In den letzten zehn Jahren hat das Interesse und die Forschung an Planeten außerhalb des Sonnensystems oder an Exoplaneten stark zugenommen.
In dieser Zeit wurden die meisten der uns heute bekannten 4.000 Exoplaneten entdeckt. In dieser Zeit begann sich der Prozess allmählich von der Entdeckungsphase zur Lernphase zu bewegen. Darüber hinaus werden Instrumente der nächsten Generation in den kommenden Jahrzehnten Forschungen ermöglichen, die genaue Informationen über die Oberflächenstruktur und die Atmosphäre von Exoplaneten liefern.
Hier stellt sich natürlich die Frage: Was würden fortgeschrittenere Zivilisationen sehen, wenn sie unseren Planeten studieren würden? Mithilfe der Multiband-Strahlungsdaten der Erde konnte ein Team von Wissenschaftlern am California Institute of Technology eine Karte erstellen, die eine Vorstellung davon gibt, wie die Erde für entfernte Beobachter von außerhalb des Sonnensystems aussehen könnte. Diese Studie befriedigt nicht nur die einfache wissenschaftliche Neugier, sondern kann Astronomen auch in Zukunft dabei helfen, die Oberflächenmerkmale "erdähnlicher Planeten" zu rekonstruieren, die für das Leben geeignet sind.
Das Forschungspapier, das die Ergebnisse der Gruppe beschreibt, wurde im Astrophysical Journal Letters mit dem Titel Erde als Exoplanet: Eine 2D-Karte für Außerirdische veröffentlicht. Das Forschungsteam unter der Leitung von Siteng Fan bestand auch aus mehreren Wissenschaftlern des Department of Geological and Planetary Sciences (GPS) des California Institute of Technology und des Jet Propulsion Laboratory der NASA.
Auf der Suche nach potenziell bewohnbaren Planeten außerhalb des Sonnensystems sind Wissenschaftler heute gezwungen, eine indirekte Methode anzuwenden. Da es den meisten Exoplaneten nicht möglich ist, direkt zu studieren, dh ein direktes Bild zu erhalten, um die Zusammensetzung ihrer Atmosphäre oder Oberflächenmerkmale herauszufinden, müssen sich Wissenschaftler mit Indikatoren zufrieden geben, anhand derer man beurteilen kann, wie ähnlich ein Planet der Erde ist.
Wie Siteng Fan gegenüber Universe Today sagte, ist dies auf viele der Einschränkungen zurückzuführen, die Astronomen, die Exoplaneten erforschen, derzeit in Kauf nehmen müssen.
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„Erstens liefert die aktuelle Exoplanetenforschung noch keine klare Vorstellung von den Mindestanforderungen, die ein Planet erfüllen muss, der für das menschliche Leben geeignet ist. Es gibt bestimmte Kriterien, aber wir sind uns nicht sicher, ob sie ausreichend oder notwendig sind. Zweitens können derzeitige Beobachtungsmethoden trotz dieser Kriterien nicht als effektiv genug bezeichnet werden, um die potenzielle Eignung für das Leben zu bestätigen, insbesondere bei Exoplaneten wie der Erde, da sie nur schwer zu erkennen sind."
Basierend auf der Tatsache, dass die Erde der einzige Planet ist, der Leben unterstützen kann, hat ein Team von Wissenschaftlern die Hypothese aufgestellt, dass Fernbeobachtungen der Erde die Informationen liefern könnten, die zur Entdeckung bewohnbarer Planeten erforderlich sind. "Die Erde ist der einzige Planet, von dem wir wissen, dass er Leben hat", sagte Fan. "Wenn wir untersuchen, was Beobachter von einem entfernten Punkt im Universum aus sehen könnten, erhalten wir Orientierung und Anleitung bei der Suche nach potenziell bewohnbaren Exoplaneten."
Eines der wichtigsten Elemente des Erdklimas, das für alles Leben auf seiner Oberfläche von entscheidender Bedeutung ist, ist der dreiphasige Wasserkreislauf. Wir sprechen über das Vorhandensein von Wasserdampf in der Atmosphäre, Wolken, bei denen es sich um Ansammlungen von kondensiertem Wasser und Eis handelt, sowie über Gewässer auf der Oberfläche des Planeten.
