哈勃利用月球作为“镜子”来研究地球的大气层——在其他恒星周围寻找可能适宜居住的行星

哈勃观测月全食

利用2019年1月的农历常产性,使用美国宇航局的哈勃太空望远镜的天文学家发现了地球大气层中的臭氧。这种方法是作为如何观察在其他星星前方的地球状行星以寻求生活的代理。我们的星球与太阳和月亮的完美对齐,在整个月食中与其明星模仿过度的陆地行星的几何形状。在一项新的研究中,哈勃没有直接看地球。相反,天文学家将月球用作反映通过地球大气传播的阳光的镜子,然后被哈勃捕获。这是第一次用太空望远镜在紫外波段捕捉到月全食。来源:M. Kornmesser (ESA/哈勃),NASA和ESA

哈勃利用我们的月球在月食期间探测地球的大气层

从太空凝视地球的宇航员都对我们这个蓝色大理石星球的庄严和多样性感到敬畏。迈克·马西米诺,他帮助了哈勃太空望远镜他说:“我认为我们的星球是一个天堂。我们很幸运能来到这里。”

令人兴奋的是,天文学家估计在我们的地球上可能有多达10亿颗类似地球的行星银河系星系。想象一下,有10亿——不是100万——其他的“天堂星球”。但如果没有人住在那里,在蔚蓝的天空中欣赏日落,那就是失乐园。而且,正如19世纪哲学家托马斯·卡莱尔所言:“……多浪费空间啊。”

它是让我们的家庭星球是宇宙中唯一知道的地方,我们知道它存在和茁壮成长。所以,我们向外揭示星星,被空间和时间被监禁,进入宇宙寂寞。这就是为什么科学家们致力于构建更大的望远镜来寻找潜在的居住行星。但是他们将如何了解生命在没有旅行,看着生物走路,飞行或滑行?

一种方式是探测地球的气氛。培养和维持生命是必要的具有右侧化学元素混合的气氛。地球的大气层包括氧气,氮气,甲烷和二氧化碳,这些二氧化碳在数十亿年里有数十亿岁。地球丰富的氧气,特别是,我们的大气氧含量正在通过生物过程补充。

天文学家一直在使用各种基础和空间的望远镜来分析地球大气层的成分如何从空间看,使用我们的星球作为学习郊区散装的大气的代理。他们希望最终将地球的大气组成与其他世界的大气组成进行比较,以注意相似和差异。利用总月食的总,使用哈勃望远镜的天文学家通过看着地球灯光反射从月亮反映来检测地球氛围中的臭氧。我们的月亮在太空中作为巨大的镜子派口。

臭氧是我们星球大气层的关键成分。当氧气暴露于强浓度的紫外光时,它自然形成,这触发了化学反应。臭氧是地球的安全毯,保护生命免受致命的紫外线。

这是第一次用太空望远镜在紫外波段捕捉到月全食。这种方法模拟了天文学家如何通过寻找太阳系外行星上潜在的生物特征来寻找地球以外生命存在的间接证据。

使用空间望远镜进行Eclipse观察,再现未来望远镜在其恒星前方的额外行星的大气压下的条件。这些气氛可能含有与地球非常相似的化学特征,并唤醒我们的好奇心,以至于我们是否在宇宙中不孤单。

月食的几何

这张图解释了月食的几何形状。当月球完全处于地球的本影中时(称为月全食或本影),所有到达月球表面的阳光都经过地球大气层的折射或散射。当月球处于地球的半影时(称为半影月食),光照来自直接阳光和阳光通过地球大气层的折射和散射。这一过程类似于系外行星凌日观测。来源:M. Kornmesser (ESA/哈勃),NASA和ESA

哈勃利用地球作为一个代理,用于识别其他恒星的潜在居住行星上的氧气

利用月全食,天文学家使用美国宇航局美国宇航局的哈勃太空望远镜在大气层中发现了地球自有品牌的防晒霜——臭氧。这种方法模拟了天文学家和天体生物学研究人员如何通过观察系外行星(围绕其他恒星的行星)上潜在的“yabo124生物特征”来寻找地球以外生命的证据。

哈勃望远镜并没有直接观测地球。相反,天文学家利用月球作为镜子反射阳光,阳光穿过地球的大气层,然后反射回哈勃。利用太空望远镜观测日食再现了未来望远镜测量凌日系外行星大气的条件。这些大气中可能含有天体生物学研究和寻找生命的化学物质。yabo124

