Farben von Alien Planet Mai Hinweis auf HabitabilitÀt

Im rasch voranschreitenden Feld der Exoplanetenforschung hilft es immer, einen Schritt voraus zu sein. Eine Handvoll felsiger Exoplaneten wurde bis heute entdeckt, und es ist nur eine Frage, bis sich die Schleusen öffnen und die Zahl der bekannten terrestrischen Exoplaneten explodiert. Diese Planeten könnten fremdes Leben tragen, aber woher wissen wir, welche einer genauen Inspektion würdig sind?

Das grundlegendste Kriterium bei der Suche nach bewohnbaren Planeten ist, dass sie flüssiges Wasser haben sollten, da flüssiges Wasser essentiell für das Leben ist, wie wir es kennen. Ein weiteres Kriterium ist die Suche nach Lebensräumen, in denen Leben auf der Erde existiert. Eine neue Studie von Siddharth Hegde und Lisa Kaltenegger vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Deutschland hat eine Methode aufgezeigt, die genau dies ermöglicht.

Organismen, die in Extremumgebungen recht glücklich leben können, so genannte Extremophile, definieren die Grenzen der Bewohnbarkeit. Durch die Identifizierung der Farben von Umgebungen, die bekanntermaßen ein Zufluchtsort für Extremophile auf der Erde sind, ist es möglich, nach ähnlichen Umgebungen auf Planeten zu suchen, die unseren eigenen ähnlich sind.

Natürlich, nur weil eine solche Umgebung existiert, heißt das nicht, dass sie tatsächlich das Zuhause fremder Leben ist. Diese Technik wird jedoch eine leistungsfähige anfängliche Charakterisierung von erdähnlichen Planeten liefern, wenn es möglich wird, sie direkt zu erkennen. Eine Folgeinspektion, die die Spektroskopie der Atmosphäre beinhaltet, könnte dann das Vorhandensein von vorhandenem Leben offenbaren. [Die 6 Orte, an denen man das Leben von Außerirdischen finden kann]

Von der roten Kante bis zu Extremophilen

Betrachtet man das von der Erde reflektierte Licht, so sind viele Zeichen des Lebens in das Spektrum eingebettet. Ein solches Beispiel ist das der Vegetation, da das Chlorophyll in Pflanzen im Infrarotlicht mehr Licht reflektiert als im sichtbaren Licht. Diese Eigenschaft wurde als "roter Rand des Chlorophylls" oder "Vegetationsrand" bezeichnet.

Die Erweiterung dieser Idee bringt die Möglichkeit hervor, nach charakteristischen Signalen extremophiler Umgebungen zu suchen. Extremophile können Umgebungen tolerieren, die für Menschen unwirtlich sind. Zum Beispiel können Thermophile Hitze widerstehen, Psychophile können unter Frostbedingungen überleben, indem sie ihr eigenes Frostschutzmittel herstellen, und Endolithen leben in Gesteinen, indem sie Schwefel oder Eisen als Nahrung fressen. Mehrere Arten haben sich an eine bestimmte Art extremer Umwelt angepasst, was zeigt, dass diese Art der Anpassung kein Zufall ist und Extremophile auf anderen Planeten existieren können.

Die Mehrheit der Extremophilen versteckt sich unter der Oberfläche, um sich vor harten Bedingungen zu schützen oder Zugang zu Nährstoffen zu erhalten, so dass das von der Oberfläche reflektierte Licht nicht notwendigerweise ihre Anwesenheit zeigt. Die Studie von Hegde und Kaltenegger untersucht jedoch mehrere Beispiele, bei denen Extremophile an der Oberfläche nachgewiesen werden konnten, sowie Umgebungen, die unterirdische Organismen beherbergen.

Zu diesen oberflächlichen Extremophilen zählen Rotalgen, die in toxischen Milieus wie der sauren Grubenentwässerung leben können, und Flechten, die gegen Austrocknung resistent sind und in heißen Wüsten überleben können. Sie betrachteten auch die Farbe einer mikrobiellen Matte, wo sich Bakterien mit Sedimenten verbinden, insbesondere eine Matte, die von zwei Arten von Thermophilen bei Octopus Spring im Yellowstone National Park geschaffen wurde.

Die Umgebungen, in denen Extremophile leben, haben bei bestimmten Wellenlängen charakteristische Reflektionen oder Albedo. Zum Beispiel reflektiert Wasser weniger Licht als Schnee. Die Wissenschaftler haben ein "Farb-Farb-Diagramm" verwendet, um zu sehen, welche extremophilen Umgebungen aus der Ferne erkannt werden können.

