|
Søkemetode for utenomjordisk liv testet under måneformørkelse |
 |
 |
 |
|
Skrevet av Håkon Dahle
|
|
lørdag 13. juni 2009 09:51 |
 Et spansk forskerteam benyttet Nordisk Optisk Teleskop til å foreta spektroskopiske observasjoner under måneformørkelsen 16. august i fjor. Observasjonene ble brukt til å teste en metode for å bestemme den kjemiske sammensetningen av atmosfæren til jordlignende eksoplaneter. Resultatene viser at det vil være lettere enn tidligere antatt å finne eventuelle tegn til biologisk aktivitet på slike planeter.
En måneformørkelse kan være en stemningsfull opplevelse. Den delen av månen som befinner seg i jordas helskygge mottar ikke direkte sollys, men blir belyst av sollys som har blitt spredt gjennom tykke lag av jordas atmosfære. Dette gir den formørkede månen en vakker rødlig farge. Molekylene i jordatmosfæren sprer lyset, og graden av spredning avhenger sterkt av lysets bølgelengde. Denne såkalte Rayleigh-spredningen er omvendt proporsjonal med bølgelengden i fjerde potens, og er årsaken til at himmelen er blå og at sola er rød ved soloppgang og solnedgang.
Planetatmosfæren er nøkkelen til å avsløre liv
Lyset som har passert gjennom jordatmosfæren, inneholder informasjon om atmosfærens kjemiske sammensetning. Lysspekteret kalles et transmisjonsspektrum og inneholder karakteristiske mørke bånd som skyldes at molekyler i jordatmosfæren absorberer lys på bestemte bølgelengder. De senere år har lignende transmisjonsspektre blitt brukt til å studere den kjemiske sammensetningen til ekstrasolare planeter (eksoplaneter) som passerer foran sin moderstjerne.
Av de 353 planetene som hittil er oppdaget omkring andre stjerner enn sola, kjenner man 59 planeter som passerer direkte foran sin moderstjerne. Til tross for at planeten bare formørker en ørliten brøkdel av lyset fra moderstjernen, og at stjernelyset som har passert gjennom planetatmosfæren utgjør en svært liten del av den totale lysmengden vi mottar, kan gassene i planetatmosfæren påvises gjennom å observere små endringer i spekteret fra stjernen. Disse endringene tilsvarer transmisjonsspekteret til planetatmosfæren.
Hittil har slike studier kun blitt foretatt for noen få gassplaneter som er vesentlig større enn jorda og går i baner svært nær sine moderstjerner. Med neste generasjons teleskoper på bakken og i verdensrommet kan man håpe å kunne studere atmosfæresammensetningen til eksoplaneter som ligner mer på vår egen lille steinklode.
 | | I februar i år kunne vi på jorda se en måneformørkelse. Den japanske månesonden KAGUYA så derimot at sola ble formørket av jorda. På bildesekvensen over sees jordatmosfæren som en lysende ring (nederste del av ringen mangler fordi den er under månehorisonten). Foto:JAXA/NHK |
Tester teorien på oss selv først
 | | Nordisk Optisk Teleskop. Foto: Håkon Dahle |
Første skritt i planleggingen av slike observasjoner er å finne ut hvordan et transmisjonsspektrum fra en jordlignende planet vil se ut, og observasjoner av måneformørkelser viser seg å være utmerket egnet til å foreta detaljerte målinger av jordas transmisjonsspektrum. En forskergruppe fra Astrofysikk-instituttet på Kanariøyene (Instituto de Astrofisica de Canarias) benyttet anledningen til å foreta slike målinger under måneformørkelsen 16. august i fjor.
