טכנולוגיית הטלסקופ מתקדמת במהירות ככל שנבנים מכשירים גדולים וגדולים יותר. אם יש שם חיים, האם נכיר בזה? חוקרים מהמרכז הרווארד-סמיתסוניאן לאסטרופיזיקה ונאס"א פיתחו רשימה של תקופות בתולדות האווירה של כדור הארץ שיכולות להיראות באמצעות מכשיר זה; מהתקופות המוקדמות ביותר שהחיים התגלו לאווירה הנוכחית שלנו, חמצן / חנקן.
זה רק עניין של זמן עד שהאסטרונומים ימצאו כוכב לכת בגודל כדור הארץ המקיף כוכב רחוק. כאשר הם עושים זאת, השאלות הראשונות שאנשים ישאלו הן: האם זה ראוי למגורים? וחשוב מכך, האם יש חיים על זה כבר? לקבלת רמזים לתשובות, מדענים מסתכלים על כוכב הלכת שלהם, כדור הארץ.
האסטרונומים ליסה קלטנגר מהמרכז להרווארד-סמיתסוניאן לאסטרופיזיקה (CfA) ווסלי טראוב ממעבדת הנעה סילונית של נאס"א ו- CfA, מציעים להשתמש בהיסטוריה האטמוספירה של כדור הארץ כדי להבין כוכבי לכת אחרים.
"קשה למצוא כוכבי לכת טובים," אמר קלטנגר. "העבודה שלנו מספקת את התמרורים שאסטרונומים יחפשו בבחינת עולמות דמויי כדור הארץ באמת."
רישומים גיאולוגיים מראים שהאווירה של כדור הארץ השתנתה באופן דרמטי במהלך 4.5 מיליארד השנים האחרונות, בין היתר בגלל צורות חיים שמתפתחות בכוכב הלכת שלנו. במיפוי אילו גזים כללו את האטמוספרה של כדור הארץ במהלך ההיסטוריה שלו, קלטנגר וטראוב מציעים כי על ידי חיפוש אחר הרכב אטמוספירה דומה בעולמות אחרים, מדענים יוכלו לקבוע אם לכוכב הלכת הזה יש חיים, ואם כן, השלב האבולוציוני של החיים. עבודת המחקר המתארת את עבודותיהם זמינה באופן מקוון בכתובת http://arxiv.org/abs/astro-ph/0609398.
נכון להיום, כל כוכבי הלכת החוץ-קוטביים נחקרו בעקיפין, למשל על ידי ניטור הדרך שבה כוכב מארח מתנדנד ככל שכוח הכבידה מושך אותו. רק ארבעה כוכבי לכת חיצוניים התגלו ישירות והם עולמות מסיביים בגודל יופיטר. את האווירה של אחד העולמות האלה התגלה על ידי מדען CfA אחר, דייוויד שארבונו, באמצעות טלסקופ החלל שפיצר של נאס"א. הדור הבא של משימות מבוססות חלל כמו Terrestrial Planet Finder (NASF) של NASA (TPF) ודארווין של ESA יוכלו ללמוד ישירות עולמות בגודל כדור הארץ הסמוך.
אסטרונומים רוצים במיוחד לצפות בספקטרום הנראה והאינפרא אדום של כוכבי לכת רחוקים כדי ללמוד על האטמוספירה שלהם. גזים מסוימים משאירים חתימות בספקטרום הפלנטה, כמו טביעות אצבעות או סמני DNA. על ידי הבחנת טביעות האצבע הללו, החוקרים יכולים ללמוד על הרכב אווירה ואף להסיק את נוכחותם של עננים.
