Технология телескопов быстро развивается, так как все большие и большие инструменты создаются. Если там есть жизнь, узнаем ли мы ее? Исследователи из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики и НАСА разработали список эпох в истории земной атмосферы, которые можно увидеть с помощью этого инструмента; с самых ранних времен, когда жизнь появилась в нашей нынешней, богатой кислородом / азотом атмосфере.
Это только вопрос времени, когда астрономы найдут планету размером с Землю, вращающуюся вокруг далекой звезды. Когда они это сделают, люди будут задавать первые вопросы: это пригодно для жизни? И что еще более важно, есть ли на нем жизнь? Чтобы получить ответы на эти вопросы, ученые ищут свою родную планету Земля.
Астрономы Лиза Кальтенеггер из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (CfA) и Уэсли Трауб из Лаборатории реактивного движения НАСА и CfA предлагают использовать историю атмосферы Земли для понимания других планет.
«Хорошие планеты трудно найти», - сказал Калтенеггер. «Наша работа дает ориентиры, которые астрономы будут искать при исследовании действительно похожих на Землю миров».
Геологические данные показывают, что атмосфера Земли резко изменилась за последние 4,5 миллиарда лет, отчасти из-за форм жизни, развивающихся на нашей планете. Калтенеггер и Трауб, определяя, какие газы составляли атмосферу Земли в течение ее истории, предполагают, что, изучая подобный состав атмосферы в других мирах, ученые смогут определить, есть ли на этой планете жизнь, и если да, то эволюционный этап этой жизни. Документ с описанием их работы доступен в Интернете по адресу http://arxiv.org/abs/astro-ph/0609398.
На сегодняшний день все внесолнечные планеты были изучены косвенно, например, путем мониторинга того, как звезда-хозяин колеблется, когда гравитация планеты притягивает ее. Только четыре внесолнечные планеты были обнаружены напрямую, и они представляют собой огромные миры размером с Юпитер. Атмосфера одного из этих миров была обнаружена другим ученым CfA, Дэвидом Шарбонно, с помощью космического телескопа Спитцер НАСА. Следующее поколение космических миссий, таких как НАСА «Наземные планеты» (ТПФ) и ЕКА Дарвин, сможет непосредственно изучать близлежащие миры земного размера.
Астрономы особенно хотят наблюдать видимые и инфракрасные спектры далеких земных планет, чтобы узнать об их атмосферах. Отдельные газы оставляют подписи в спектре планеты, такие как отпечатки пальцев или маркеры ДНК. Обнаружив эти отпечатки пальцев, исследователи могут узнать о составе атмосферы и даже определить наличие облаков.
Сегодня атмосфера Земли состоит из примерно трех четвертей азота и одной четверти кислорода, а также небольшого процента других газов, таких как углекислый газ и метан. Но четыре миллиарда лет назад кислорода не было. Атмосфера Земли развивалась в течение шести различных эпох, каждая из которых характеризуется определенной смесью газов. Используя компьютерный код, разработанный Traub и коллегой CfA Кеном Джаксом, Kaltenegger и Traub смоделировали каждую из шести эпох Земли, чтобы определить, какие спектральные отпечатки будут видны удаленному наблюдателю.
«Изучая прошлое Земли, мы можем узнать о нынешнем состоянии других миров», - объяснил Трауб. «Если будет обнаружена внеполосная планета со спектром, похожим на одну из наших моделей, мы потенциально могли бы охарактеризовать геологическое состояние этой планеты, ее обитаемость и степень развития жизни на ней».
Чтобы лучше понять эти периоды времени, или «эпохи», и представить их в перспективе, можно уменьшить историю Земли на 4,5 миллиарда лет до одного года, добавив даты, начинающиеся с 1 января - даты, когда Земля сформировалась.
Эпоха 0 - 12 февраля
В эпоху 0 (3,9 миллиарда лет назад) молодая Земля обладала турбулентной, парной атмосферой, состоящей в основном из азота, углекислого газа и сероводорода. Дни были короче, и Солнце стало тусклым, сияя, как красный шар, на нашем оранжевом кирпичном небе. Единственный океан, который покрывал всю нашу планету, был грязно-коричневого цвета, который поглощал бомбардировки от метеоров и комет. Углекислый газ помог согреть наш мир, так как детское Солнце было на треть менее ярким, чем сегодня. Хотя за этот период не сохранилось никаких окаменелостей, в гренландских породах могли остаться изотопные признаки жизни.
