Teleskopeteknologien går raskt fremover etter hvert som større og større instrumenter bygges. Hvis det er liv der, vil vi kjenne det igjen? Forskere fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics og NASA har utviklet en liste over epoker i jordas atmosfærehistorie som kan være synlig gjennom dette instrumentet; fra de tidligste tider at livet dukket opp til vår nåværende, oksygen / nitrogen-rikelig atmosfære.
Det er bare et spørsmål om tid før astronomer finner en jordstørr planet som kretser rundt en fjern stjerne. Når de gjør det, er de første spørsmålene folk vil stille seg: Er det beboelig? Og enda viktigere, er det liv til stede på det allerede? For ledetråder til svarene ser forskere på hjemmeplaneten Jorden.
Astronomene Lisa Kaltenegger fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) og Wesley Traub fra NASAs Jet Propulsion Laboratory and CfA, foreslår å bruke jordas atmosfæriske historie for å forstå andre planeter.
"Det er vanskelig å finne gode planeter," sa Kaltenegger. "Arbeidet vårt gir skiltingene astronomene vil se etter når de undersøker virkelig jordlignende verdener."
Geologiske poster viser at jordens atmosfære har endret seg dramatisk de siste 4,5 milliarder årene, delvis på grunn av livsformer som utvikler seg på planeten vår. Ved å kartlegge hvilke gasser som omfattet jordas atmosfære i løpet av sin historie, foreslår Kaltenegger og Traub at ved å lete etter lignende atmosfære-sammensetning på andre verdener, vil forskere kunne avgjøre om den planeten har liv på den, og i så fall, livets evolusjonsstadium. Forskningsoppgaven som beskriver arbeidet deres er tilgjengelig online på http://arxiv.org/abs/astro-ph/0609398.
Til dags dato har alle ekstrasolære planeter blitt undersøkt indirekte, for eksempel ved å overvåke måten en vertsstjerne vingler når planetens tyngdekraft trekker den. Bare fire ekstrasolare planeter er blitt oppdaget direkte, og de er enorme Jupiter-store verdener. Atmosfæren til en av disse verdenene ble oppdaget av en annen forsker fra CfA, David Charbonneau, ved å bruke NASAs Spitzer-romteleskop. Den neste generasjonen av rombaserte oppdrag som NASAs Terrestrial Planet Finder (TPF) og ESAs Darwin vil kunne studere direkte jordstørrelser i nærheten.
Astronomer ønsker spesielt å observere de synlige og infrarøde spektraene til fjerne jordiske planeter for å lære om atmosfæren deres. Spesielle gasser etterlater signaturer i en klodens spekter, som fingeravtrykk eller DNA-markører. Ved å oppdage disse fingeravtrykkene, kan forskere lære om atmosfærens sammensetning og til og med utlede tilstedeværelsen av skyer.
I dag består Jordens atmosfære av omtrent tre fjerdedeler nitrogen og en fjerdedel oksygen, med en liten prosentandel av andre gasser som karbondioksid og metan. Men for fire milliarder år siden var det ikke oksygen til stede. Jordens atmosfære har utviklet seg gjennom seks distinkte epoker, hver preget av en spesiell blanding av gasser. Ved hjelp av en datakode utviklet av Traub og CfA-kollega Ken Jucks, modellerte Kaltenegger og Traub hver av jordas seks epoker for å bestemme hvilke spektrale fingeravtrykk som ville bli sett av en fjern observatør.
"Ved å studere Jordens fortid, kan vi lære om dagens verdener," forklarte Traub. "Hvis en ekstrasolar planet blir funnet med et spekter som ligner på en av modellene våre, kan vi potensielt karakterisere den planetens geologiske tilstand, dens levedyktighet og i hvilken grad livet har utviklet seg på den."
For bedre å forstå disse tidsperiodene, eller "epoker", og for å sette dem i perspektiv, kan man skalere jordas 4,5 milliarder år lange historie ned til ett år, ved å legge ved datoer som begynner med 1. januar - datoen Jorden dannet.
EPOCH 0 - 12. februar
På Epoch 0 (for 3,9 milliarder år siden), hadde den unge jorden en turbulent, dampende atmosfære bestående hovedsakelig av nitrogen, karbondioksid og hydrogensulfid. Dagene var kortere, og solen var mørkere og skinte som en rød orb gjennom vår oransje mursteinfargede himmel. Det ene havet som dekket hele planeten vår var en gjørmete brun som absorberte bombardement fra innkommende meteorer og kometer. Karbondioksid bidro til å varme vår verden siden spedbarnet Sun var en tredje mindre lysende enn i dag. Selv om ingen fossiler overlevde fra denne tidsperioden, kan isotopiske signaturer av livet ha blitt etterlatt i grønlandske bergarter.
