Vad skulle vi leta efter i en avlägsen exoplanet i jakten på jordliknande världar, och kanske liv? A senaste observation utförd av rymdteleskopet Hubble hittade kontrollampa signaturer från vår hemplanet genom att titta på en välbekant källa under extraordinära omständigheter: Jordens måne, under en total månförmörkelse.
Experimentet utfördes av rymdteleskopet Hubble, som lanserades 1990 och är nu inne på sitt 30:e verksamhetsår. Hubble kretsar runt jorden en gång var 96:e minut och är i allmänhet inriktad på svaga avlägsna galaxer, inte den lysande närliggande månen. Forskare vid University of Colorado (Boulder) och Space Telescope Science Institute beslutade att göra just det, under Januari 2019 total förmörkelse av månen.
Geometrin för en total månförmörkelse. Kreditera: M. Kornmesser/ESA/NASA
En total månförmörkelse inträffar när månen passerar in i jordens skugga. Som förmörkelsefans vet försvinner inte månen helt när den går in i den mörka inre umbralskuggan, utan verkar istället rödaktig i färgen. Detta beror på att ljuset från tusen solnedgångar filtreras genom jordens atmosfär och kastas tillbaka till månen. Från månens yta som tittar tillbaka på jorden, skulle du se en total solförmörkelse. Dessutom verkar inte varje total månförmörkelse likadan. Under totaliteten kan en månförmörkelse uppträda var som helst från en gulaktig-blek orange till en mörk tegelröd. Färgen som ses beror på hur djupt månen dyker upp i jordens skugga och mängden damm och aerosoler som är suspenderade i jordens atmosfär.
En 'Exoplanet Eclipse'
Forskare insåg att ljuset som reflekteras från månen skulle efterlikna något som forskare för närvarande är på jakt efter: ljus som strömmar genom atmosfären på en avlägsen exoplanet, medan den passerar framför sin värdstjärna. Nuvarande exoplanet siffra står på 4 302 och växer. Dessutom kommer en ny generation rymdobservatorier ledda av rymdteleskopet James Webb (som ska lanseras i oktober 2021) snart att rutinmässigt kunna avbilda transiterande exoplaneter direkt. Ett annat framtida uppdrag, Large Ultra Violet Optical Infrared Surveyor (LUVOIR), kan också avbilda exoplaneter direkt i ultraviolett ljus, en viktig våglängd. Detta kommer att inleda en spännande ny era av exoplanetvetenskap, vilket gör att astronomer kan få spektra. Detta kommer i sin tur att berätta något om precis vad atmosfären i dessa exotiska världar består av. Detta kan också ge oss tips om några intressanta kemiska processer som fungerar i dessa avlägsna världar.
En konstnärs uppfattning om rymdteleskopet LUVOIR. Kreditera: NASA/GSFC
Hubble upptäckte en viktig kemikalie under förmörkelsen: ozon. Kombinationen av tre syreatomer, ozon på jorden, är resultatet av fotosyntes under geologiska perioder.
'Att hitta ozon är viktigt eftersom det är en fotokemisk biprodukt av molekylärt syre, som i sig är en biprodukt av livet', säger Allison Youngblood (Laboratory for Atmospheric and Space Physics) i en nyligen publicerad pressmeddelande . 'Du skulle behöva andra spektrala signaturer förutom ozon för att dra slutsatsen att det fanns liv på planeten, och dessa signaturer kan inte nödvändigtvis ses i ultraviolett ljus.'
Även om ozon inte enbart genereras av liv - ozon kan också härröra från kväve och syre som exponeras för solljus - en säsongsmässig fluktuation i ozonnivåerna skulle vara en stark biosignatur. Likaså skulle stora mängder syre och metan – som båda är reaktiva och behöver påfyllning för att dröja kvar på långa tidsskalor – vara starka antydningar om att något intressant händer i en avlägsen värld.
Ljuskurvan för en transiterande exoplanet. Kreditera: NASA/AMES
Detta markerade också första gången ett rymdteleskop gjorde ultravioletta våglängdsobservationer under en total månförmörkelse. Detekteringen av terrestra ozon, tillsammans med syre och metan som ses i jordens 'förmörkelsespektra', backades upp av markbaserade observationer under samma förmörkelse i januari 2019. Markbaserade observatorier måste dock korrigera för att se genom jordens atmosfär, medan rymdbaserade observatorier inte lider av detta hinder.
En annan ledtråd vi kan upptäcka i en exoplanets spektra är vad som kallas den 'röda kanten', en signatur som bara beror på växter och fotosyntes. Även om detta skulle vara en anmärkningsvärd upptäckt, skulle det också vara lockande som huvudsakligen en blip på en graf. Vad vi skulleverkligengillar att se är de där utomjordiska djunglerna...
'Fotosyntes kan vara den mest produktiva ämnesomsättningen som kan utvecklas på vilken planet som helst, eftersom den drivs av energi från stjärnljus och använder kosmiskt rikliga element som vatten och koldioxid', säger Giada Arney (NASA/GSFC) i en ny pressmeddelande . 'Dessa nödvändiga ingredienser borde vara vanliga på beboeliga planeter.'
Vi har sänt vår egen biosignatur över galaxen för alla som kan råka titta nu under de senaste 2,4 miljarder åren. Det är sedan början av den proterozoiska eran, när syre först började byggas upp i jordens atmosfär.
Vår syn på den totala månförmörkelsen i januari 2019 från stranden i Tarifa, Spanien. Kredit: Dave Dickinson.
Ändå är det fantastiskt att se att det finns verklig vetenskap under totala månförmörkelser. Nästa chans du kommer att få förundras över den röda månen kommer att vara under nästa totala månförmörkelse den 26 majth, 2021. Kanske kommer vetenskap från Hubble snart att inleda en ny era av exoplanetvetenskap.
Läs hela studien här .
Huvudbild: En konstnärs föreställning om Hubble som stirrar på jordens måne under en total månförmörkelse. Kredit: M. Kornmesser/ESA/NASA.