בעשורים האחרונים אישרו אסטרונומים את קיומם של אלפי כוכבי לכת מעבר למערכת השמש שלנו. עם הזמן התהליך עבר מגילוי לאפיון בתקווה למצוא אילו מכוכבי הלכת הללו מסוגלים לתמוך בחיים. לפי שעה, שיטות אלה הינן עקיפות בטבע, מה שאומר שאסטרונומים יכולים להסיק רק אם כוכב לכת מיושב על סמך כמה שהוא דומה לכדור הארץ.
על מנת לסייע במצוד אחר מצבים חיצוניים "שעלולים להיות בעלי מגורים", צוות חוקרי קורנל יצר לאחרונה חמישה דגמים המייצגים נקודות מפתח בהתפתחות כדור הארץ. "תמונות תצלום" אלה של איך נראתה כדור הארץ במהלך תקופות גיאולוגיות שונות, יכולות להעצים מאוד את החיפוש אחר חיים חוץ-ארציים על ידי מתן תמונה שלמה יותר של איך נראית כוכב לכת נושא חיים.
המחקר שהופיע לאחרונה ב- מכתבי כתבי עת אסטרופיסייםהובלה על ידי ליסה קלטנגר - פרופסור חבר לאסטרונומיה באוניברסיטת קורנל ומנהלת מכון קרל סייגן (CSI). תוך שימוש בתקופות גאולוגיות קודמות כהנחיה, פיתחו קלטנגר וצוותה תבניות ספקטרליות שיסייעו לטלסקופים מהדור הבא במצוד אחר כוכבי לכת "דמויי אדמה".
אלה כוללים את טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST) וה טלסקופ חלל אינפרא אדום רחב שדה (WFIRST), שתתפרס לחלל בשנת 2021 ו- 2024, בהתאמה. כפי שהסביר קלטנגר בהודעה לעיתונות של CSI לאחרונה:
"הדור החדש של טלסקופים מבוססי שטח וקרקע יחד עם הדגמים שלנו יאפשרו לנו לזהות כוכבי לכת כמו כדור הארץ שלנו שנמצאים במרחק של בערך 50 עד 100 שנות אור."
"תוך שימוש בכדור הארץ שלנו כמפתח, הדגמנו חמש עונות תקופות שונות של כדור הארץ כדי לספק תבנית כיצד נוכל לאפיין אקס-אדמה פוטנציאלית - מכדור הארץ הצעיר והפרביוטי לעולמנו המודרני. המודלים מאפשרים לנו גם לחקור באיזו נקודה בהתפתחות כדור הארץ הצופה הרחוק יכול היה לזהות חיים ב"נקודות תכלת היקום "ביקום ובעולמות אחרים שכמותם."
כדי לפרק את הכל, אסטרונומים מוגבלים כיום לחיפוש אחר כוכבי לכת הדומים לכדור הארץ, בעיקר מכיוון שכדור הארץ הוא הכוכב היחיד הידוע התומך בחיים. עם זאת, התנאים שאנו רואים על פני כדור הארץ כיום הם רק תמונת מצב אחת של איך נראתה כוכב הלכת שלנו לאורך זמן. בעבר, הגיאולוגיה והאווירה של כדור הארץ היו שונות בהרבה, אשר מילאו תפקיד חיוני בהתפתחות החיים היבשתיים.
לצורך המחקר, קלטנגר וצוותה יצרו מודלים אטמוספריים שתואמים את איך שנראה כדור הארץ לפני 3.9 מיליארד שנה. "כדור הארץ הפרביוטי" הזה היה אווירה שהורכבה ברובה מפחמן דו חמצני. מודל שני, "אדמה אנוקסית", מתאר כיצד נראתה כוכב הלכת שלנו לפני 3.5 מיליארד שנה כשהאטמוספירה הייתה נקייה מחמצן.
שלושה דגמים נוספים חושפים את המעבר שעשתה כדור הארץ להווה, שכלל את עלייתם של אורגניזמים פוטוסינתטיים (לפני כ -3.5 מיליארד שנה) ואת "אירוע החמצן הגדול" (לפני כ -2.4 עד 2 מיליארד שנה). במהלך תקופות אלה, חמצן באטמוספירה שלנו עלה בהדרגה מריכוז של 0.2% לרמות מודרניות של 21%. כמו שאמר קלטנגר:
"כדור הארץ שלנו והאוויר שאנו נושמים השתנו בצורה דרסטית מאז שנוסדה כדור הארץ לפני 4.5 מיליארד שנה, ולראשונה עיתון זה מתייחס לאסטרונומים המנסים למצוא עולמות כמו שלנו, יכולים לזהות כוכבי לכת צעירים עד מודרניים כמו כדור הארץ במעבר, באמצעות ההיסטוריה של כדור הארץ שלנו כתבנית. "
אמנם זה לא ידוע בדיוק מתי כדור הארץ השיג אטמוספרה עם שפע חמצן, מודלים אלה מספקים מסגרת לתכונות האטמוספירה שהיו בכדור הארץ לפני מיליארדי שנים. בהתבסס על תבניות אלו, סביר להניח כי אקספלנטים בעלי רמות אטמוספריות של פחות מ -1% חמצן יראו סימנים לביולוגיה, אוזון ומתן מתעוררים.
בנוסף לטלסקופים חלליים כמו JWST ו- WFIRST, טלסקופים מבוססי קרקע כמו הטלסקופ הגדול ביותר של ESO (ELT), טלסקופ השלושים מטר (TMT) וטלסקופ הענק מגלן (GMT). בעזרת הרגישות הגבוהה והאופטיקה האדפטיבית שלהם, טלסקופים אלו יוכלו לבצע סקרי הדמיה ישירים של exoplanets רחוקים ולאפיין את האטמוספירה שלהם.
בעזרת מכשירים אלה, אסטרונומים יוכלו לצפות במרחבי לכת קטנים יותר, סלעיים, עם מסלול הדוק יותר (המכונה כוכבי לכת "דמויי אדמה") כאשר הם עוברים מול כוכבי המארח שלהם (מה שמכונה שיטת מעבר). כאשר זה קורה, אור השמש יעבור באטמוספרות שלהם ויפיק ספקטרום בו אסטרונומים ישתמשו כדי לקבוע אילו כימיקלים קיימים.
"ברגע שהאקסופלאנט יעבור וחוסם חלק מהכוכב המארח שלו, נוכל לפענח את חתימותיו הספקטרליות האטמוספריות," אמר קלטנגר. "באמצעות ההיסטוריה הגיאולוגית של כדור הארץ כמפתח, אנו יכולים לאתר בקלות רבה יותר את הסימנים הכימיים של החיים באקסופלטים הרחוקים."
אם ההיסטוריה הגיאולוגית של כדור הארץ היא אינדיקציה כלשהי, כוכבי לכת המסוגלים לתמוך בחיים עוברים כמה מעברים רציניים, בין היתר מכיוון שהופעת החיים משפיעה על התפתחות כדור הארץ. מבחינה זו, למוקדמות כמו "דמוי אדמה" ו"פוטנציאל ראוי למגורים "יש מימד זמני, הכרוך במגוון תנאים לאורך זמן.