EPOCH 1 - 17. mars
For rundt 3,5 milliarder år siden (Epok 1) inneholdt planetlandskapet vulkaniske øykjeder som pirket ut av det enorme globale havet. Det første livet på jorden var anaerobe bakterier - bakterier som kunne leve uten oksygen. Disse bakteriene pumpet store mengder metan ut i planetens atmosfære, og endret den på påviselige måter. Hvis lignende bakterier finnes på en annen planet, kan fremtidige oppdrag som TPF og Darwin oppdage fingeravtrykket sitt i atmosfæren.
EPOCH 2 - 5. juni
For rundt 2,4 milliarder år siden (Epok 2) nådde atmosfæren sin maksimale metankonsentrasjon. De dominerende gassene var nitrogen, karbondioksid og metan. Kontinentale landmasser begynte å danne seg. Blågrønne alger begynte å pumpe store mengder oksygen ut i atmosfæren. Store forandringer var i ferd med å skje.
"Jeg beklager å si de første tegnene til E.T. vil sannsynligvis ikke være radio- eller TV-sendinger; I stedet kan det være oksygen fra alger, klaget Kaltenegger.
EPOCH 3 - 16. juli
For to milliarder år siden (Epok 3) skiftet disse første fotosyntetiske organismer atmosfærens balanse permanent - de produserte oksygen, en svært reaktiv gass som renset ut mye av metan og karbondioksid, samtidig som de kvelte de anaerobe, metan-produserende bakteriene. Dermed fikk planetens atmosfære sitt første gratis oksygen. Landskapet nå var flatt og fuktig. Med vulkaner som røk i det fjerne, skapte strålende fargede bassenger med grønnbrun avskum en glans på det stankfylte vannet. Oksygenrevolusjonen var helt i gang.
"Innføringen av oksygen var katastrofalt for det dominerende livet på jorden på den tiden; det forgiftet det, ”sa Traub. "Men samtidig gjorde det flercellede liv, inkludert menneskeliv, mulig."
EPOCH 4 - 13. oktober
For 800 millioner år siden gikk jorden inn i Epok 4, med fortsatt økning i oksygennivået. Denne tidsperioden sammenfaller med det som nå er kjent som "Cambrian Explosion." Fra 550 til 500 millioner år siden er den kambriske perioden en betydelig markørpost i livets historie på jorden: Det er den tiden de største dyregruppene først vises i fossile poster. Jorden var nå dekket med sumper, hav og noen få aktive vulkaner. Havene gikk sammen med livet.
EPOCH 5 - 8. november
Til slutt, for 300 millioner år siden i Epok 5, hadde livet flyttet fra havene til land. Jordens atmosfære hadde nådd sin nåværende sammensetning av først og fremst nitrogen og oksygen. Dette var begynnelsen på den mesozoiske perioden som inkluderte dinosaurene. Naturen så ut som Jurassic Park på en søndag ettermiddag.
EPOCH 6 - 31. desember (11:59:59)
Det spennende spørsmålet som gjenstår er: Hvordan ville Epok 6, tidsperioden mennesker okkuperer i dag, se ut? Kunne vi oppdage de tydelige tegnene på fremmede teknologier på fjerne verdener?
Når den generelle konsensus bygger blant forskere om at menneskelig aktivitet har endret jordas atmosfære ved å legge inn karbondioksid så vel som gasser som Freon, kan vi identifisere de spektrale fingeravtrykkene til disse biproduktene i andre verdener? Selv om satellitter med jordomløp og ballongeksperimenter kan måle disse endringene her hjemme, er det å oppdage lignende effekter på en fjern verden utenfor selv mulighetene til kommende programmer som Terrestrial Planet Finder og Darwin. Det vil kreve gigantiske flotillaer av fremtidige rombaserte infrarøde teleskoper for å kunne utføre disse målingene.
"Så avskrekkende som denne utfordringen høres ut," sa Kaltenegger, "jeg tror på de neste tiårene vil vi vite om vår lille blå verden er helt alene i universet eller ikke, eller om det er naboer der ute som venter på å møte oss."
Denne forskningen ble finansiert av NASA.
Hovedkvarter i Cambridge, Mass., Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), er et felles samarbeid mellom Smithsonian Astrophysical Observatory og Harvard College Observatory. CfA-forskere, organisert i seks forskningsavdelinger, studerer universets opprinnelse, evolusjon og endelige skjebne.
Originalkilde: CfA News Release
