סודות האינפרא אדום של כדור הארץ: מפתח למציאת חיים בעולמות רחוקים

החיים אכן אפשריים על פני כדור הארץ. זה הוכח במחקר שנערך על ידי המכון לפיסיקת חלקיקים ואסטרופיזיקה ב-ETH ציריך. כמובן, כוונת החוקרים לא הייתה לענות על השאלה עצמה. במקום זאת, הם השתמשו בכדור הארץ כדוגמה כדי להוכיח שמשימת החלל המתוכננת LIFE (Large Interferometer for Exoplanets) יכולה להיות הצלחה – ושהליך המדידה המתוכנן עובד.

מחפש חיים

עם רשת של חמישה לוויינים, יוזמת LIFE הבינלאומית בראשות ETH ציריך מקווה לגלות יום אחד עקבות של חיים על כוכבי לכת. מטרתו היא לבצע מחקר מפורט יותר של כוכבי לכת דמויי כדור הארץ – כוכבי לכת סלעיים הדומים לכדור הארץ בגודלם ובטמפרטורה אך מקיפים כוכבים אחרים.

התוכנית היא למקם חמישה לוויינים קטנים יותר בחלל קרוב ל טלסקופ החלל ג'יימס ווב. יחד, לוויינים אלה יהוו טלסקופ גדול שיפעל כאינטרפרומטר לקלוט קרינה תרמית אינפרא אדומה של כוכבי לכת. לאחר מכן ניתן להשתמש בספקטרום האור כדי להסיק את הרכבם של אותם כוכבי לכת חיצוניים והאטמוספרות שלהם. "המטרה שלנו היא לזהות תרכובות כימיות בספקטרום האור המרמזות על חיים על כוכבי הלכת החיצוניים", מסביר סשה קונץ, שמוביל את יוזמת LIFE.

כדור הארץ ככתם צנוע

במחקר, שפורסם זה עתה ב ה כתב עת אסטרופיזיהחוקרים ז'אן-​נואל מטלר, Björn S. Konrad, Sascha P. Quanz ורוית הלד חקרו עד כמה משימת LIFE יכולה לאפיין אקסופלנטיכולת המגורים של. לשם כך הם החליטו להתייחס לכדור הארץ כאילו הוא כוכב לכת אקסופלנט ולערוך תצפיות על כוכב הבית שלנו.

מה שמייחד את המחקר הוא שהצוות בדק את היכולות של משימת LIFE העתידית על ספקטרים ​​אמיתיים ולא מדומים. שימוש בנתונים מאחד ממכשירי המדידה האטמוספריים מופעל נאס"אלוויין התצפית של Aqua Earth, הם יצרו את ספקטרום הפליטה של ​​כדור הארץ בטווח האינפרא אדום האמצעי, כפי שעשוי להירשם בתצפיות עתידיות של כוכבי לכת אקזו-כוכבים.

שני שיקולים היו מרכזיים בפרויקט. ראשית, אם טלסקופ חלל גדול היה צופה בכדור הארץ מהחלל, איזה סוג של ספקטרום אינפרא אדום הוא יתעד? מכיוון שכדור הארץ היה נצפה ממרחק רב, הוא ייראה כמו כתם צנוע, ללא מאפיינים ניתנים לזיהוי כמו ים או הרים. המשמעות היא שהספקטרים ​​יהיו ממוצעים מרחביים וזמניים שתלויים באילו תצוגות של כוכב הלכת הטלסקופ יתפוס ולכמה זמן.

כיצד הפרספקטיבה ועונות השנה משפיעות על התצפיות?

מכאן, הפיזיקאים שאבו את השיקול השני במחקרם: אם הספקטרום הממוצע הללו היו מנותחים כדי לקבל מידע על תנאי האטמוספירה של כדור הארץ ותנאי פני השטח, באילו דרכים התוצאות היו תלויות בגורמים כמו גיאומטריה תצפיתית ותנודות עונתיות?

החוקרים שקלו שלוש גיאומטריות תצפית – שתי המראות מהקטבים ומבט משווני נוסף – והתמקדו בנתונים שתועדו בינואר וביולי כדי להסביר את השונות העונתיות הגדולות ביותר.

זיהוי מוצלח ככוכב לכת ראוי למגורים

הממצא המרכזי של המחקר מעודד: אם טלסקופ חלל כמו LIFE היה צופה בכוכב הלכת ממרחק של כ-30 שנות אור, הוא היה מוצא סימנים של עולם ממוזג וראוי למגורים. הצוות הצליח לזהות ריכוזים של הגזים האטמוספריים CO₂, מים, אוזון ומתאן בספקטרום האינפרא אדום של האטמוספירה של כדור הארץ, וכן תנאי פני השטח המעדיפים את התרחשות המים. עדויות לאוזון ומתאן חשובות במיוחד שכן גזים אלו מיוצרים על ידי הביוספרה של כדור הארץ.

תוצאות אלו אינן תלויות בגיאומטריית התצפית, כפי שהראו החוקרים. אלו חדשות טובות, מכיוון שגיאומטריית התצפית המדויקת לתצפיות עתידיות של כוכבי לכת דמויי כדור הארץ כנראה לא תהיה ידועה.

לעומת זאת, בהשוואה לתנודות עונתיות, התוצאה הייתה פחות חושפנית. "גם אם לא ניתן להבחין בקלות בעונתיות האטמוספרית, המחקר שלנו מדגים שמשימות חלל של הדור הבא יכולות להעריך אם כוכבי לכת יבשתיים ממוזגים בקרבת מקום ראויים למגורים או אפילו מיושבים", אומר קונץ.