Hvordan ville detektere metan hjælpe astronomer med at identificere, om eksoplaneter eller endda eksomoner har liv, som vi kender det, eller endda som vi ikke ved det? Dette er, hvad en nylig undersøgelse offentliggjort i The Astronomical Journal Håber at tackle som et team af forskere ledet af NASA Goddard Space Flight Center undersøgte, hvordan en metode kaldet Barbie (Bayesian -analyse til fjernbiosignaturidentifikation på Exoearths) kunne bruges på en fremtidig rummission til at detektere metan (CH4) på jordlignende exoplaneter i optiske (synlige) og næsten infrarøde (NIR) bølgelængder.
Denne undersøgelse bygger på tidligere undersøgelser ved hjælp af Barbie, kendt som Barbie 1 og Barbie 2, og har potentialet til at hjælpe forskere og ingeniører med at udvikle nye metoder til at finde livet ud over Jorden og i hele kosmos.
Her diskuterer Universe Today denne utrolige undersøgelse med Natasha Latouf, som er ph.d. Kandidat i Institut for Fysik og Astronomi ved George Mason University og hovedforfatter af undersøgelsen vedrørende motivationen bag undersøgelsen, betydelige resultater, potentielle opfølgningsundersøgelser, næste trin for Barbie, betydningen af at detektere metan på jordlignende eksoplaneter , og hvis Natasha tror, at vi nogensinde finder liv på jordlignende eksoplaneter. Derfor, hvad var motivationen bag undersøgelsen?
Latouf fortæller Universe i dag, “Vi udviklede Barbie-metodikken for hurtigt at undersøge store mængder parameterrum og tage informerede beslutninger om de resulterende observationsudvekslinger. Metan er en vigtig kontekstuel biosignatur, som vi ville være meget interesseret i at opdage, især med Andre biosignaturer som O2“
Som navnet siger, brugte Barbie det, der er kendt som en Bayesian -inferens, som er en statistisk metode, der anvendes til at bestemme datsandsynlighedsresultater baseret på et givet input af data, hvilket betyder, at sandsynligheden ændres baseret på yderligere dataindgang.
Som bemærket bygger dette arbejde fra tidligere undersøgelser, der involverer Barbie, med de undersøgende parametre, herunder observation af eksoplaneter i optiske bølgelængder med planetparametre, herunder overfladetryk, overfladealbedo, tyngdekraft sammen med vand (H2O), ilt (o2) og ozon (O3) overflod.
Imidlertid indikerede disse resultater, at kun iltrige atmosfærer var observerbare i optiske bølgelængder, hvor forfatterne bemærkede, at parametrene var for begrænsede. Med dette arbejde, kendt som Barbie 3, tilføjede teamet NIR -bølgelængder og CH4 til parametrene for at udvide parametrene for mere ønskelige resultater. Derfor, hvad var de mest markante resultater fra denne undersøgelse?
“Det mest markante resultat fra denne undersøgelse er det interessante samspil mellem H2O og kap4 I den næsten infrarøde (NIR), “siger Latouf.” Mens vi vidste, at den spektrale funktion H2O og kap4 Overlap stærkt i NIR og ville sandsynligvis forårsage nogle problemer med detekterbarhed, hvad vi ikke vidste var, hvor meget denne virkning betyder noget.
“Faktisk finder vi det på tilstrækkelig høj CH4det signal-til-støjforhold (SNR), der kræves for stærkt at registrere H2O skyder op, og den samme omvendt. I det væsentlige skal vi være forsigtige, før vi hævder, at en planet ikke har nogen h2O eller kap4for hvis begge er til stede, mangler vi måske en! Der er i øjeblikket opfølgningsundersøgelser, ledet af min fantastiske post-bac celeste hagee, der studerer, hvordan detekterbarheden af biosignaturer i NIR ændres, hvis vi tilføjer co2 ind i blandingen! “
Sammen med at opbygge tidligere Barbie -studier fokuserer denne undersøgelse på at bidrage til de planlagte NASA Habeable Worlds Observatory (HWO) Mission, som blev anbefalet af National Academies of Sciences, Engineering and Medicine (NASEM) Decadal Survey on Astronomy and Astrophysics 2020 og IS I øjeblikket planlagt at lancere engang i 2040’erne.
Målet med HWO vil være at analysere 25 potentielt beboelige eksoplaneter, der kontrasterer fortid og nuværende exoplanet-jagtmissioner som NASAs Kepler og NASAs TESS (transitering af exoplanet-undersøgelsessatellit) missioner, hvis mål var at lokalisere og identificere så mange exoplaneter som muligt .
HWO vil bruge en kombination af den direkte billeddannelsesmetode til at finde eksoplanetterne og dens spektroskopiinstrumenter til at analysere deres respektive atmosfærer til biosignaturer, specifikt ilt og metan.
