Hubble gebruikt de aarde als een proxy voor het identificeren van zuurstof op mogelijk bewoonbare planeten rond andere s

[univers]

Door gebruik te maken van een totale maansverduistering, hebben astronomen die de Hubble-ruimtetelescoop van NASA gebruiken, het eigen zonnebrandmiddel van de aarde - ozon - in onze atmosfeer gedetecteerd. Deze methode simuleert hoe astronomen en astrobiologische onderzoekers naar bewijs van leven buiten de aarde zoeken door potentiële "biosignaturen" op exoplaneten (planeten rond andere sterren) te observeren .

Hubble keek niet rechtstreeks naar de aarde. In plaats daarvan gebruikten de astronomen de maan als spiegel om zonlicht te weerkaatsen dat door de atmosfeer van de aarde was gegaan en vervolgens terug naar Hubble werd teruggekaatst. Het gebruik van een ruimtetelescoop voor zonsverduistering reproduceert de omstandigheden waaronder toekomstige telescopen de atmosfeer van doorgaande exoplaneten zouden meten. Deze atmosferen kunnen chemicaliën bevatten die van belang zijn voor de astrobiologie, de studie van en het zoeken naar leven.


Credits: NASA's Goddard Space Flight Center

Hoewel er op aarde al veel van dit soort waarnemingen zijn gedaan, is dit de eerste keer dat een totale maansverduistering werd vastgelegd bij ultraviolette golflengten en vanuit een ruimtetelescoop. Hubble detecteerde de sterke spectrale vingerafdruk van ozon, dat een deel van het zonlicht absorbeert. Ozon is belangrijk voor het leven omdat het de bron is van het beschermende schild in de atmosfeer van de aarde.

Op aarde is fotosynthese gedurende miljarden jaren verantwoordelijk voor het hoge zuurstofgehalte van onze planeet en de dikke ozonlaag. Dat is een van de redenen waarom wetenschappers denken dat ozon of zuurstof een teken van leven op een andere planeet kan zijn, en dat ze biosignaturen worden genoemd.

"Het vinden van ozon is belangrijk omdat het een fotochemisch bijproduct is van moleculaire zuurstof, dat zelf een bijproduct is van het leven", legt Allison Youngblood van het Laboratorium voor Atmosferische en Ruimtefysica in Boulder, Colorado, hoofdonderzoeker van Hubble's waarnemingen uit.


Deze illustratie toont de Hubble-ruimtetelescoop bovenop een afbeelding van de maan, gezien tijdens een maansverduistering. Door gebruik te maken van een totale maansverduistering in januari 2019, hebben astronomen die de Hubble-ruimtetelescoop van NASA gebruiken ozon in de atmosfeer van de aarde gedetecteerd. Deze methode dient als een proxy voor hoe ze aardachtige planeten zullen observeren die voor andere sterren passeren op zoek naar leven. De perfecte uitlijning van onze planeet met de zon en de maan tijdens een totale maansverduistering bootst de geometrie na van een voorbijgaande aardse planeet met zijn ster. In een nieuwe studie keek Hubble niet rechtstreeks naar de aarde. In plaats daarvan gebruikten astronomen de maan als een spiegel die het zonlicht weerkaatst dat door de atmosfeer van de aarde wordt uitgezonden, dat vervolgens door Hubble werd opgevangen.
Credits: M. Kornmesser (ESA / Hubble), NASA en ESA

Hoewel ozon in de atmosfeer van de aarde was gedetecteerd in eerdere waarnemingen op de grond tijdens maansverduisteringen, vertegenwoordigt de studie van Hubble de sterkste detectie van het molecuul tot nu toe omdat ozon - gemeten vanuit de ruimte zonder interferentie van andere chemicaliën in de atmosfeer van de aarde - ultraviolet licht absorbeert zo sterk.

