De komende telescopen zullen ons meer kracht geven om naar biosignaturen te zoeken op alle exoplaneten die we hebben gevonden. Een groot deel van het gesprek over biosignaturen is gericht op biogene chemie, zoals atmosferische gassen geproduceerd door eenvoudige, eencellige wezens. Maar wat als we willen zoeken naar technologische beschavingen die er misschien zijn? Kunnen we ze vinden door te zoeken naar hun luchtvervuiling?

Als een verre beschaving onze planeet een vluchtige blik wierp in haar eigen overzicht van buitenaardse werelden en technosignaturen, ze konden het niet helpen, maar merkten onze luchtvervuiling op.

Kunnen we de rollen omdraaien?

Luchtvervuiling als technosignatuur is geen gloednieuw idee. Een nieuw artikel kijkt naar één specifieke chemische verontreinigende stof die zowel biogeen als antropogeen is op aarde:NO ₂ , of stikstofdioxide. De auteurs zeggen dat stikstofdioxide kan worden gedetecteerd als een technosignatuur op een aardachtige planeet die rond een zonachtige ster draait met een telescoop van 15 meter (49 voet) vergelijkbaar met de door NASA voorgestelde Large UV/Optical/IR Surveyor (LUVOIR). Echter, het zou enkele honderden uren observatietijd vergen.

Het artikel waarin deze bevindingen worden gepresenteerd, is getiteld "Nitrogen Dioxide Pollution as a Signature of Extraterrestrial Technology". Het is beschikbaar op de prepress-site arxiv.org en is nog niet door vakgenoten beoordeeld. De hoofdauteur is Dr. Ravi Kopparapu, een onderzoekswetenschapper bij NASA's Goddard Space Flight Center.

Grotendeels dankzij de Kepler-missie en de TESS-missie, we leven in een tijdperk van ontdekking van exoplaneten. We weten nu van enkele duizenden exoplaneten, en het aantal blijft groeien. Astronomen hebben de massa gekarakteriseerd, dichtheid, potentiële bewoonbaarheid, en andere eigenschappen van velen van hen.

De volgende stap is het bestuderen van de atmosferen van enkele van de duizenden bevestigde exoplaneten. Wetenschappers van exoplaneten kijken reikhalzend uit naar de aanstaande lancering van de James Webb Space Telescope (JWST). De JWST heeft de mogelijkheid om exoplaneetatmosferen tot in detail te onderzoeken.

Andere opkomende faciliteiten zoals de Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey (ARIEL) ruimtetelescoop en grote observatoria op de grond, zoals de European Extremely Large Telescope (E-ELT), de Thirty Meter Telescope (TMT) en de Giant Magellan Telescope (GMT) zullen ook exoplaneten in meer detail kunnen bestuderen.

Onderzoekers hebben zich van tevoren voorbereid op al die waarnemingskracht om te begrijpen waar ze op moeten letten en wat ze zullen zien bij het onderzoeken van atmosferen. Deze nieuwe studie richt zich op NO ₂ en hoe het in die atmosferen kan worden gedetecteerd. Ze kwamen op NEE ₂ omdat het antropogeen wordt geproduceerd door verbranding en een van de belangrijkste technologische vervuilers is. Niet alles wordt geproduceerd door verbranding, maar een deel is dat wel.

"Sommige NEE ₂ op aarde wordt geproduceerd als een bijproduct van verbranding, wat de mogelijkheid suggereert van scenario's waarin grootschalige productie van NO ₂

wordt ondersteund door meer geavanceerde technologie op een andere planeet, " schrijven ze. "Hoge niveaus van NO . detecteren ₂ op niveaus boven die van niet-technologische emissies die op aarde worden gevonden, kan een teken zijn dat de planeet mogelijk actieve industriële processen herbergt."

Om te bepalen hoe het te detecteren, onderzoekers gebruikten een eenvoudig fotochemisch model en genereerden synthetische atmosferische spectra. De atmosferische spectra bootsten na wat astronomen zouden kunnen zien op een verre exoplaneet terwijl de planeet door zijn zon beweegt.

Een van de concepten in de studie is meetkundig albedo. Het is de verhouding van de helderheid van een hemellichaam bij een fasehoek nul tot een geïdealiseerde perfect reflecterende schijf. Bij een fasehoek nul, een waarnemer zou recht in de lichtbron kijken. Maar op een exoplaneet met een atmosfeer, het licht is diffuus, en we zouden het nooit onder een nulfasehoek zien. Het geometrische albedo helpt astronomen om dat probleem te omzeilen.

Ook al NEE ₂ detecteerbaar is, het zal lang duren om het te zien. De LUVOIR-telescoop van 15 meter zou ongeveer 400 uur nodig hebben om NO . te detecteren ₂ op een aardachtige planeet rond een zonachtige ster op 10 parsec afstand. Hoewel dat veel observatietijd is om aan één doel te besteden, het is niet helemaal ongekend. Ter vergelijking, het Hubble Ultra Deep Field duurde ongeveer 11,5 dagen, of 276 uur observatietijd.

De studie heeft één eigenaardigheid. Het team werkt met sfeervolle NO ₂ niveaus van ongeveer 40 jaar geleden toen de concentratie in de atmosfeer van de aarde hoger was. Dus als resultaten zoals deze ooit daadwerkelijk gevonden zijn, en als ooit werd bevestigd dat ze van een technologische bron waren, het zou een beschaving zijn die zich 40 jaar geleden op aardeniveau bevond.

"Historisch, de Verenigde Staten NEE ₂ de concentraties zijn over een periode van 40 jaar met een factor drie veranderd (gedaald), van 1980-2019, " schrijven de auteurs in de krant. "Daarom, we kunnen de mogelijkheden uitbreiden om een ​​technologische beschaving te detecteren in het stadium waar de aarde-beschaving 40 jaar geleden was. Het is mogelijk om je een meer geïndustrialiseerde samenleving voor te stellen die mogelijk zou kunnen opereren in het regime van vijf keer aarde NO ₂ peil, waardoor het mogelijk is om het te detecteren met LUVOIR-15m met nog minder observatietijd dan voor de huidige omstandigheden op aarde."

Maar dat loopt een beetje op de zaken vooruit.

Gewoon NEE vinden ₂ in de atmosfeer van een exoplaneet vertelt astronomen niet hoe het werd geproduceerd. "Het is belangrijk op te merken dat het plaatsen van beperkingen op de NO . van een planeet ₂ overvloed uit zijn spectrum zou geen definitief antwoord geven op de vraag of de NO ₂ biologisch of abiotisch wordt geproduceerd. Men zou de productiesnelheden moeten schatten die nodig zijn om de waargenomen NO . te produceren ₂ overvloed en evalueren of alleen abiotische bronnen de afgeleide productiesnelheid kunnen ondersteunen."

Het zal veel meer werk vergen, zowel observeren als modelleren, om te bepalen of een NEE ₂ signaal een technologische bron had. Maar het lijdt geen twijfel dat een ondubbelzinnige detectie van technologische NO ₂ zou een groot evenement zijn.

"De toevallige detectie van NO ₂ of enige andere potentiële kunstmatige atmosferische spectrale signatuur (CFK's, bijvoorbeeld) kan een keerpunt worden in de zoektocht naar leven (biologisch of technologisch), " concluderen de onderzoekers. "Is het waarschijnlijk dat biosignatures vaker voorkomen dan technosignatures? We zullen het niet zeker weten totdat we zoeken."