Das Farb-Farb-Diagramm

Diese Technik nutzt die so genannte Filterphotometrie zur Charakterisierung von Planeten und ihrer Umgebung. Das Licht eines Planeten wird am Teleskop in drei verschiedene Filter aufgeteilt, die drei verschiedenen Bereichen des Spektrums und somit drei verschiedenen Farben entsprechen: blau, grün und rot.

Indem Farben gegeneinander aufgetragen werden, wird gezeigt, dass verschiedene Umgebungen einen einzigartigen Platz auf dem Diagramm einnehmen. In einem Farb-Farb-Diagramm des Sonnensystems wird der blaue Marmor, der die Erde ist, in einer eigenen Ecke des Diagramms platziert, wo sich der Mars, der Rote Planet, am anderen Ende des Diagramms befindet. Die Menge an Licht, die durch einen bestimmten Farbfilter hindurchtritt, ist für den Typ der Umgebung einzigartig, was bedeutet, dass die Farbe wie ein Fingerabdruck wirken kann, um sie zu identifizieren.

"Wir haben herausgefunden, dass man mit diesem Ansatz Ziele für die Nachfolgespektroskopie priorisieren kann, indem man die Planeten identifiziert, die Oberflächen zeigen, die extreme Lebensformen auf der Erde tragen können", erklärt Hegde. "Sie tun dies, indem Sie den blau-grünen (x-Achse) gegen den blau-roten Filter (y-Achse) auftragen. Indem wir das Licht von einem hypothetischen Planeten mit einer Oberfläche, die mit Material bedeckt ist, das Extremophile auf der Erde in die drei Filterbunker bringen kann, aufspalteten, fanden wir heraus, dass diese Planeten in ein dichtes Band fallen, wenn sie ein Farb-Farb-Diagramm aufzeichnen. "

Wenn eine bestimmte Farbe einer bestimmten Art von Lebensraum zugeordnet wird, könnte eine Nachuntersuchung nach Lebenszeichen in diesem Lebensraum suchen. Zum Beispiel ist bekannt, dass Endolithen in Sandstein leben, so dass der Nachweis von Sandstein ein Habitat für Extremophile sein könnte. Die Farb-Farb-Diagramme zeigen auch, dass bestimmte Umgebungen zusammen gruppieren. Schnee und Salz haben ähnliche Farben, und eine andere Gruppe besteht aus Sand, Bakterienmatten und Flechten. Die Menge an Wasser, die auf einem Planeten in Bezug auf die extreme Umgebung vorhanden ist, wird seinen Platz im Farb-Farb-Diagramm einnehmen. Da die Atmosphäre der frühen Erde anaerob war, d. H. Frei von Sauerstoff, konstruierten die Wissenschaftler auch Diagramme, die Umgebungen von anaeroben Organismen enthielten.

Einschränkungen des Lichts

Die Farb-Farb-Technik ist nicht ohne Einschränkungen.Wenn ein Planet vollständig in Wolken gehüllt ist, sind keine Oberflächenmerkmale sichtbar. Wenn die Lichtsignale jedoch von sehr hoher Qualität sind, ist es möglich, dass einige Wolken künstlich entfernt werden können.

Die spezifischen Farben, die verwendet werden, um Chlorophyll tragende Organismen zu identifizieren, ändern sich um andere Arten von Sternen, was es schwierig macht, diese Technik zu verwenden. Diese Studie untersuchte nur erdähnliche Planeten um sonnenähnliche Sterne. Ein Stern, der heißer ist als die Sonne, wird jedoch den Großteil seiner Energie auf einer niedrigeren Wellenlänge emittieren. Dies könnte zu einer "blauen Kante" des Chlorophylls führen, da Pflanzen die energiereiche Strahlung zum Schutz vor sich selbst zurückhalten.

Während einige Exoplaneten direkt abgebildet wurden, ist es noch nicht möglich, das Licht von erdähnlichen Planeten zu sehen. Ihre Anwesenheit wird indirekt abgeleitet, zum Beispiel kann die Kepler-Mission der NASA erdähnliche Planeten anhand der Menge an Sternenlicht erkennen, die sie blockieren, wenn sie vor ihrem Stern fliegen. Die Verwendung der Filterphotometrie und des Farb-Farb-Diagramms wird wahrscheinlich der erste Schritt sein, sobald eine direkte Detektion möglich wird, und somit wird es ein wichtiger Schritt sein, extremophile Lebewesen auf Exoplaneten zu finden.

Die Studie wurde auf dem EANA-Workshop in Schweden vorgestellt und das Paper findet sich hier: //arxiv.org/abs/1209.4098