Hubble registreerde ozon dat een deel van de ultraviolette straling van de zon absorbeerde die door de rand van de atmosfeer van de aarde ging tijdens een maansverduistering die plaatsvond op 20 tot 21 januari 2019. Verschillende andere op de grond gebaseerde telescopen maakten tijdens de zonsverduistering ook spectroscopische waarnemingen op andere golflengten. voor meer van de atmosferische ingrediënten van de aarde, zoals zuurstof en methaan.

"Een van de belangrijkste doelen van NASA is om planeten te identificeren die het leven kunnen ondersteunen", zei Youngblood. 'Maar hoe zouden we een bewoonbare of een onbewoonde planeet kennen als we die zouden zien? Hoe zouden ze eruitzien met de technieken die astronomen tot hun beschikking hebben om de atmosfeer van exoplaneten te karakteriseren? Daarom is het belangrijk om modellen van het spectrum van de aarde te ontwikkelen als een sjabloon voor het categoriseren van atmosferen op planeten buiten het zonnestelsel. "

Haar paper is online beschikbaar in The Astronomical Journal .

Planetaire atmosferen opsnuiven
De atmosferen van sommige extrasolaire planeten kunnen worden onderzocht als de buitenaardse wereld over het oppervlak van zijn moederster gaat, een gebeurtenis die een doorgang wordt genoemd. Tijdens een doorgang filtert sterlicht door de atmosfeer van de exoplaneet met achtergrondverlichting. (Als je het van dichtbij bekijkt, ziet het silhouet van de planeet eruit alsof het een dunne, gloeiende "halo" om zich heen heeft, veroorzaakt door de verlichte atmosfeer, net zoals de aarde dat doet vanuit de ruimte.)

Chemicaliën in de atmosfeer laten hun veelbetekenende signatuur achter door bepaalde kleuren van het sterrenlicht weg te filteren. Astronomen die Hubble gebruikten, waren de pioniers van deze techniek om exoplaneten te onderzoeken. Dit is vooral opmerkelijk omdat extrasolaire planeten nog niet waren ontdekt toen Hubble in 1990 werd gelanceerd en het ruimtetelescoop oorspronkelijk niet was ontworpen voor dergelijke experimenten.


Dit diagram (niet op schaal) verklaart de geometrie van de maansverduistering. Wanneer de maan zich volledig in de aarde-umbra bevindt (bekend als een totale maansverduistering of paraplu-eclips), is al het zonlicht dat het maanoppervlak bereikt, gebroken of verstrooid door de atmosfeer van de aarde. Wanneer de maan in de penumbra van de aarde staat (bekend als een penumbrale zonsverduistering), komt de verlichting van zowel direct zonlicht als zonlicht dat wordt gebroken en verspreid door de atmosfeer van de planeet. Dit proces is vergelijkbaar met een waarneming van een exoplaneet doorvoer.
Credits: M. Kornmesser (ESA / Hubble), NASA en ESA

Tot dusver hebben astronomen Hubble gebruikt om de atmosferen te observeren van gasreuzenplaneten en superaarde (planeten die meerdere malen de massa van de aarde bevatten) die door hun sterren gaan. Maar terrestrische planeten ter grootte van de aarde zijn veel kleinere objecten en hun atmosfeer is dunner, zoals de schil van een appel. Daarom zal het veel moeilijker zijn om deze handtekeningen van exoplaneten op aarde te plagen.

Daarom hebben onderzoekers ruimtetelescopen nodig die veel groter zijn dan Hubble om het zwakke sterrenlicht te verzamelen dat tijdens een transitie door de atmosfeer van deze kleine planeten gaat. Deze telescopen zullen planeten gedurende een langere periode, vele tientallen uren, moeten observeren om een ​​sterk signaal op te bouwen.

Ter voorbereiding op deze grotere telescopen besloten astronomen experimenten uit te voeren op een veel dichterbij en enige bekende bewoonde aardse planeet: de aarde. De perfecte uitlijning van onze planeet met de zon en de maan tijdens een totale maansverduistering bootst de geometrie na van een terrestrische planeet die haar ster passeert.

