De studie van exoplaneten is de afgelopen 10 jaar aanzienlijk gerijpt. Gedurende deze periode, de meerderheid van de meer dan 4000 exoplaneten die momenteel bekend zijn, werd ontdekt. Het was ook in deze tijd dat het proces begon te verschuiven van de ontdekking naar de karakterisering. Bovendien, instrumenten van de volgende generatie zullen studies mogelijk maken die veel zullen onthullen over de oppervlakken en atmosferen van exoplaneten.

Dit roept natuurlijk de vraag op:wat zou een voldoende geavanceerde soort zien als ze onze planeet zouden bestuderen? Met behulp van multi-golflengte gegevens van de aarde, een team van Caltech-wetenschappers was in staat om een ​​kaart te construeren van hoe de aarde eruit zou zien voor verre buitenaardse waarnemers. Afgezien van het aanpakken van de jeuk van nieuwsgierigheid, deze studie zou astronomen in de toekomst ook kunnen helpen bij het reconstrueren van de oppervlaktekenmerken van "aardachtige" exoplaneten.

De studie die de bevindingen van het team beschrijft, getiteld "Aarde als een exoplaneet:een tweedimensionale buitenaardse kaart, " verscheen onlangs in het tijdschrift Wetenschap en is gepland voor publicatie in de Astrofysische journaalbrieven . De studie werd geleid door Siteng Fan en omvatte meerdere onderzoekers van de afdeling Geologische en Planetaire Wetenschappen (GPS) van het California Institute of Technology en het NASA Jet Propulsion Laboratory.

Bij het zoeken naar mogelijk bewoonbare planeten buiten ons zonnestelsel, wetenschappers worden gedwongen om de indirecte benadering te kiezen. Aangezien de meeste exoplaneten niet direct kunnen worden waargenomen om te leren van hun atmosferische samenstelling of oppervlaktekenmerken (ook wel directe beeldvorming genoemd), wetenschappers moeten genoegen nemen met aanwijzingen die laten zien hoe "aarde" een planeet is.

Zoals Fan vertelde Universum vandaag via e-mail, dit weerspiegelt de beperkingen waarmee astronomen en exoplaneetstudies momenteel worden geconfronteerd:

"Ten eerste, huidige exoplaneetstudies hebben niet uitgevogeld wat de minste vereisten zijn voor bewoonbaarheid. Er zijn enkele voorgestelde criteria, maar we weten niet zeker of ze voldoende of noodzakelijk zijn. Ten tweede, zelfs met deze criteria, huidige observatietechnieken zijn niet goed genoeg om de bewoonbaarheid te bevestigen, vooral op aardachtige exoplaneten, vanwege de moeilijkheid om ze op te sporen en te beperken."

Aangezien de aarde de enige planeet is die we kennen die in staat is leven te ondersteunen, het team theoretiseerde dat observaties op afstand van de aarde zouden kunnen dienen als een proxy voor een bewoonbare exoplaneet zoals waargenomen door een verre beschaving. "De aarde is de enige planeet die we kennen die leven bevat, "Zei Fan. "Het bestuderen van hoe de aarde eruitziet voor verre waarnemers, zou ons de richting geven hoe we potentiële bewoonbare exoplaneten kunnen vinden."

Een van de belangrijkste elementen van het klimaat op aarde en al het leven op het oppervlak is de waterkringloop, die drie verschillende fasen kent. Deze omvatten de aanwezigheid van waterdamp in de atmosfeer, wolken van gecondenseerd water en ijsdeeltjes, en de aanwezigheid van water aan het oppervlak.

Daarom, deze kunnen worden beschouwd als mogelijke indicaties van bewoonbaarheid, en zelfs aanwijzingen van leven (ook bekend als biosignaturen) die van een afstand konden worden waargenomen. Ergo, het kunnen identificeren van oppervlaktekenmerken en wolken op exoplaneten zou essentieel zijn om beperkingen op te leggen aan hun bewoonbaarheid.