ЭПОХ 1 - 17 марта
Около 3,5 миллиардов лет назад (эпоха 1) ландшафт планеты представлял собой вулканические островные цепи, высовывающиеся из огромного мирового океана. Первой жизнью на Земле были анаэробные бактерии - бактерии, которые могли жить без кислорода. Эти бактерии закачивали большое количество метана в атмосферу планеты, изменяя его детектируемыми способами. Если подобные бактерии существуют на другой планете, будущие миссии, такие как TPF и Дарвин, могут обнаружить их отпечатки в атмосфере.
ЭПОХ 2 - 5 июня
Около 2,4 миллиарда лет назад (эпоха 2) атмосфера достигла максимальной концентрации метана. Доминирующими газами были азот, углекислый газ и метан. Континентальные массивы начали формироваться. Сине-зеленые водоросли начали перекачивать большое количество кислорода в атмосферу. Большие изменения должны были произойти.
«Мне жаль говорить о первых признаках E.T. вероятно, не будет радио или телевизионных передач; вместо этого это может быть кислород из водорослей », - посетовал Калтенеггер.
ЭПОХА 3 - 16 июля
Два миллиарда лет назад (эпоха 3) эти первые фотосинтезирующие организмы постоянно меняли баланс атмосферы - они производили кислород - высокореактивный газ, который очищал большую часть метана и углекислого газа, а также задыхался от анаэробных метанообразующих бактерий. При этом атмосфера планеты получила первый свободный кислород. Пейзаж теперь был плоским и сырым. С вулканами, дымящимися вдалеке, ярко окрашенные лужи зеленовато-коричневой нечисти создавали блеск на вонючей воде. Кислородная революция полностью началась.
«В то время введение кислорода было катастрофическим для доминирующей жизни на Земле; это отравило его », - сказал Трауб. «Но в то же время это сделало возможным многоклеточную жизнь, в том числе человеческую».
ЭПОХ 4 - 13 октября
800 миллионов лет назад Земля вступила в 4-ю эпоху с постоянным увеличением уровня кислорода. Этот период времени совпадает с тем, что сейчас известно как «кембрийский взрыв». Начиная с 550-500 миллионов лет назад, кембрийский период является важной вехой в истории жизни на Земле: именно в это время большинство основных групп животных впервые появляются в записях окаменелостей. Земля была теперь покрыта болотами, морями и несколькими действующими вулканами. Океаны объединялись с жизнью.
ЭПОХ 5 - 8 ноября
Наконец, 300 миллионов лет назад в эпоху 5 жизнь переместилась из океанов на сушу. Атмосфера Земли достигла своего нынешнего состава в основном азота и кислорода. Это было начало мезозойского периода, в который вошли динозавры. Пейзаж выглядел как парк Юрского периода в воскресенье днем.
6 ЭПОХ - 31 декабря (11:59:59)
Интригующий вопрос, который остается: как будет выглядеть эпоха 6, период времени, который люди занимают сегодня? Можем ли мы обнаружить характерные признаки инопланетных технологий в отдаленных мирах?
По общему мнению ученых о том, что деятельность человека изменила атмосферу Земли, вводя двуокись углерода, а также газы, такие как фреон, можем ли мы определить спектральные отпечатки этих побочных продуктов в других мирах? Хотя спутники на орбите Земли и эксперименты с воздушными шарами могут измерять эти изменения в домашних условиях, обнаружение аналогичных воздействий на отдаленный мир выходит за рамки возможностей даже таких будущих программ, как «Наземный поиск планеты» и «Дарвин». Для выполнения этих измерений потребуются гигантские флотилии будущих космических инфракрасных телескопов.
«Как бы грандиозно ни звучал этот вызов, - сказал Калтенеггер, - я верю, что в ближайшие несколько десятилетий мы узнаем, действительно ли наш маленький голубой мир совершенно одинок во Вселенной или есть соседи, ожидающие нас».
Это исследование финансировалось НАСА.
Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики (CfA) со штаб-квартирой в Кембридже, штат Массачусетс, является совместным сотрудничеством между Смитсоновской астрофизической обсерваторией и обсерваторией Гарвардского колледжа. Ученые CfA, объединенные в шесть исследовательских отделов, изучают происхождение, эволюцию и судьбу вселенной.
Источник: пресс-релиз CfA
