Η μελέτη των εξωπλανητών έχει ωριμάσει αρκετά τα τελευταία δέκα χρόνια. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, η πλειοψηφία του υπερ 4000 εξωπλανήτες που είναι σήμερα γνωστά σε εμάς ανακαλύφθηκαν. Ήταν επίσης κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου που η διαδικασία άρχισε να μετατοπίζεται από τη διαδικασία της ανακάλυψης στον χαρακτηρισμό. Επιπλέον, τα όργανα επόμενης γενιάς θα επιτρέψουν μελέτες που θα αποκαλύψουν πολλά για τις επιφάνειες και τις ατμόσφαιρες των εξωπλανητών.
Αυτό εγείρει φυσικά το ερώτημα: τι θα έβλεπε ένα αρκετά προηγμένο είδος αν μελετούσε τον πλανήτη μας; Χρησιμοποιώντας δεδομένα πολλαπλών μηκών κύματος της Γης, μια ομάδα επιστημόνων του Caltech κατάφερε να κατασκευάσει έναν χάρτη πώς θα έμοιαζε η Γη σε μακρινούς εξωγήινους παρατηρητές. Εκτός από την αντιμετώπιση της φαγούρας της περιέργειας, αυτή η μελέτη θα μπορούσε επίσης να βοηθήσει τους αστρονόμους να ανακατασκευάσουν τα επιφανειακά χαρακτηριστικά του ' Σαν γη εξωπλανήτες στο μέλλον.
Η μελέτη που περιγράφει τα ευρήματα της ομάδας, με τίτλο « Η Γη ως εξωπλανήτης: Ένας δισδιάστατος χάρτης εξωγήινων », εμφανίστηκε πρόσφατα στο περιοδικόScience Magκαι έχει προγραμματιστεί για δημοσίευση στοThe Astrophysical Journal Letters. Η μελέτη διεξήχθη από τον Siteng Fan και περιλάμβανε πολλούς ερευνητές από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια Τομέας Γεωλογικών και Πλανητικών Επιστημών (GPS) και το Εργαστήριο Jet Propulsion της NASA.
Η εντύπωση του καλλιτέχνη για μια ατμόσφαιρα εξωπλανήτη που αντιδρά από την αλληλεπίδραση με το αστέρι του. Πιστώσεις: NASA, ESA και G. Bacon (STSci)
Όταν αναζητούν δυνητικά κατοικήσιμους πλανήτες πέρα από το ηλιακό μας σύστημα, οι επιστήμονες αναγκάζονται να ακολουθήσουν την έμμεση προσέγγιση. Δεδομένου ότι οι περισσότεροι εξωπλανήτες δεν μπορούν να παρατηρηθούν άμεσα για να μάθουμε την ατμοσφαιρική τους σύνθεση ή τα χαρακτηριστικά της επιφάνειας τους (γνωστός και ως. Άμεση Απεικόνιση ), οι επιστήμονες πρέπει να είναι ικανοποιημένοι με τις ενδείξεις που δείχνουν πόσο «όμοιος με τη Γη» είναι ένας πλανήτης.
Όπως είπε ο Fan στο Universe Today μέσω email, αυτό αντανακλά τους περιορισμούς με τους οποίους αναγκάζονται επί του παρόντος να αντιμετωπίσουν οι αστρονόμοι και οι μελέτες εξωπλανητών:
«Πρώτον, οι τρέχουσες μελέτες εξωπλανητών δεν έχουν καταλάβει ποιες είναι οι ελάχιστες απαιτήσεις για κατοικησιμότητα. Υπάρχουν ορισμένα προτεινόμενα κριτήρια, αλλά δεν είμαστε σίγουροι εάν είναι επαρκή ή απαραίτητα. Δεύτερον, ακόμη και με αυτά τα κριτήρια, οι τρέχουσες τεχνικές παρατήρησης δεν είναι αρκετά καλές για να επιβεβαιώσουν την κατοικησιμότητα, ειδικά σε εξωπλανήτες που μοιάζουν με τη Γη, λόγω της δυσκολίας ανίχνευσης και περιορισμού τους».
