Totale maansverduistering: de aarde observeren als een doorgaande planeet

[univers]

2 maart 2020. Astronomen zijn erin geslaagd zonlicht op te nemen dat door de atmosfeer van de aarde schijnt, vergelijkbaar met de studie van verre exoplaneten. Tijdens de buitengewone gelegenheid van een maansverduistering, observeerde de grote verrekijker het licht dat werd gefilterd door de atmosfeer van de aarde en gereflecteerd door de maan in uniek detail. Naast zuurstof en water werden op deze manier voor het eerst atomaire spectrale lijnen van natrium, calcium en kalium in onze atmosfeer gedetecteerd.


De zon gezien vanaf de Tycho-krater op de maan tijdens een totale maansverduistering op aarde. Wanneer de zon achter de noordelijke Stille Oceaan ondergaat, verdwijnt zijn schijf volledig achter de aarde. Credit: AIP / Strassmeier / Fohlmeister

Wanneer een exoplaneet voor zijn gastster doorgaat, kunnen astronomen mogelijk zowel het dimmen van het sterlicht dat de planeet blokkeert als het sterlicht dat door de atmosfeer van de planeet schijnt opnemen. Hoewel het slechts een klein signaal is, bevat het de afdruk van de chemische en fysische handtekening van de planeet en biedt het de belangrijkste mogelijkheid om de atmosferische bestanddelen van de planeet te meten. In de astrofysica wordt deze techniek transmissiespectroscopie genoemd en is een relatief jonge techniek die in opkomst is, omdat veel exoplaneet-transits vanuit de ruimte zijn gedetecteerd. “Hoewel het tot nu toe alleen van toepassing is op Jupiters van superformaat, dat zijn te grote Jupiter-achtige planeten die rond hun gastheer draaien, we zijn het meest geïnteresseerd in aardachtige planeten en of we complexere moleculaire signaturen in een exo-aardetransmissiespectrum kunnen detecteren, mogelijk zelfs een hint voor het leven, ”legt Klaus Strassmeier van het Leibniz Institute for Astrophysics in Potsdam (AIP) uit, de toonaangevende auteur van de nu gepubliceerde studie. "Hoewel nog niet haalbaar voor een aardse exoplaneetdoorvoer, is een totale maansverduistering, die een totale zonsverduistering is gezien vanuit onze eigen maan, niets anders dan een doorvoer van onze eigen aarde en indirect waarneembaar."

Het zonlicht dat door de atmosfeer van de aarde gaat voordat het de maan bereikt en terug naar de aarde reflecteert, wordt de aardeschijn genoemd. De atmosfeer van de aarde bevat veel bijproducten van biologische activiteit, zoals zuurstof en ozon in combinatie met waterdamp, methaan en koolstofdioxide. Deze biogene moleculen vertonen aantrekkelijke smalle moleculaire banden op optische en nabij-infrarode golflengten voor detectie in atmosferen van andere planeten. Met de aarde als het prototype van een bewoonbare planeet, bieden Earthshine-observaties de mogelijkheid om biogene en aanverwante chemische elementaire aanwezigheid te verifiëren met dezelfde technieken die anders worden gebruikt voor het observeren van sterren met super Jupiter-planeten. Earthshine is dus een ideale testcase voor toekomstige exo-Earth-detecties met de nieuwe generatie extreem grote telescopen.

Januari 2019 kenmerkte een totale maansverduistering. De maan dimde met een factor 20.000 tijdens de totaliteit, wat de reden is waarom het lichtverzamelingsvermogen van de 11,8 m grote verrekijker telescoop (LBT) in Arizona nodig was voor de waarnemingen. Bovendien was de hoge spectrale resolutie van het Potsdam Echelle Polarimetric and Spectroscopic Instrument (PEPSI) nodig om de verwachte kleine spectrale lijnabsorpties van de atmosfeer van de aarde te scheiden van het normale zonnespectrum bij een ongekende spectrale resolutie en in gepolariseerd licht.

"PEPSI heeft al belangrijke bijdragen geleverd aan de studie van exoplaneten door de waarneming van hun doorvoer voor hun zon", voegt Christian Veillet, directeur van het LBT Observatorium, toe. “Het bekijken van de aarde als een exoplaneet dankzij een totale maansverduistering die goed geschikt was voor de locatie van LBT in Arizona, en het toevoegen van polarimetrie aan de uitstekende resolutie van de PEPSI-spectrograaf, resulteerde in de detectie van natrium, calcium en kalium in de atmosfeer van de aarde. "


Snapshot-spectra van aardse moleculaire zuurstof- en waterdampabsorptie. Intensiteit wordt uitgezet tegen golflengte in Angstroem. De tijd neemt toe van beneden naar boven zoals aangegeven in UT hh: mm: ss. Onmiddellijk merkbaar is de dramatische toename van de absorptie van O 2 en H 2 O tijdens de eclips (centrale vier spectra) ten opzichte van de eclips buiten (andere spectra). Zuurstofmoleculen maken het zogenaamde A-band bij 7600 Å, H 2 O wordt gezien als ontelbare afzonderlijke absorptielijnen in het traject 7850-9100 Å.
Credit: AIP / Strassmeier


Gedetailleerd overzicht van de golflengten rond de kaliumlijn bij 7699 Å. De tijd neemt toe van onder naar boven en wordt opnieuw aangeduid als UT. Het onderste spectrum is een vergelijkingsspectrum van de volle maan buiten de eclips. Rode kleur geeft tijden van totaliteit, zwarte tijden van partijdigheid en blauw van eclips aan. Merk op dat de spectrale lijnen die de kaliumlijn flankeren afkomstig zijn van twee aardse waterdampabsorpties.
Credit: AIP / Strassmeier

https://www.aip.de/en/news/science/tota ... ing-planet