Sie können daher als potenzielle Zeichen der Eignung für das Leben oder sogar als Zeichen seiner Existenz angesehen werden, die aus großer Entfernung beobachtet werden können. Daraus folgt, dass die Fähigkeit, die Oberflächenstruktur und das Vorhandensein von Wolken auf Exoplaneten zu identifizieren, eine Schlüsselanforderung ist, die von der Forschung erfüllt werden muss, um ihre potenzielle Bewohnbarkeit festzustellen.
Um festzustellen, wie die Erde für entfernte Beobachter aussehen würde, sammelten Wissenschaftler etwa 10.000 Bilder, die vom Satelliten Deep Space Climate Observatory (DSCOVR) der NASA aufgenommen wurden. Die Bilder wurden über einen Zeitraum von zwei Jahren (2016-2017) durchschnittlich alle 68-110 Minuten aufgenommen. Sie konnten Licht einfangen, das in verschiedenen Wellenlängen von der Erdatmosphäre reflektiert wurde.
Phan und seine Kollegen kombinierten die Bilder dann zu einem 10-Punkt-Reflexionsspektrum, das dann in die Erdscheibe integriert wurde. Das resultierende Bild stimmt mit dem überein, wie die Erde für einen Beobachter in vielen Lichtjahren Entfernung aussehen könnte, wenn er die Erde über einen Zeitraum von zwei Jahren untersucht.
Nach Analyse der erhaltenen Kurven und Vergleich mit den Originalbildern fanden die Wissenschaftler heraus, welche Parameter dieser Kurven der Erdoberfläche und der Wolkendecke entsprechen. Anschließend wählten sie die Indikatoren aus, die am engsten mit dem Land zusammenhängen, und passten sie an den 24-Stunden-Umsatz der Erde an. Das Ergebnis war eine in der Abbildung gezeigte Konturkarte, die in etwa der Ansicht der Erde aus einer Entfernung von mehreren Lichtjahren entspricht.
Die schwarzen Linien stellen Oberflächenmerkmale dar und entsprechen in etwa der Küste der Hauptkontinente. Die grünen Zonen repräsentieren ungefähr die Positionen von Afrika (Mitte), Asien (oben rechts), Amerika (links) und der Antarktis (unten). Was zwischen ihnen liegt, repräsentiert die Weltmeere, in denen flachere Gebiete rot und tiefere blau markiert sind.
Eine solche Visualisierung, die auf die Lichtkurven entfernter Planeten angewendet wird, kann es Astronomen ermöglichen, zu beurteilen, ob der Exoplanet Ozeane, Wolken und Eiskappen hat, dh alles herauszufinden, was notwendig ist, um ihn als potenziell bewohnbar zu erkennen.
Siteng Phan schloss: „Die Analyse der Lichtkurven in dieser Arbeit ist wichtig für die Bestimmung der geologischen Merkmale und Klimasysteme auf dem Exoplaneten. Wir fanden heraus, dass Änderungen in der Lichtkurve der Erde hauptsächlich durch Wolken und die Land-Ozean-Grenze verursacht werden. Beide Faktoren sind entscheidend für die Möglichkeit des Lebens auf der Erde. Daher sind Exoplaneten wie die Erde, die solche Merkmale aufweisen, höchstwahrscheinlich bewohnbar."
In naher Zukunft werden Instrumente der nächsten Generation wie das James Webb Space Telescope (JWST) die detailliertesten Untersuchungen von Exoplaneten ermöglichen. Darüber hinaus wird erwartet, dass bodengestützte Instrumente, die im nächsten Jahrzehnt in Dienst gestellt werden, wie das Extrem Large Telescope (ELT), das 30-Meter-Teleskop (TMT) und das Giant Magellanic Telescope (GMT), eine direkte Exploration ermöglichen kleine felsige Planeten umkreisen ihre Sterne.
Mit Forschungen, die helfen, die Oberflächenstruktur und die atmosphärischen Bedingungen zu bestimmen, können Astronomen schließlich mit Sicherheit sagen, welche Exoplaneten bewohnbar sind und welche nicht. Mit anderen Worten, mit etwas Glück ist die Entdeckung von Erde-2 oder sogar mehrerer Erden möglicherweise nicht weit entfernt.
Igor Abramov