Maar de waarnemingen waren ook uitdagend omdat de maan erg helder is en het oppervlak geen perfecte reflector is omdat hij is gemêleerd met heldere en donkere gebieden. De maan is ook zo dicht bij de aarde dat Hubble moest proberen een bepaald gebied in de gaten te houden, ondanks de beweging van de maan ten opzichte van het ruimteobservatorium. Het team van Youngblood moest dus rekening houden met de drift van de maan in hun analyse.


Dit op de grond gebaseerde telescopische beeld van de maan belicht het algemene gebied waar astronomen NASA's Hubble-ruimtetelescoop gebruikten om de hoeveelheid ozon in de atmosfeer van de aarde te meten. Deze methode dient als een proxy voor hoe ze aardachtige planeten rond andere sterren zullen observeren op zoek naar leven.
Credits: M. Kornmesser (ESA / Hubble), NASA en ESA

Waar is ozon, is er leven?
Het vinden van ozon in de lucht van een buitenaardse planeet buiten de zonnestelsel garandeert niet dat er leven aan de oppervlakte bestaat. 'Je hebt naast ozon ook andere spectrale signaturen nodig om te kunnen concluderen dat er leven op aarde was, en deze signaturen zijn niet noodzakelijkerwijs te zien in ultraviolet licht', zei Youngblood.

Op aarde wordt ozon van nature gevormd wanneer zuurstof in de atmosfeer van de aarde wordt blootgesteld aan sterke concentraties ultraviolet licht. Ozon vormt een deken rond de aarde en beschermt deze tegen harde ultraviolette stralen.

"Fotosynthese is misschien wel het meest productieve metabolisme dat op elke planeet kan evolueren, omdat het wordt gevoed door energie van sterrenlicht en kosmisch overvloedige elementen zoals water en kooldioxide gebruikt", zegt Giada Arney van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, een co-auteur van de wetenschappelijke paper. 'Deze noodzakelijke ingrediënten moeten gebruikelijk zijn op bewoonbare planeten.'

Seizoensgebonden variabiliteit in de ozonsignatuur kan ook wijzen op seizoensgebonden biologische productie van zuurstof, net als bij de groeiseizoenen van planten op aarde.

Maar ozon kan ook worden geproduceerd zonder de aanwezigheid van leven wanneer stikstof en zuurstof worden blootgesteld aan zonlicht. Om het vertrouwen te vergroten dat een bepaalde biosignatuur echt door het leven wordt geproduceerd, moeten astronomen zoeken naar combinaties van biosignaturen. Een campagne met meerdere golflengten is nodig omdat elk van de vele biosignaturen gemakkelijker kan worden gedetecteerd op golflengten die specifiek zijn voor die handtekeningen.

"Astronomen zullen ook rekening moeten houden met het ontwikkelingsstadium van de planeet wanneer ze naar jonge sterren met jonge planeten kijken. Als je zuurstof of ozon van een planeet die vergelijkbaar was met de vroege aarde wilde detecteren, toen er minder zuurstof in onze atmosfeer was, de spectrale kenmerken in optisch en infrarood licht zijn niet sterk genoeg, "legde Arney uit. "We denken dat de aarde lage ozonconcentraties had vóór de midden-proterozoïsche geologische periode (tussen ongeveer 2,0 miljard tot 0,7 miljard jaar geleden) toen fotosynthese bijdroeg aan de opbouw van zuurstof en ozon in de atmosfeer tot het niveau dat we tegenwoordig zien. Maar omdat de signatuur van ultraviolet licht van ozonelementen is zeer sterk, u zou hopen kleine hoeveelheden ozon te kunnen detecteren.

NASA heeft een aankomend observatorium genaamd de James Webb-ruimtetelescoop die vergelijkbare soorten metingen kan doen in infrarood licht, met de mogelijkheid om methaan en zuurstof te detecteren in exoplaneetatmosferen. Webb is momenteel gepland voor lancering in 2021.

https://www.nasa.gov/feature/goddard/20 ... ets-around

[univers]

https://www.spacetelescope.org/news/heic2013/