Δεδομένου ότι η Γη είναι ο μόνος πλανήτης που γνωρίζουμε ότι είναι ικανός να υποστηρίξει ζωή, η ομάδα θεώρησε ότι οι απομακρυσμένες παρατηρήσεις της Γης θα μπορούσαν να λειτουργήσουν ως αντιπρόσωπος ενός κατοικήσιμου εξωπλανήτη όπως παρατηρήθηκε από έναν μακρινό πολιτισμό. «Η Γη είναι ο μόνος πλανήτης που γνωρίζουμε ότι περιέχει ζωή», είπε ο Φαν. «Η μελέτη του πώς μοιάζει η Γη στους μακρινούς παρατηρητές θα μας έδινε την κατεύθυνση για το πώς να βρούμε πιθανούς κατοικήσιμους εξωπλανήτες».
Άμεση εικόνα εξωπλανητών γύρω από το αστέρι HR8799 με χρήση στεφανογράφου Vortex σε τμήμα 1,5 m του τηλεσκοπίου Hale. Πιστώσεις: NASA/JPL-Caltech/Αστεροσκοπείο Palomar
Ένα από τα πιο σημαντικά στοιχεία του κλίματος της Γης (και το οποίο είναι κρίσιμο για όλη τη ζωή στην επιφάνειά της) είναι ο κύκλος του νερού, ο οποίος έχει τρεις διακριτές φάσεις. Αυτά περιλαμβάνουν την παρουσία υδρατμών στην ατμόσφαιρα, σύννεφα συμπυκνωμένου νερού και σωματιδίων πάγου και την παρουσία υδάτινων σωμάτων στην επιφάνεια.
Ως εκ τούτου, η παρουσία αυτών θα μπορούσε να θεωρηθεί ως πιθανές ενδείξεις κατοικησιμότητας και ακόμη και ενδείξεις ζωής (γνωστοί και ως βιουπογραφές) που θα μπορούσαν να παρατηρηθούν από απόσταση. Επομένως, η δυνατότητα αναγνώρισης επιφανειακών χαρακτηριστικών και νεφών σε εξωπλανήτες θα ήταν απαραίτητη προκειμένου να τεθούν περιορισμοί στην κατοικησιμότητα τους.
Για να προσδιορίσει πώς θα έμοιαζε η Γη στους μακρινούς παρατηρητές, η ομάδα συγκέντρωσε 9740 εικόνες της Γης που τραβήχτηκαν από τη NASA Παρατηρητήριο Κλίματος Βαθύ Διαστήματος (DSCOVR) δορυφόρος. Οι εικόνες λήφθηκαν κάθε 68 έως 110 λεπτά σε μια περίοδο δύο ετών (2016 και 2017) και κατάφεραν να συλλάβουν το φως που ανακλάται από την ατμόσφαιρα της Γης σε πολλαπλά μήκη κύματος.
Στη συνέχεια, ο Fan και οι συνεργάτες του συνδύασαν τις εικόνες για να σχηματίσουν ένα φάσμα ανάκλασης 10 σημείων που σχεδιάστηκε με την πάροδο του χρόνου, το οποίο στη συνέχεια ενσωματώθηκε στον γήινο δίσκο. Αυτό αναπαρήγαγε αποτελεσματικά πώς θα μπορούσε να μοιάζει η Γη σε έναν παρατηρητή που απέχει πολλά έτη φωτός, εάν παρατηρούσε τη Γη σε περίοδο δύο ετών.
Τα χαρακτηριστικά της επιφάνειας θα μπορούσαν να είναι πιο ευδιάκριτα χρησιμοποιώντας μια νέα μέθοδο που αναπτύχθηκε στο Caltech. Πίστωση: IAU/L. Calçada
«Βρήκαμε ότι το δεύτερο κύριο συστατικό της καμπύλης φωτός της Γης συσχετίζεται ισχυρά με το κλάσμα της ξηράς του φωτισμένου ημισφαιρίου (r^2=0,91)», είπε ο Fan. «Σε συνδυασμό με τη γεωμετρία προβολής, η ανακατασκευή του χάρτη γίνεται ένα πρόβλημα γραμμικής παλινδρόμησης».
