Astronomen zijn erin geslaagd zonlicht vast te leggen dat door de atmosfeer van de aarde schijnt op een manier die vergelijkbaar is met de studie van verre exoplaneten. Tijdens de buitengewone gelegenheid van een maansverduistering, de Large Binocular Telescope observeerde het licht dat werd gefilterd door de atmosfeer van de aarde en gereflecteerd door de maan in uniek detail. Naast zuurstof en water, atomaire spectraallijnen van natrium, calcium en kalium werden voor het eerst op deze manier in onze atmosfeer gedetecteerd.

Wanneer een exoplaneet voor zijn moederster passeert, astronomen zijn in staat om zowel het dimmen van het sterlicht dat de planeet blokkeert als het sterlicht dat door de atmosfeer van de planeet schijnt, vast te leggen. Hoewel het maar een klein signaal is, het bevat de afdruk van de chemische en fysieke handtekening van de planeet en biedt de belangrijkste mogelijkheid om de atmosferische bestanddelen van de planeet te meten. In de astrofysica, deze techniek heet transmissiespectroscopie, en is een relatief jonge techniek die enorm in opkomst is sinds veel exoplaneettransities vanuit de ruimte werden gedetecteerd. "Terwijl, tot dusver, alleen van toepassing op supergrote Jupiters, dat zijn te grote Jupiter-achtige planeten die dicht bij hun moederster draaien, we zijn het meest geïnteresseerd in aardachtige planeten en of we complexere moleculaire handtekeningen kunnen detecteren in een exo-aarde transmissiespectrum, mogelijk zelfs een aanwijzing voor leven, " legt Klaus Strassmeier van het Leibniz Institute for Astrophysics in Potsdam (AIP) uit, de hoofdauteur van de nu gepubliceerde studie. "Hoewel het nog niet haalbaar is voor een aardachtige transit van exoplaneten, een totale maansverduistering, wat een totale zonsverduistering is, gezien vanaf onze eigen maan, is niets anders dan een transit van onze eigen aarde, en indirect waarneembaar."

Het zonlicht dat door de atmosfeer van de aarde gaat voordat het de maan bereikt en terugkaatst naar de aarde, wordt de aardschijn 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-infraroodgolflengten voor detectie in atmosferen van andere planeten. De aarde als het prototype van een bewoonbare planeet nemen, Earthshine-waarnemingen bieden de mogelijkheid om biogene en verwante 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-aarde-detecties met de nieuwe generatie extreem grote telescopen.

In januari 2019 was er een totale maansverduistering. De maan verduisterd met een factor 20, 000 tijdens totaliteit, wat de reden is waarom het lichtverzamelende vermogen van de 11,8 m Large Binocular Telescope (LBT) in Arizona nodig was voor de waarnemingen. Aanvullend, de hoge spectrale resolutie van het Potsdam Echelle Polarimetrisch en Spectroscopisch Instrument (PEPSI) was nodig om de verwachte kleine spectraallijnabsorpties van de aardatmosfeer te scheiden van het normale zonnespectrum met een ongekende spectrale resolutie en in gepolariseerd licht.

"PEPSI heeft al een belangrijke bijdrage geleverd aan de studie van exoplaneten door observatie van hun transit voor hun zon, " voegt Christian Veillet toe, Directeur van het LBT Observatorium. "Als we naar de aarde kijken als een exoplaneet dankzij een totale maansverduistering die goed past bij de locatie van LBT in Arizona, en polarimetrie toevoegen aan de voortreffelijke resolutie van de PEPSI-spectrograaf, resulteerde in de detectie van natrium, calcium, en kalium in de atmosfeer van de aarde."