Sammen med at identificere og analysere potentielle beboelige eksoplaneter inkluderer de andre videnskabelige mål galaksevækst, elementudvikling fra Big Bang indtil nu og vores solsystem og dets plads i universet. Derfor, hvilke næste skridt skal tages for at Barbie skal blive en realitet på en fremtidig exoplanet -billeddannelsesmission som HWO?
“Årsagen til, at Barbie er nyttigt, er fordi det giver et enormt skår af information om masser af parameterrum meget hurtigt – det betyder, at vi kan bruge disse data til at opbygge fremtidige teleskoper,” siger Latouf.
“For eksempel, hvis vi prøver at forstå, om vi har brug for 20% eller et 40% koronafsnit for at opdage biosignaturer stærkt i det optiske regime, kan vi se på, hvordan 20% og 40% påvirker detektion af biosignaturer og Derfra træffer beslutningen om, hvorvidt videnskabens fordel ved 40% er værd at de øgede omkostninger. “
Dette er ikke første gang, forskere har postuleret, at metan kan være en nøgleindikator for livet på eksoplaneter, som en undersøgelse fra 2022 offentliggjort i Forløb af National Academy of Sciences Diskuterede, hvordan atmosfærisk metan skal betragtes som et exoplanet -biosignatur og være målrettet af rumteleskoper som NASAs James Webb Space Telescope (JWST).
Inden for vores eget solsystem er methan en nøglekomponent i Saturns største måne, Titan, med forskere, der antager, at dens skorpe kunne indeholde metan. Derudover oplever Mars sæsonbestemte ændringer i metangasser, der holder forskere forundrede over dens oprindelse. Derfor, hvad er betydningen af at identificere metan på jordlignende eksoplaneter?
Latouf siger, “Ch4 er en kontekstuel biosignatur – hvis vi finder tilstrækkelige mængder CH4 og o2 I en atmosfære sammen betyder det, at atmosfæren er i ulighed. Det betyder, at der skal være noget, der producerer disse niveauer af CH4 og o2og afhængigt af forekomsten af hver enkelt, ville tegnene pege på en form for liv bag denne produktion. “
Denne undersøgelse kommer, da antallet af bekræftede exoplaneter i øjeblikket totaler 5.832, hvor 212 udpeges som terrestriske (stenede) eksoplaneter eller eksoplaneter, der er jordstore eller mindre. Et primært eksempel på jordbaserede eksoplaneter inkluderer Trappist-1-systemet, der bor lidt over 40 lysår fra Jorden og antages i øjeblikket at være vært for syv jordstore eksoplaneter med mindst tre kredsløb i sin stjerners beboelige zone, som er den rigtige afstand fra Stjernen til at understøtte overfladevæske vand som jord.
Den nærmeste kendte terrestriske eksoplanet til Jorden er Proxima Centauri B, som er 4,24 lysår fra Jorden og kredsløb inden for sin stjernes Hz på trods af at dens bane kun er 11,2 dage. Dette betyder dog også, at Proxima Centauri B sprænges af ultraviolet stråling, hvilket betyder, at dens overflade måske ikke er egnet til livet, som vi kender det. Tror Latouf derfor, at vi nogensinde vil finde liv på jordlignende eksoplaneter, og hvilke jordlignende eksoplaneter er især interessante for hende?
“Efter min mening tror jeg, at vi vil,” siger Latouf. “Vil det ske i min levetid? At jeg ikke er sikker på-men jeg tror, at vi til sidst finder livet! Selvom det lyder kedeligt den mest jordlignende planet, jeg er interesseret i, er … Jorden. Vi har denne vidunderlige gave på denne planet, med alle de nøjagtige rigtige forhold.
For tiden forbliver Barbie på tegnebrættet, men det demonstrerer det videnskabelige samfunds utrættelige engagement i at forbedre tidligere designs med det mål at svare på, om livet eksisterer ud over Jorden og i hele kosmos.
Fremover bemærker forfatterne, at det fremtidige arbejde fortsat vil forbedre Barbies kapaciteter, herunder detektering af alle molekyler over HWOs hele bølgelængdeområde, som Ultraviolet, ud over optiske og NIR. De planlægger også at teste, om koronagraph -detektorer, der blokerer lys fra en stjerne til både at afsløre og forbedre exoplanetanalyse, er egnede til at identificere molekyler i en eksoplanets atmosfære.
Latouf afslutter med at fortælle Universe i dag, “Jeg vil understrege, at det er meget let at se et afsluttet papir og tænke for dig selv, især som en tidlig karriere, ‘Jeg kunne aldrig gøre det.’ Barbie var et projekt, der blev oprettet af et team – Sure, jeg satte min specielle branding på det og gjorde arbejdet, men projektet blev født af åbent samarbejde og kommunikation. Cirka 3,5 år og mange, mange tilbageslag.
“Dette arbejde er svært, det er ikke let, og ingen finder det let. Alt dette at sige – hvis du arbejder på noget, og ser på andre, der tænker, at du ikke kan gøre det som de kan, bare ved: de ‘ Re læring og voksende også, og videnskab er aldrig så let som det ser ud. “