V posledních několika desetiletích astronomové potvrdili existenci tisíců planet mimo naši sluneční soustavu. Postupem času se tento proces posunul od objevu k charakterizaci v naději, že najde, které z těchto planet jsou schopné podporovat život. Prozatím jsou tyto metody v přírodě nepřímé, což znamená, že astronomové mohou usoudit pouze tehdy, je-li planeta obyvatelná na základě toho, jak se podobá Zemi.
Tým vědců z Cornelllu nedávno vytvořil pět modelů, které představují klíčové body v evoluci Země, aby pomohly při lovu „potenciálně obyvatelných“ exoplanet. Tyto „snímky“ toho, jak Země vypadala během různých geologických epoch, by mohly výrazně zlepšit hledání mimozemského života tím, že by poskytly úplnější obrázek o tom, jak by mohla vypadat planeta nesoucí život.
Studie, která se nedávno objevila v EU Astrofyzikální deníky, byla vedena Lisou Kalteneggerovou - docentkou astronomie na Cornell University a ředitelkou Institutu Carla Sagana (CSI). Kaltenegger a její tým použili jako vodítko předchozí geologické epochy a vytvořili spektrální šablony, které pomohou dalekohledům nové generace v honbě za planetami podobnými Zemi.
Patří mezi ně James Webb Space Telescope (JWST) a Širokoúhlý infračervený kosmický dalekohled (WFIRST), který se rozmístí do vesmíru v letech 2021 a 2024. Jak Kaltenegger vysvětlil v nedávné tiskové zprávě CSI:
"Tyto nové generace vesmírných a pozemních dalekohledů ve spojení s našimi modely nám umožní identifikovat planety, jako je naše Země, do vzdálenosti asi 50 až 100 světelných let."
„S využitím naší vlastní Země jako klíče jsme vytvořili pět odlišných epoch Země, abychom poskytli šablonu, jak můžeme charakterizovat potenciální exo-Zemi - od mladé prebiotické Země po náš moderní svět. Tyto modely nám také umožňují prozkoumat, v jakém bodě vývoje Země mohl vzdálený pozorovatel identifikovat život na „bledě modrých tečkách“ vesmíru a dalších podobných světech. “
Abychom to všechno rozbili, astronomové se v současné době omezují na hledání planet, které se podobají Zemi, hlavně proto, že Země je jedinou známou planetou, která podporuje život. Podmínky, které dnes na Zemi vidíme, jsou však pouze jedním snímkem toho, jak naše planeta v průběhu času vypadala. V minulosti byla geologie a atmosféra Země nesmírně odlišná, což hrálo zásadní roli ve vývoji pozemského života.
Kvůli jejich studii Kaltenegger a její tým vytvořili atmosférické modely, které odpovídají tomu, jak vypadala Země před 3,9 miliardami let. Tato „prebiotická Země“ měla atmosféru složenou převážně z oxidu uhličitého. Druhý model, „anoxická Země“, ukazuje, jak naše planeta vypadala před 3,5 miliardami let, když atmosféra neobsahovala kyslík.
Tři další modely odhalují přechod Země do současnosti, mezi něž patřil nárůst fotosyntetických organismů (asi před 3,5 miliardami let) a „Velká událost kyslíku“ (asi před 2,4 až 2 miliardami let). Během těchto epoch se kyslík v naší atmosféře postupně zvyšoval z koncentrace 0,2% na současnou úroveň 21%. Jak Kaltenegger řekl:
"Naše Země a vzduch, který dýcháme, se od doby, kdy se Země vytvořila před 4,5 miliardami let, drasticky změnil. Poprvé se tento článek zabývá tím, jak astronomové, kteří se snaží najít světy podobné našemu, mohou v tranzitu spatřit mladé až moderní planety podobné Zemi. naše vlastní historie Země jako šablona. “
I když není známo přesně, kdy Země dosáhla atmosféry s velkým množstvím kyslíku, tyto modely poskytují rámec pro to, jaké atmosférické prvky byly na Zemi přítomny před miliardami let. Na základě těchto šablon je pravděpodobné, že exoplanety, které mají atmosférické hladiny menší než 1% kyslíku, vykazují známky vznikající biologie, ozonu a metanu.
Kromě kosmických dalekohledů, jako jsou JWST a WFIRST, pozemní dalekohledy, jako je ESO Extremely Large Telescope (ELT), Thirty Meter Telescope (TMT) a Giant Magellan Telescope (GMT). Díky své vysoké citlivosti a adaptivní optice budou tyto dalekohledy schopny provádět přímé zobrazovací průzkumy vzdálených exoplanet a charakterizovat jejich atmosféru.
S těmito nástroji budou astronomové moci sledovat, jak menší, skalnaté exoplanety s pevnějšími oběžnými dráhami (aka. „Planety podobné Zemi“), jak přecházejí před svými hostitelskými hvězdami (tzv. Tranzitní metoda). Když k tomu dojde, sluneční světlo projde jejich atmosférou a vytvoří spektra, která astronomové použijí k určení toho, jaké chemikálie jsou přítomny.
"Jakmile exoplaneta přejde a zablokuje část své hostitelské hvězdy, můžeme dešifrovat její atmosférické spektrální podpisy," řekl Kaltenegger. "Pomocí geologické historie Země jako klíče můžeme snáze spatřit chemické známky života na vzdálených exoplanetách."
Pokud je geologická historie Země náznakem, planety, které jsou schopné života podporovat, procházejí některými vážnými přechody, částečně proto, že vývoj života ovlivňuje vývoj planety. V tomto ohledu mají kvalifikátory jako „Země podobné“ a „potenciálně obyvatelné“ časový rozměr, který zahrnuje řadu podmínek v průběhu času.
