af nitrogen, kuldioxid og hydrogensulfid. Dagene var kortere, og solen var svagere og skinnede som en rød orb gennem vores orange murstenfarvede himmel. Det ene hav, der dækkede hele vores planet, var en mudret brun, der absorberede bombardement fra indkommende meteorer og kometer. Kuldioxid hjalp med at varme vores verden, da spædbarnet Sun var en tredjedel mindre lysende end i dag. Selvom ingen fossiler overlevede fra denne tidsperiode, kan isotopiske underskrifter af livet muligvis være efterladt i grønlandske klipper.
EPOCH 1 - 17. marts
For omkring 3,5 milliarder år siden (Epok 1) indeholdt planetlandskabet vulkaniske øekæder, der trækkede ud af det enorme globale hav. Det første liv på Jorden var anaerobe bakterier - bakterier, der kunne leve uden ilt. Disse bakterier pumpede store mængder metan ind i planetens atmosfære og ændrede den på påviselige måder. Hvis der findes lignende bakterier på en anden planet, kunne fremtidige missioner som TPF og Darwin registrere deres fingeraftryk i atmosfæren.
EPOCH 2 - 5. juni
For omkring 2,4 milliarder år siden (Epok 2) nåede atmosfæren sin maksimale metankoncentration. De dominerende gasser var nitrogen, kuldioxid og methan. Kontinentale landmasser begyndte at dannes. Blågrønne alger begyndte at pumpe store mængder ilt ind i atmosfæren. Store ændringer var ved at ske.
”Jeg er ked af at sige de første tegn på E.T. vil det sandsynligvis ikke være en radio- eller tv-udsendelse; I stedet kunne det være ilt fra alger, ”klagede Kaltenegger.
EPOCH 3 - 16. juli
For to milliarder år siden (Epok 3) skiftede disse første fotosyntetiske organismer atmosfærens balance permanent - de producerede ilt, en meget reaktiv gas, der rensede meget af metan og kuldioxid, samtidig med at de kvalt de anaerobe, metan-producerende bakterier. Dermed fik planetens atmosfære sit første frie ilt. Landskabet var nu fladt og fugtigt. Med vulkaner, der ryger i det fjerne, skabte briljantfarvede puljer af grønbrun afskum en glans på det stankfyldte vand. Oxygenrevolutionen var fuldt i gang.
”Indførelsen af ilt var katastrofalt for det dominerende liv på Jorden på det tidspunkt; det forgiftede det, ”sagde Traub. ”Men på samme tid gjorde det multicellulært liv, inklusive menneskeliv, muligt.”
EPOCH 4 - 13. oktober
For 800 millioner år siden gik Jorden ind i Epok 4 med fortsat stigning i iltniveauer. Denne tidsperiode falder sammen med det, der nu er kendt som "Cambrian Explosion." Fra 550 til 500 millioner år siden er den kambriske periode en markant post i jordens historie: Det er den tid, hvor de største dyregrupper først optræder i fossile poster. Jorden var nu dækket med sumpe, have og et par aktive vulkaner. Havene lagde sig sammen med livet.
EPOCH 5 - 8. november
Endelig, for 300 millioner år siden i Epok 5, var livet flyttet fra verdenshavene til land. Jordens atmosfære havde nået sin nuværende sammensætning af primært nitrogen og ilt. Dette var begyndelsen på den mesozoiske periode, der omfattede dinosaurierne. Landskabet lignede Jurassic Park en søndag eftermiddag.
EPOCH 6 - 31. december (11:59:59)
Det spændende spørgsmål, der er tilbage, er: Hvordan ville Epok 6, den tidsperiode, mennesker besætter i dag, se ud? Kunne vi registrere de kendte tegn på fremmede teknologier i fjerne verdener?
Da den generelle konsensus bygger blandt videnskabsmænd om, at menneskelig aktivitet har ændret Jordens atmosfære ved at indsætte kuldioxid såvel som gasser som Freon, kunne vi identificere de spektrale fingeraftryk fra disse biprodukter på andre verdener? Selvom jordbundne satellitter og balloneksperimenter kan måle disse ændringer her hjemme, er detektering af lignende effekter på en fjern verden ud over endda mulighederne for kommende programmer som Terrestrial Planet Finder og Darwin. Det vil kræve gigantiske flotillaer af fremtidige rumbaserede infrarøde teleskoper for at være i stand til at gennemføre disse målinger.
"Så afskrækkende som denne udfordring lyder," sagde Kaltenegger, "jeg tror i de næste par årtier, vi vil vide, om vores lille blå verden er helt alene i universet, eller om der er naboer derude, der venter på at møde os."
Denne forskning blev finansieret af NASA.
Hovedkvarter i Cambridge, Mass., Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) er et fælles samarbejde mellem Smithsonian Astrophysical Observatory og Harvard College Observatory. CfA-forskere, der er organiseret i seks forskningsafdelinger, studerer universets oprindelse, udvikling og ultimative skæbne.
Original kilde: CfA News Release
