Kosmos  / News

Teleskop Hubble'a zamienił Księżyc w zwierciadło. W ten sposób będziemy szukać życia na innych planetach

Podczas całkowitego zaćmienia Księżyca, astronomowie korzystający z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a odkryli ozon w atmosferze Ziemi. Za pomocą tej samej metody będą mogli poszukiwać życia na planetach podobnych do Ziemi, krążących wokół innych gwiazd.

Były to pierwsze obserwacje całkowitego zaćmienia księżyca za pomocą teleskopu kosmicznego, oraz pierwsze obserwacje zaćmienia w zakresie promieniowania ultrafioletowego.

Aby przygotować się do badania egzoplanet za pomocą dużo większych, dopiero powstających teleskopów, astronomowie postanowili przeprowadzić kilka eksperymentów znacznie bliżej, biorąc za cel swoich obserwacji jedyną, jak na razie znaną planetę z życiem: Ziemię. Idealne ułożenie Ziemi, Słońca i Księżyca w trakcie całkowitego zaćmienia Księżyca pozwala badać Ziemię tak jak będą badane planety skaliste przechodzące na tle tarczy swojej gwiazdy macierzystej.

Diagram przedstawiający geometrię zaćmienia Księżyca. Źródło: ESA/Hubble, M. Kornmesser

W opisywanym tutaj przypadku Hubble nie patrzył bezpośrednio na Ziemię. Zamiast tego astronomowie wykorzystali Księżyc jako zwierciadło odbijające promienie Słońca, które przeleciały przez ziemską atmosferę. Wykorzystując teleskop kosmiczny do obserwacji zaćmienia astronomowie otrzymują dużo dokładniejsze dane niż z teleskopów naziemnych, ponieważ zebrane dane nie są zanieczyszczone wpływem atmosfery ziemskiej.

Obserwacje stanowiły dla Hubble’a nie lada wyzwanie

Tuż przed zaćmieniem Księżyc jest bardzo jasny, a jego powierzchnia nie jest idealnym zwierciadłem jako, że jest usiana jaśniejszymi i ciemniejszymi obszarami. Co więcej, Księżyc jest tak blisko Ziemi, że Hubble musiał się nieźle natrudzić, aby spoglądać cały czas w ten sam fragment powierzchni, aby śledzić ruch Księżyca względem obserwatorium.

W trakcie pomiarów, teleskop zarejestrował silny sygnał ozonu, elementu niezbędnego dla istnienia życia takiego jakie znamy. Choć sygnatury ozonu wykrywano już za pomocą teleskopów naziemnych podczas zaćmień, to obserwacje prowadzone za pomocą Hubble’a dały najsilniejszy sygnał tej cząsteczki, ponieważ Hubble może obserwować promieniowanie emitowane w zakresie ultrafioletowym, które jest pochłaniane przez naszą atmosferę i nie dociera do powierzchni Ziemi.

Zachodzące na przestrzeni miliardów lat procesy fotosyntezy sprawiły, że atmosfera Ziemi zawiera bardzo dużo tlenu i posiada grubą warstwę ozonową. Dopiero 600 milionów lat temu atmosfera Ziemi uzbierała na tyle dużo ozonu, aby skutecznie chronić życie przed szkodliwym promieniowaniem ultrafioletowym emitowany przez Słońce. Dopiero wtedy życie zaczęło wychodzić z oceanów na powierzchnię lądów.

Odkrycie ozonu w widmie egzoplanety byłoby znaczącym odkryciem, bowiem jest on fotochemicznym skutkiem ubocznym obecności tlenu cząsteczkowego, który z kolei jest emitowany przez organizmy żywe – tłumaczy Alison Youngblood z Laboratorium Fizyki Atmosfery i Przestrzeni Kosmicznej w Kolorado.

Hubble zarejestrował widmową sygnaturę ozonu w ultrafiolecie w świetle słonecznym przefiltrowanym przez ziemską atmosferę podczas zaćmienia Księżyca, do którego doszło 20-21 stycznia 2019 r. W tym samym czasie kilka innych teleskopów także wykonywało obserwacje spektroskopowe na różnych długościach fali, poszukując w atmosferze Ziemi takich składników jak tlen, metan, woda czy tlenek węgla.

Nasze badania wyraźnie wskazują na korzyści płynące z obserwacji spektroskopowych w zakresie ultrafioletu dla badaczy, którzy będą opisywać egzoplanety. – mówi Antonio Garcia Munoz z Uniwersytetu Technicznego w Berlinie.

Atmosfery niektórych egzoplanet można badać, kiedy planety przechodzą na tle tarczy swojej gwiazdy, w trakcie tzw. tranzytu. Podczas tranzytu, światło emitowane przez gwiazdę przelatuje w części przez atmosferę egzoplanety. Związki chemiczne obecne w atmosferze takiej planety pozostawiają charakterystyczne ślady na świetle gwiazdy. Jak na razie badacze próbowali już takich obserwacji, ale dotyczyły one ogromnych gazowych olbrzymów, których atmosfery są rozległe i bardzo grube. W przypadku planet skalistych podobnych do Ziemi, prowadzenie takich obserwacji jest dużo trudniejsze, bowiem sama planeta jest dużo mniejsza, a i jej atmosfera jest zazwyczaj niezwykle cienka.

Z tego też powodu badacze będą potrzebowali teleskopów kosmicznych dużo większych od Hubble’a, aby w ogóle myśleć o zbieraniu delikatnego światła przechodzącego przez atmosfery małych planet w odległych układach planetarnych.

Odkrycie ozonu w atmosferze skalistej egzoplanety nie będzie jednak automatycznie oznaczało, że na jej powierzchni znajduje się życie.

Do takiego stwierdzenia będziemy potrzebowali także sygnatur widmowych innych związków, a one już nie są widoczne w zakresie ultrafioletowym – dodaje Youngblood.

Na zdjęciu zaznaczono fragment Księżyca, w który wpatrywał się Kosmiczny Teleskop Hubble'a mierząc ilość ozonu w atmosferze Ziemi.

Astronomowie będą musieli poszukiwać kombinacji biosygnatur, np. ozonu i metanu, poszukując śladów życia na innych planetach. Tutaj też warto pamiętać, że np. ozon zbiera się w atmosferze na przestrzeni setek milionów lat. Zaledwie 2 miliardy lat temu w atmosferze ziemskiej ozonu było wielokrotnie mniej.

A teraz zdanie pojawiające się w tego typu artykułach od wielu lat: zbliżający się wielkimi krokami Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, którego start zapowiadany jest na przyszły rok będzie w stanie zaglądać głęboko w atmosfery planet i wykrywać w nich obecność metanu i tlenu.

Spodziewamy  się, że JWST znacząco przesunie granice możliwości spektroskopii transmisyjnej w badaniu atmosfer egzoplanetarnych – mówi Garcia Munoz.

Co ważne, będzie on w stanie odkrywać metan i tlen w atmosferach planet krążących wokół pobliskich, małych gwiazd.

Nie przegap nowych tekstów. Obserwuj Spider's Web w Google News.

przeczytaj następny tekst


przeczytaj następny tekst


przeczytaj następny tekst


przeczytaj następny tekst


przeczytaj następny tekst