Forskerne kombinerte observasjoner i synlig lys med ALFOSC-spektrografen ved Nordisk Optisk Teleskop (NOT) med infrarød spektroskopi med LIRIS-instrumentet ved det britiske William Herschel-teleskopet (WHT). Begge disse teleskopene befinner seg på La Palma, den nordvestligste av Kanariøyene. Kombinasjonen av spektra fra NOT og WHT ga målinger som til sammen dekket en stor del av det bølgelengdeområdet som er aktuelt for fremtidige spektroskopiske studier av eksoplaneter.
 | | Den delvise måneformørkelsen 16. august 2008. Bildet er tatt nær den maksimale fasen. Den rødlige delen av månen er
inne i jordens helskygge, mens den hvite nordlige (øvre) delen av månen
(overeksponert på dette bildet) er i jordens halvskygge og mottar
direkte sollys Foto: Håkon Dahle |
Under denne delvise måneformørkelsen lå månens sørpol i jordas helskygge mens en observatør ved månens nordpol kun ville se en del av sola dekket av jorda. Lyset som traff månens nordpol var dermed dominert av direkte sollys, mens belysningen på sørpolen var dominert av sollys som hadde passert gjennom jordatmosfæren. Ved å foreta spektroskopiske målinger av begge månens poler og trekke nordpol-spekteret fra sørpol-spekteret, kunne de spanske forskerne fjerne spektrale detaljer som stammer fra solas spektrum eller månens refleksjonsspektrum. På denne måten ville de kun sitte igjen med spektrallinjene fra transmisjonsspekteret til jordas atmosfære.
Lysspektra avslører liv
Absorpsjonsbåndene i jordatmosfærens transmisjonsspektrum viser "fingeravtrykkene" til gasser som vanndamp, karbondioksid, molekylært oksygen, ozon og metan. På jorden er det relative mengdeforholdet mellom disse gassene et tydelig tegn på biologisk aktivitet. Det høye oksygeninnholdet i jordas atmosfære kan for eksempel bare opprettholdes gjennom kontinuerlig produksjon av oksygen i planter og bakterier. En eventuell observasjon av et lignende transmisjonsspektrum for en eksoplanet vil kunne utgjøre det første tegn på at vi ikke befinner oss på den eneste bebodde kloden i universet.
 | | Figuren viser det kombinerte transmisjonsspekteret fra NOT og WHT, hvor de spektrale signaturene til vann, ozon, O2, karbondioksid og metan er markert. Y-akse: lysintensitet, x-akse: bølgelengde. Kilde: Nature |
Observasjonene av måneformørkelsen i fjor er gode nyheter for alle som drømmer om en slik oppdagelse. Absorpsjonsbåndene fra molekyler i jordatmosfæren viste seg å være tydeligere (og dermed lettere å observere) enn forutsagt fra tidligere modellberegninger.
De spanske forskerne målte også jordas refleksjonsspektrum ved å observere såkalt jordskinn på månen. Jordskinn sees tydeligst som et svakt blålig lysskjær på den "mørke" delen av månen når månefasen er en tynn sigd. Jordskinnet er lys som er reflektert fra jorda, og jordas refleksjonsspektrum tilsvarer det man ville kunne observere gjennom spektroskopiske studier av en jordlignende eksoplanet som man kan avbilde direkte. Det viste seg at flere detaljer som er viktige for leting etter liv, er vesentlig sterkere i transmisjonsspekteret enn i refleksjonsspekteret.
Framtidige muligheter
Første mulighet til å studere slike detaljer i transmisjonsspekteret til en jordlignende planet kommer med Hubble-romteleskopets arvtager, James Webb Space Telescope (JWST) som skal skytes opp i 2014. JWST vil ha tilstrekkelig følsomhet for å kunne studere atmosfæresammensetningen til jordlignende planeter omkring røde dvergstjerner i solas nærmeste nabolag. Fire år senere skal det europeiske Extremely Large Telescope (E-ELT) etter planen stå ferdig. E-ELT vil være vesentlig mer følsom enn JWST i den synlige delen av spekteret og de to observatoriene vil til sammen utgjøre en slagkraftig kombinasjon for å lete etter de første tegn til liv i universet.
Se også:
– Studenter oppdaget unik planet
– Fantastiske oppdagelser av nye solsystemer
– Måneformørkelsen 16.august 2008
– Flere artikler om eksoplaneter
– Pressemelding fra Science and Technology Facilities Council
Tilrettelagt av Jan-Erik Ovaldsen
|