Αφού ανέλυσε τις καμπύλες που προέκυψαν και τις σύγκρινε με τις αρχικές εικόνες, η ερευνητική ομάδα ανακάλυψε ποιες παράμετροι των καμπυλών αντιστοιχούσαν στην κάλυψη γης και σύννεφων. Στη συνέχεια επέλεξαν τις παραμέτρους που σχετίζονται περισσότερο με την περιοχή της γης και την προσάρμοσαν στην 24ωρη περιστροφή της Γης, η οποία τους έδωσε έναν χάρτη με περίγραμμα (που φαίνεται παραπάνω) που αντιπροσώπευε πώς θα έμοιαζε η καμπύλη φωτός της Γης από έτη φωτός μακριά.
Οι μαύρες γραμμές αντιπροσωπεύουν την παράμετρο χαρακτηριστικών της επιφάνειας και αντιστοιχούν κατά προσέγγιση στις ακτογραμμές των μεγάλων ηπείρων. Αυτά χρωματίζονται περαιτέρω με πράσινο για να παρέχουν μια κατά προσέγγιση αναπαράσταση της Αφρικής (κέντρο), της Ασίας (πάνω δεξιά), της Βόρειας και Νότιας Αμερικής (αριστερά) και της Ανταρκτικής (κάτω). Αυτό που βρίσκεται ανάμεσα αντιπροσωπεύει τους ωκεανούς της Γης, με τα πιο ρηχά τμήματα να σημειώνονται με κόκκινο και τα βαθύτερα με μπλε.
Αυτού του είδους οι αναπαραστάσεις, όταν εφαρμόζονται στις φωτεινές καμπύλες μακρινών εξωπλανητών, θα μπορούσαν να επιτρέψουν στους αστρονόμους να εκτιμήσουν εάν ένας εξωπλανήτης έχει τους ωκεανούς, τα σύννεφα και τα παγοκαλύμματα - όλα τα απαραίτητα στοιχεία ενός εξωπλανήτη «όμοια με τη Γη» (γνωστός και ως κατοικήσιμος). Όπως κατέληξε ο Fan:
«Η ανάλυση των καμπυλών φωτός σε αυτή την εργασία έχει επιπτώσεις στον προσδιορισμό των γεωλογικών χαρακτηριστικών και των κλιματικών συστημάτων στον εξωπλανήτη. Βρήκαμε ότι η διακύμανση της καμπύλης φωτός της Γης κυριαρχείται από τα σύννεφα και τη γη/ωκεανό, τα οποία είναι και τα δύο κρίσιμα για τη ζωή στη Γη. Ως εκ τούτου, οι εξωπλανήτες που μοιάζουν με τη Γη που διαθέτουν τέτοιου είδους χαρακτηριστικά θα είναι πιο πιθανό να φιλοξενήσουν ζωή».
Πλανήτες που μοιάζουν με τη Γη. Πίστωση εικόνας: JPL
Στο τακτοποιημένο μέλλον, όργανα επόμενης γενιάς όπως το Διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) θα επιτρέψει τις πιο λεπτομερείς έρευνες εξωπλανητών μέχρι σήμερα. Επιπλέον, επίγεια όργανα που έρχονται στο διαδίκτυο την επόμενη δεκαετία – όπως το Εξαιρετικά μεγάλο τηλεσκόπιο (ELT), το Τηλεσκόπιο τριάντα μέτρων (TMT), και το Γιγαντιαίο τηλεσκόπιο Μαγγελάνου (GMT) – αναμένεται να ενεργοποιηθεί άμεσες απεικονιστικές μελέτες μικρότερων, βραχωδών πλανητών που περιφέρονται πιο κοντά στα αστέρια τους.
Με τη βοήθεια μελετών που βοηθούν στην επίλυση των χαρακτηριστικών της επιφάνειας και των ατμοσφαιρικών συνθηκών, οι αστρονόμοι μπορεί τελικά να είναι σε θέση να πουν με σιγουριά ποιοι εξωπλανήτες είναι κατοικήσιμοι και ποιοι όχι. Με τύχη, η ανακάλυψη μιας Γης 2.0 (ή πολλών Γης για αυτό το θέμα) θα μπορούσε να είναι προ των πυλών!