Twee astronomen van McGill University hebben een "vingerafdruk" voor de aarde verzameld, die zou kunnen worden gebruikt om een ​​planeet buiten ons zonnestelsel te identificeren die in staat is leven te ondersteunen.

McGill Natuurkundestudent Evelyn Macdonald en haar begeleider prof. Nicolas Cowan gebruikten meer dan tien jaar observaties van de aardatmosfeer, genomen door de SSISAT-satelliet, om een ​​transitspectrum van de aarde te construeren, een soort vingerafdruk voor de atmosfeer van de aarde in infrarood licht, die de aanwezigheid van sleutelmoleculen in de zoektocht naar bewoonbare werelden aantoont. Dit omvat de gelijktijdige aanwezigheid van ozon en methaan, die wetenschappers alleen verwachten te zien als er een organische bron van deze verbindingen op de planeet is. Een dergelijke detectie wordt een "biosignature" genoemd.

"Een handvol onderzoekers heeft geprobeerd het transitspectrum van de aarde te simuleren, maar dit is het eerste empirische infraroodtransitspectrum van de aarde, " zegt prof. Cowan. "Dit is wat buitenaardse astronomen zouden zien als ze een doorgang van de aarde zouden waarnemen."

De bevindingen, gepubliceerd op 28 augustus in het tijdschrift Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society , zou wetenschappers kunnen helpen bepalen naar wat voor soort signaal ze moeten zoeken in hun zoektocht naar aardachtige exoplaneten (planeten die rond een andere ster dan onze zon draaien). Ontwikkeld door de Canadian Space Agency, SCISAT is gemaakt om wetenschappers te helpen de uitputting van de ozonlaag van de aarde te begrijpen door deeltjes in de atmosfeer te bestuderen terwijl zonlicht er doorheen gaat. In het algemeen, astronomen kunnen zien welke moleculen er in de atmosfeer van een planeet worden gevonden door te kijken hoe sterlicht verandert als het door de atmosfeer schijnt. Instrumenten moeten wachten tot een planeet over de ster passeert - of passeert - om deze waarneming te doen. Met gevoelig genoeg telescopen, astronomen zouden mogelijk moleculen kunnen identificeren zoals koolstofdioxide, zuurstof of waterdamp die kunnen aangeven of een planeet bewoonbaar of zelfs bewoond is.

Cowan legde transitspectroscopie van exoplaneten uit tijdens een groepslunchbijeenkomst in het McGill Space Institute (MSI) toen Prof. Yi Huang, een atmosferische wetenschapper en medelid van de MSI, merkte op dat de techniek vergelijkbaar was met zonne-occultatiestudies van de atmosfeer van de aarde, zoals gedaan door SSISAT.

Sinds de eerste ontdekking van een exoplaneet in de jaren negentig, astronomen hebben het bestaan ​​van 4 bevestigd, 000 exoplaneten. De heilige graal in dit relatief nieuwe gebied van astronomie is het vinden van planeten die mogelijk leven kunnen herbergen - een aarde 2.0.

Een veelbelovend systeem dat zulke planeten zou kunnen bevatten, genaamd TRAPPIST-1, zal een doelwit zijn voor de komende James Webb Space Telescope, gepland voor lancering in 2021. Macdonald en Cowan bouwden een gesimuleerd signaal van hoe de atmosfeer van een aardachtige planeet eruit zou zien door de ogen van deze toekomstige telescoop, een samenwerking tussen NASA, de Canadian Space Agency en de European Space Agency.

Het TRAPPIST-1-systeem op 40 lichtjaar afstand bevat zeven planeten, waarvan drie of vier in de zogenaamde "bewoonbare zone" waar vloeibaar water zou kunnen bestaan. De McGill-astronomen zeggen dat dit systeem een ​​veelbelovende plek kan zijn om te zoeken naar een signaal dat lijkt op hun vingerafdruk op de aarde, aangezien de planeten in een baan om een ​​M-dwergster draaien. een type ster dat kleiner en kouder is dan onze zon.

"TRAPPIST-1 is een nabije rode dwergster, waardoor zijn planeten uitstekende doelen zijn voor transitspectroscopie. Dit komt omdat de ster veel kleiner is dan de zon, dus zijn planeten zijn relatief gemakkelijk waar te nemen, " legt Macdonald uit. "Ook, deze planeten draaien dicht bij de ster, dus ze reizen om de paar dagen. Natuurlijk, zelfs als een van de planeten leven herbergt, we verwachten niet dat zijn atmosfeer identiek is aan die van de aarde, omdat de ster zo anders is dan de zon."

Volgens hun analyse Macdonald en Cowan bevestigen dat de Webb-telescoop gevoelig genoeg zal zijn om koolstofdioxide en waterdamp te detecteren met behulp van zijn instrumenten. Het kan zelfs de biosignatuur van methaan en ozon detecteren als er voldoende tijd wordt besteed aan het observeren van de doelplaneet.

Prof. Cowan en zijn collega's van het in Montreal gevestigde Institute for Research on Exoplanets hopen een van de eersten te zijn die tekenen van leven buiten onze thuisplaneet detecteert. De vingerafdruk van de aarde, verzameld door Macdonald voor haar afstudeerscriptie, zou andere astronomen kunnen vertellen waar ze op moeten letten bij deze zoektocht. Ze zal beginnen met haar Ph.D. op het gebied van exoplaneten aan de Universiteit van Toronto in de herfst.

"Een empirisch infraroodtransitspectrum van de aarde:opaciteitsvensters en biosignaturen, Evelyn J.R. Macdonald en Nicolas B. Cowan, werd online gepubliceerd op 28 augustus 2019, in Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society .