כיום, האטמוספירה של כדור הארץ מורכבת מכשלושה רבעים חנקן ורבע חמצן, עם אחוז קטן מגזים אחרים כמו פחמן דו חמצני ומתאן. אבל לפני ארבעה מיליארד שנה, לא היה חמצן. האטמוספרה של כדור הארץ התפתחה באמצעות שש תקופות שונות, שכל אחת מאופיינת בתערובת מסוימת של גזים. באמצעות קוד מחשב שפותח על ידי Traub ועמית CfA קן ג'וקס, קלטנגר וטראוב עיצבו כל אחת משש העידן של כדור הארץ כדי לקבוע אילו טביעות אצבעות ספקטרליות יראו על ידי המתבונן הרחוק.
"על ידי לימוד העבר של כדור הארץ, נוכל ללמוד על מצבם העולמי האחרים", הסביר טראוב. "אם נמצא כוכב לכת מחוץ לסביבה עם ספקטרום הדומה לאחד מהמודלים שלנו, אנו יכולים אולי לאפיין את מצבו הגאולוגי של הכוכב הזה, את מידת קיומו ואת מידת התפתחותם של החיים עליו."
כדי להבין טוב יותר את תקופות הזמן האלה, או "תקופות", וכדי להעלות אותן בפרספקטיבה, ניתן לשנות את ההיסטוריה של כדור הארץ בן 4.5 מיליארד השנים לשנה אחת, ולצרף תאריכים המתחילים ב -1 בינואר - התאריך בו נוצרה כדור הארץ.
EPOCH 0 - 12 בפברואר
ב- Epoch 0 (לפני 3.9 מיליארד שנים), האדמה הצעירה החזיקה באווירה סוערת ומאודה המורכבת ברובה מחנקן, פחמן דו חמצני ומימן גופרתי. הימים היו קצרים יותר והשמש הייתה עמומה יותר, זוהרת ככדור אדום בשמים בצבע הלבנים הכתומות שלנו. האוקיאנוס האחד שכיסה את כל כוכב הלכת שלנו היה חום בוצי שספג הפגזה ממטאורים ושביטים נכנסים. פחמן דו חמצני עזר לחמם את עולמנו מאז שמש התינוק היה שליש פחות זוהר מהיום. אף על פי שאף מאובנים לא שרדו מתקופה זו, יתכן כי חתימות איזוטופיות על החיים הושארו בסלעי גרינלנד.
מסמך 1 - 17 במרץ
לפני כ -3.5 מיליארד שנה (אפוך 1), נוף כדור הארץ הכיל שרשראות אי וולקניות המשתררות מתוך האוקיאנוס הגלובלי העצום. החיים הראשונים בכדור הארץ היו חיידקים אנאירוביים - חיידקים שיכולים לחיות ללא חמצן. חיידקים אלה הזרימו כמויות גדולות של מתאן לאטמוספירה של כדור הארץ, ומשנו אותו בדרכים ניתנות לגילוי. אם קיימים חיידקים דומים בכוכב אחר, משימות עתידיות כמו TPF ודארווין יכולות לאתר את טביעות האצבע שלהם באטמוספירה.
EPOCH 2 - 5 ביוני
לפני כ -2.4 מיליארד שנה (אפוק 2) הגיעה האטמוספירה לריכוז המתאן המרבי שלה. הגזים הדומיננטיים היו חנקן, פחמן דו חמצני ומתאן. מתחמי היבשת היבשתיים החלו להיווצר. אצות ירוקות כחולות החלו להזרים כמויות גדולות של חמצן לאטמוספרה. שינויים גדולים עמדו לקרות.
"אני מצטער לומר את הסימנים הראשונים של E.T. כנראה שלא יהיו שידורי רדיו או טלוויזיה; במקום זאת, זה יכול להיות חמצן מאצות, "קינן קלטנגר.
