Cornell-astronomen hebben vijf modellen gemaakt die belangrijke punten uit de evolutie van onze planeet vertegenwoordigen, als chemische snapshots door de eigen geologische tijdperken van de aarde.

Ze zullen ze gebruiken als spectrale sjablonen in de jacht op aardachtige planeten in verre zonnestelsels in het naderende nieuwe tijdperk van krachtige telescopen.

"Deze nieuwe generatie ruimte- en grondtelescopen in combinatie met onze modellen zullen ons in staat stellen planeten zoals onze aarde te identificeren op een afstand van ongeveer 50 tot 100 lichtjaar, " zei Lisa Kaltenegger, universitair hoofddocent sterrenkunde en directeur van het Carl Sagan Institute.

Voor onderzoek en modelontwikkeling, Kaltenegger, promovendus Jack Madden en Zifan Lin '20 schreven "High-Resolution Transmission Spectra of Earth through Geological Time, " gepubliceerd op 26 maart in Astrofysische journaalbrieven .

"Met onze eigen aarde als sleutel, we hebben vijf verschillende tijdperken van de aarde gemodelleerd om een ​​sjabloon te bieden voor hoe we een potentiële exo-aarde kunnen karakteriseren - van een jonge, prebiotische aarde naar onze moderne wereld, "Zei ze. "De modellen stellen ons ook in staat om te onderzoeken op welk punt in de evolutie van de aarde een verre waarnemer het leven zou kunnen identificeren op de 'lichtblauwe stippen' van het universum en andere werelden zoals zij."

Kaltenegger en haar team hebben atmosferische modellen gemaakt die overeenkomen met de aarde van 3,9 miljard jaar geleden, een prebiotische aarde, toen koolstofdioxide de jonge planeet dicht omhulde. Een tweede throwback-model toont chemisch een planeet zonder zuurstof, een zuurstofloze aarde, 3,5 miljard jaar teruggaan. Drie andere modellen onthullen de stijging van zuurstof in de atmosfeer van een concentratie van 0,2% tot moderne niveaus van 21%.

"Onze aarde en de lucht die we inademen zijn drastisch veranderd sinds de aarde 4,5 miljard jaar geleden werd gevormd. "Kaltenegger zei, "en voor het eerst dit artikel behandelt hoe astronomen proberen om werelden zoals de onze te vinden, jonge tot moderne aardachtige planeten in transit kunnen spotten, met behulp van onze eigen geschiedenis van de aarde als een sjabloon."

In de geschiedenis van de aarde, de tijdlijn van de opkomst van zuurstof en de overvloed ervan is niet duidelijk, aldus Kaltenegger. Maar, als astronomen exoplaneten kunnen vinden met bijna 1% van het huidige zuurstofgehalte op aarde, die wetenschappers zullen beginnen met het vinden van opkomende biologie, ozon en methaan - en kan het matchen met leeftijden van de aarde-sjablonen.

"Onze transmissiespectra vertonen atmosferische kenmerken, die een waarnemer op afstand zou laten zien dat de aarde al ongeveer 2 miljard jaar geleden een biosfeer had, ' zei Kaltenegger.

Met behulp van toekomstige telescopen zoals NASA's James Webb Space Telescope, gepland voor lancering in maart 2021, of de extreem grote telescoop in Antofagasta, Chili, gepland voor het eerste licht in 2025, astronomen konden toekijken hoe een exoplaneet voor zijn moederster langs beweegt, het onthullen van de atmosfeer van de planeet.

"Zodra de exoplaneet transiteert en een deel van zijn gastheerster blokkeert, we kunnen de atmosferische spectrale handtekeningen ontcijferen, Kaltenegger zei. "Door de geologische geschiedenis van de aarde als sleutel te gebruiken, we kunnen gemakkelijker de chemische tekenen van leven op de verre exoplaneten herkennen."