Identifikace života z různých atmosfér

Neexistují žádné skryté změny atmosféry Země v průběhu ročních období, jsou mrtvou prozradí skutečnosti, že Země hostí život. Nová studie nyní zkoumá, zda bychom mohli použít atmosférickou sezónnost, jako je Země, k detekci života na jiných planetách.

Axiální náklon Země - příčina ročních období - působí zajímavým způsobem s podpisy života. Mohla by pozorování proměnných atmosférických plynů rozdávat přítomnost života na planetách mimo naši sluneční soustavu?
NASA

Hledáte změnu

Většina hledání života mimo naši planetu se zaměřuje na identifikaci statických biosignátů, jako je přítomnost metanu nebo velkého množství kyslíku v exoplanetární atmosféře. Tento přístup trpí mnoha nejednoznačnostmi, včetně vysoké pravděpodobnosti falešných pozitiv (procesy, které chemicky napodobují podpisy života, ale nejsou životem) a falešných negativ (nedetekování navzdory přítomnosti života).

Hladiny oxidu uhličitého v atmosféře Země (nahoře) a metanu (dole) se mění sezónně, jak je patrné z těchto údajů z Laboratoře pro výzkum Země EarthA NOAA.
Olson a kol. 2018

V nové studii vedené Stephanie Olson (UC Riverside a NASA Astrobiology Institute Alternative Earths and Virtual Planetetary Laboratory Teams) tým vědců navrhl alternativní přístup: hledat výraznou variabilitu exoplanetových atmosfér, která ukazuje na přítomnost života .

Roční období a život

Pokud jste jako já, pravděpodobně jste nestrávili mnoho času přemýšlením o interakcích mezi biosférou Země a jejím axiálním sklonem. Tato souhra je však zodpovědná za zjistitelné a výrazné sezónní změny v atmosféře naší planety!

Toto schéma ukazuje, jak se hladina kyslíku a oxidu uhličitého v atmosféře mění v protichůdné fázi sezónně, se zvýšeným slunečním světlem v létě vede k větší přeměně oxidu uhličitého na kyslík.
Olson a kol. 2018

Protože tolik naší planety je pokryto fotosyntetizačním životem, sezónní dostupnost slunečního světla reguluje přeměnu oxidu uhličitého na kyslík, což v naší atmosféře v průběhu roku mění svůj podpis. A fotosyntéza není jediným viníkem! I ostatní biologické produkty se vyvíjejí sezónně - podle toho, jak se povrchová teplota na naší planetě mění po celý rok, biologická rychlost, rozpustnost plynů, vzorce srážení a další reagují odpovídajícím způsobem.

Olson a spolupracovníci kladou jednoduchou otázku: pokud se naše atmosféra výrazně liší způsobem, který odhaluje přítomnost života na Zemi, můžeme hledat podobnou variaci na jiných planetách?

Plynné podpisy

Abychom na tuto otázku odpověděli, Olson a spolupracovníci zkoumají možnosti sezónního kolísání několika atmosférických plynů: oxidu uhličitého, metanu, molekulárního kyslíku a ozonu. Pro slabě okysličenou planetu (jako je raná Země) autoři zjistili, že detekovatelným ukazatelem života mohou být sezónní změny síly ozonových spektrálních pásem na ultrafialových vlnových délkách. Tato variace slouží jako indikátor sezónnosti molekulárního kyslíku.

Na planetě se správnými podmínkami by sezónní kyslíkové oscilace mohly vytvořit viditelný rozdíl v hloubce ozonové spektrální čáry, jak je ukázáno zde.
Přizpůsobeno od Olson et al. 2018

K nalezení takového podpisu v atmosféře vzdálených planet budeme pravděpodobně potřebovat rozšířené přímé zobrazování; tranzitní spektroskopie, jako je ta, která se očekává od kosmického dalekohledu James Webb, bude sondovat planety pouze na jednom místě na jejich oběžné dráze, což vylučuje detekci sezónních změn. Olson a spolupracovníci proto obhajují, že nadcházející mise přímého zobrazování, jako jsou LUVOIR a HabEx, zahrnují schopnosti pozorování ultrafialovými paprsky.

Jaká je pravděpodobnost, že budeme skutečně schopni detekovat sezónní změny v atmosférických plynech vzdálených exoplanet? Pro jistotu je třeba provést podrobnější modelování - ale tato studie mezitím představuje zajímavou další techniku, kterou můžeme přidat do našeho arzenálu a prozkoumat další v budoucnosti!

Citace

Stephanie L. Olson a kol. 2018 ApJL 858 L14. doi: 10, 3847 / 2041-8213 / aac171

Související články v časopise

  • Identifikace impedorů planetární biologické podpisy: Spektrální vlastnosti CO a O 4, které jsou výsledkem produkce abiotického O 2 / O 3 doi: 10, 3847 / 2041-8205 / 819/1 / L13
  • Abiotické hladiny O 2 na planetách kolem hvězd F, G, K a M: Možné falešné pozitivy pro život? doi: 10, 1088 / 0004-637X / 812/2/137
  • Abiotický ozon a kyslík v atmosféře podobné prebiotické Zemi doi: 10.1088 / 0004-637X / 792/2/90
  • Bledě oranžové tečky: Dopad organického zákalu na obyvatelnost a detekovatelnost zemských exoplanet doi: 10, 3847 / 1538-4357 / 836/1/49
  • Model na bázi biomasy k odhadu hodnověrnosti biosignátních plynů exoplanetu doi: 10.1088 / 0004-637X / 775/2/104
  • Stabilita atmosféry CO2 na sušených exoplanetech M trpaslíků doi: 10.1088 / 0004-637X / 806/2/249

Tento příspěvek se původně objevil na AAS Nova, kde jsou uvedeny nejdůležitější poznatky z časopisů americké astronomické společnosti.