EPOCH 3 - 16 ביולי
לפני שני מיליארד שנה (אפוק 3), האורגניזמים הפוטוסינתטיים הראשונים הללו שינו את האיזון של האטמוספירה לצמיתות - הם ייצרו חמצן, גז תגובתי ביותר שפינה חלק ניכר מהמתאן והפחמן הדו-חמצני, ובמקביל גם חנק את החיידקים המייצרים מתאן. בכך צברה האטמוספרה של כדור הארץ את החמצן החופשי הראשון שלו. הנוף כעת היה שטוח ולח. כאשר הרי הגעש מעשנים מרחוק, בריכות בצבעים מבריקים של חלאות בצבע חום-ירקרק יצרו ברק על המים מלאי הסירחון. מהפכת החמצן הייתה בעיצומה.
"הכנסת חמצן הייתה קטסטרופלית לחיים הדומיננטיים בכדור הארץ באותה תקופה; זה הרעיל את זה, "אמר טראוב. "אך יחד עם זאת זה אפשר את החיים הרב-תאיים, כולל חיי האדם."
EPOCH 4 - 13 באוקטובר
לפני 800 מיליון שנה, כדור הארץ נכנס לאפוק 4, עם עלייה מתמשכת ברמות החמצן. תקופת זמן זו עולה בקנה אחד עם מה שמכונה כיום "הפיצוץ הקמברי". מאז 550 עד 500 מיליון שנה, התקופה הקמבריאנית היא עמדת סמן משמעותית בתולדות החיים על כדור הארץ: זה הזמן בו קבוצות החיות הגדולות מופיעות לראשונה ברשומות המאובנים. כדור הארץ היה מכוסה כעת בביצות, ימים וכמה הרי געש פעילים. האוקיינוסים התאחדו עם החיים.
EPOCH 5 - 8 בנובמבר
לבסוף, לפני 300 מיליון שנה באפוק 5, החיים עברו מהאוקיינוסים ליבשה. האטמוספירה של כדור הארץ הגיעה להרכבה הנוכחי של בעיקר חנקן וחמצן. זו הייתה תחילתה של התקופה המזוזואית שכללה את הדינוזאורים. הנוף נראה כמו פארק היורה ביום ראשון אחר הצהריים.
EPOCH 6 - 31 בדצמבר (11:59:59)
השאלה המסקרנת שנשארה היא: איך הייתה נראית אפוק 6, פרק הזמן בו בני אדם תופסים כיום? האם נוכל לזהות את הסימנים המסמליים של טכנולוגיות חייזרות בעולמות רחוקים?
מכיוון שהקונצנזוס הכללי בונה בקרב המדענים כי פעילות אנושית שינתה את האטמוספרה של כדור הארץ על ידי החדרת פחמן דו חמצני כמו גם גזים כמו פריון, האם נוכל לזהות את טביעות האצבעות הספקטרליות של אותם תוצרי לוואי בעולמות אחרים? אף על פי שלוויינים סביב כדור הארץ וניסויי בלון יכולים למדוד שינויים אלה כאן בבית, גילוי השפעות דומות על עולם רחוק הן מעבר אפילו ליכולותיהן של תוכניות הקרובות כמו Terrestrial Planet Finder ו דארווין. דרוש משטים ענקיים של טלסקופים אינפרא אדום מבוססי חלל עתידיים כדי להיות מסוגלים לבצע את המדידות הללו.
"מפחיד ככל שנשמע האתגר הזה", אמר קלטנגר, "אני מאמין בעשורים הבאים נדע אם העולם הכחול הקטן שלנו לבדו ביקום או לא, או אם יש שכנים בחוץ שמחכים לפגוש אותנו."
מחקר זה מומן על ידי נאס"א.
שבסיסה בקיימברידג ', מסצ'וסטס, המרכז הרווארד-סמיתסוניאני לאסטרופיזיקה (CfA) הוא שיתוף פעולה משותף בין המצפה האסטרופיסי של סמיתסוניאן לבין המצפה במכללת הרווארד. מדעני CfA, המאורגנים בשש חטיבות מחקר, בוחנים את מקורו, האבולוציה ואת גורלו הסופי של היקום.
המקור המקורי: פרסום חדשות CfA