Om te bepalen hoe de aarde eruit zou zien voor verre waarnemers, het team verzamelde 9740 afbeeldingen van de aarde die werden gemaakt door NASA's Deep Space Climate Observatory (DSCOVR) -satelliet. De beelden werden elke 68 tot 110 minuten gemaakt over een periode van twee jaar (2016 en 2017) en slaagden erin om licht te vangen dat op meerdere golflengten door de atmosfeer van de aarde werd weerkaatst.

Fan en zijn collega's combineerden de beelden vervolgens om een ​​10-punts reflectiespectrum te vormen, uitgezet in de tijd, die vervolgens werd geïntegreerd over de schijf van de aarde. Dit reproduceerde effectief hoe de aarde eruit zou kunnen zien voor een waarnemer op vele lichtjaren afstand als ze de aarde over een periode van twee jaar zouden observeren.

"We ontdekten dat de tweede hoofdcomponent van de lichtcurve van de aarde sterk gecorreleerd is met de landfractie van het verlichte halfrond (r ^ 2 =0,91), " zei Fan. "Gecombineerd met de kijkgeometrie, het reconstrueren van de kaart wordt een lineair regressieprobleem."

Na analyse van de resulterende curven en deze te vergelijken met de originele afbeeldingen, het onderzoeksteam ontdekte welke parameters van de curven overeenkwamen met land- en bewolking. Vervolgens kozen ze de parameters die het meest verband hielden met het landoppervlak en pasten deze aan de 24-uurs rotatie van de aarde aan, wat hen een voorgevormde kaart gaf (hierboven weergegeven) die voorstelde hoe de lichtcurve van de aarde eruit zou zien vanaf lichtjaren afstand.

De zwarte lijnen vertegenwoordigen de oppervlaktekenmerkparameter en komen ruwweg overeen met de kustlijnen van de belangrijkste continenten. Deze zijn verder groen gekleurd om een ​​ruwe weergave van Afrika te geven (midden), Azië (rechtsboven), Noord- en Zuid-Amerika (links), en Antarctica (onder). Wat daartussenin ligt, vertegenwoordigt de oceanen van de aarde, met de ondiepere delen in rood aangegeven en de diepere in blauw.

Dit soort voorstellingen, wanneer toegepast op de lichtkrommen van verre exoplaneten, astronomen kunnen beoordelen of een exoplaneet de oceanen heeft, wolken, en ijskappen - alle noodzakelijke elementen van een "aardachtige" (ook wel bewoonbare) exoplaneet. Zoals Fan concludeerde:

"De analyse van lichtcurven in dit werk heeft implicaties voor het bepalen van geologische kenmerken en klimaatsystemen op exoplaneten. We ontdekten dat de variatie in lichtcurve van de aarde wordt gedomineerd door wolken en land/oceaan, die beide cruciaal zijn voor het leven op aarde. Daarom, Aardachtige exoplaneten die dit soort kenmerken herbergen, hebben meer kans om leven te herbergen."

In de nabije toekomst, instrumenten van de volgende generatie zoals de James Webb Space Telescope (JWST) zullen de meest gedetailleerde exoplaneetonderzoeken tot nu toe mogelijk maken. In aanvulling, instrumenten op de grond die in het volgende decennium online komen, zoals de Extremely Large Telescope (ELT), de Dertig Meter Telescoop (TMT), en de Giant Magellan Telescope (GMT) – zullen naar verwachting directe beeldvormingsstudies van kleinere, rotsachtige planeten die dichter bij hun sterren draaien.

Geholpen door studies die helpen bij het oplossen van oppervlaktekenmerken en atmosferische omstandigheden, astronomen kunnen eindelijk met zekerheid zeggen welke exoplaneten bewoonbaar zijn en welke niet. Met geluk, de ontdekking van een aarde 2.0 (of meerdere aardes trouwens) zou om de hoek kunnen zijn.