Sökandet efter utomjordiskt liv är utan tvekan en av de mest djupgående vetenskapliga ansträngningarna i vår tid. Om det utomjordiska biologiska livet hittas nära en annan värld nära en annan stjärna, kommer vi äntligen att lära oss att livet utanför vårt solsystem är möjligt. Att hitta spår av utomjordisk biologi i avlägsna världar är extremt svårt. Men astronomer utvecklar nya tekniker som kommer att användas av nästa generations kraftfulla teleskop för att exakt mäta materien i exoplanet-atmosfärer. Förhoppningen är naturligtvis att hitta bevis på utomjordiskt liv.
Sökandet efter exoplaneter har fått mycket uppmärksamhet nyligen, delvis tack vare upptäckten av sju små främmande världar som kretsar kring en liten stjärna, den röda dvärgen TRAPPIST-1. Tre av dessa exoplaneter går i stjärnans potentiellt bebodliga zon. Det vill säga i ett område nära någon stjärna där det inte kommer att vara för varmt och inte för kallt för att vatten finns i flytande form.
Överallt på jorden, där det finns flytande vatten, finns det liv, så om åtminstone en av de potentiellt bebodda världarna i TRAPPIST-1 besitter vatten, kan det finnas liv på det.
Men livspotentialen för TRAPPIST-1 förblir ren spekulation. Trots att detta fantastiska stjärnsystem är beläget i trädgården i vår galax, har vi ingen aning om det finns vatten i atmosfären i någon av dessa världar. Vi vet inte ens om de har en atmosfär. Allt vi vet är hur länge exoplaneter har varit i omloppsbana och vad deras fysiska dimensioner är.
"Den första upptäckten av biosignaturer i andra världar kan vara en av de viktigaste vetenskapliga upptäckterna i våra liv," säger Garrett Rouen, en astronom vid California Institute of Technology. "Detta kommer att vara ett stort steg mot att svara på en av de största frågorna om mänskligheten: är vi ensamma?"
Rouen arbetar på Caltech Exoplanetary Technology Laboratory, ET Lab, som utvecklar nya strategier för att hitta exoplanetära biosignaturer som syre och metanmolekyler. Vanligtvis reagerar molekyler som dessa aktivt med andra kemikalier och sönderdelas snabbt i planetatmosfären. Därför, om astronomer hittar ett spektroskopiskt "fingeravtryck" av metan i exoplanets atmosfär, kan detta betyda att främmande biologiska processer är ansvariga för dess produktion.
Tyvärr kan vi inte bara ta världens starkaste teleskop och peka det på TRAPPIS-1 för att se om atmosfären på dessa planeter innehåller metan.
Kampanjvideo:
"För att upptäcka molekyler i exoplanetatmosfärer måste astronomer kunna analysera planetens ljus utan att vara helt förblindade av ljuset från en närliggande stjärna," säger Rouen.
Lyckligtvis är röda dvärgstjärnor (eller M-dvärgar) som TRAPPIST-1 svala och svaga, så problemet blir mindre allvarligt. Och eftersom dessa stjärnor är den vanligaste typen av stjärnor i vår galax, ägnar forskarna mycket uppmärksamhet åt röda dvärgar i sin sökning efter upptäckter.
Astronomer använder ett instrument som kallas en kronavsnitt för att isolera reflekterad stjärnbelysning från en exoplanet. Så snart kretsavsnittet tar upp exoplanets svaga ljus, analyserar en lågupplösande spektrometer de kemiska fingeravtryck från den världen. Tyvärr är denna teknik begränsad till att bara studera de största exoplaneterna som går i närheten av sina stjärnor.
ET Labs nya tekniker använder en kronavsnitt, optiska fibrer och en högupplöst spektrometer som arbetar tillsammans för att lyfta fram stjärnens glöd och fånga ett detaljerat kemiskt avtryck av vilken värld som helst i dess bana. Denna teknik är känd som högdispersionskoronografi (HDC) och har potential att revolutionera vår förståelse av mångfalden i exoplanetära atmosfärer. Ett arbete om detta ämne publicerades i The Astronomy Journal.
"Det som gör HDC så kraftfull är att den kan avslöja en planets spektrala signatur även när den ligger begravd i starkt ljus från en stjärna," säger Rouen. "Detta gör att molekyler kan upptäckas i atmosfären hos planeter som är extremt svåra att visualisera."
"Tricket är att dela upp ljuset i flera signaler och skapa det astronomer kallar ett högupplöst spektrum som hjälper till att skilja planetens signatur från resten av stjärnljuset."
Allt du behöver nu är ett kraftfullt teleskop för att ansluta systemet.
I slutet av 2020-talet kommer tretimeterteleskopet att bli världens största markbaserade optiska teleskop, och när de används i samband med HDC, kommer astronomer att kunna utforska atmosfären i potentiellt bebodda världar som kretsar kring röda dvärgar.
"Att hitta syre och metan i atmosfären på markplaneter som kretsar om M-dvärgar som Proxima Centauri b av 30-meters teleskopet kommer att vara extremt spännande," säger Rouen. "Vi har fortfarande mycket att lära oss om planetenas möjliga livsmiljö, men det kan mycket väl vara att dessa planeter visar sig likna Jorden."
Det uppskattas att det finns 58 miljarder röda dvärgar i vår galax, och de flesta av dem är kända för att ha planeter, så när Trettiometers teleskopet går live kommer astronomer att kunna hitta mycket som tidigare var otillgängligt.
År 2016 upptäckte astronomer en exoplanet i jordstorlek som kretsar kring den närmaste M-dvärgen till jorden, Proxima Centauri. Proxima b kretsar också inom sin stjärnas potentiellt bebörliga zon, vilket gör det till ett främsta mål för sökandet efter främmande liv. Bara fyra ljusår bort, retar Proxima b bokstavligen oss med möjligheten att besöka det någon gång i framtiden.
ILYA KHEL