尽管先前已经完成了许多基于地面的观察,但这是第一次在紫外波长和空间望远镜处捕获总月食。哈勃检测到臭氧的强光谱指纹,吸收一些阳光。臭氧对生命很重要,因为它是地球大气层中保护盾的来源。

在地球上,数十亿年的光合作用负责我们的星球的高氧水平和厚臭氧层。这就是为什么科学家认为臭氧或氧气可能是另一个星球上的生命的迹象,并将它们称为生物炎。

“发现臭氧意义重大,因为它是分子氧的光化学副产品,分子氧本身也是生命的副产品,”美国科罗拉多州博尔德大气和空间物理实验室的艾利森·扬布拉德解释说,他是哈勃观测的首席研究员。

Although ozone in Earth’s atmosphere had been detected in previous ground-based observations during lunar eclipses, Hubble’s study represents the strongest detection of the molecule to date because ozone – as measured from space with no interference from other chemicals in the Earth’s atmosphere – absorbs ultraviolet light so strongly.

哈勃记录了在2019年1月20日至21日发生月食期间,臭氧吸收了穿过地球大气层边缘的太阳紫外线辐射的一部分。其他一些地面望远镜也在日食期间进行了其他波长的光谱观测,以寻找更多的地球大气成分,如氧气和甲烷。

“美国国家航空航天局的主要目标之一是确定可以维持生命的行星,”扬布拉德说。“但如果我们看到了行星,我们怎么知道它是否适合居住呢?”如果用天文学家所掌握的技术来描述系外行星的大气,它们会是什么样子呢?这就是为什么开发地球光谱模型非常重要,它可以作为给太阳系外行星大气分类的模板。”

她的论文今天发表(8月6日,2020年)天文杂志

农历eclipse学习区域

这个基于地面的伸缩形象的月亮突出了天文学家使用美国宇航局的哈勃太空望远镜来测量地球大气层中臭氧量的普通区域。这种方法是作为如何观察其他恒星的地球样行星以寻求生活的代理。来源:M. Kornmesser (ESA/哈勃),NASA和ESA

嗅出行星大气压

如果外星世界穿过其母恒星的表面,即凌日现象,则可以探测一些系外行星的大气层。在凌日期间,星光会从背光中滤过太阳系外行星的气氛。(如果近距离观察,这颗行星的轮廓看起来就像它周围有一个薄薄的、发光的“光晕”,这是由被照亮的大气层造成的,就像从太空中看地球一样。)

大气中的化学物质会过滤掉某些颜色的星光,留下它们的显著特征。天文学家使用哈勃望远镜率先使用这项技术探测系外行星。这是特别值得注意的,因为1990年哈勃望远镜发射时,太阳系外行星还没有被发现,而太空天文台最初也不是为此类实验而设计的。

到目前为止,天文学家使用哈勃观察气体巨头行星的大气和超地球(行星几次地球质量)。但是关于地球大小的陆地行星是更小的物体,它们的环境更薄,就像苹果上的皮肤一样。因此,从地球大小的外产上缩小这些签名将更加困难。

这就是为什么研究人员需要比哈勃大得多的太空望远镜来收集凌日时穿过这些小行星大气层的微弱星光。这些望远镜将需要更长时间的观察行星,许多几十个小时,以建立一个强大的信号。

为了准备使用这些更大的望远镜,天文学家们决定在一个距离更近、也是唯一已知的有人居住的类地行星上进行实验:地球。在月全食时,地球与太阳和月球的完美连线模拟了行星凌日的几何形状。

但是,观察结果也挑战,因为月亮非常亮,它的表面不是完美的反射器,因为它呈明亮和黑暗地区。尽管月球相对于空间观测站的运动,但月亮也如此接近地球,即哈勃必须在一个选择区域上试图保持稳定的眼睛。因此,杨ood的团队必须考虑到月球对分析中的漂移。

哪里有臭氧,哪里就有生命?

在陆地郊区座层的天空中寻找臭氧不保证表面存在生命。“除了臭氧之外,你还需要其他光谱签名,以得出地球上有生命,这些签名不能在紫外线中看到,”扬声说。

在地球上,当地球大气中的氧气暴露在高浓度的紫外线下时,臭氧就会自然形成。臭氧在地球周围形成了一个毯子,保护它不受强烈紫外线的伤害。

“光合作用可能是最有效的新陈代谢,可以在任何星球上进化,因为它从星光受能量并使用大规模地丰富的元素(比如水和二氧化碳,“Giada阿称美国宇航局戈达德太空飞行中心的绿地,马里兰州,科学论文的合著者。“这些必要的成分在宜居行星上应该是常见的。”

臭氧特征的季节性变化也可以表明氧气的季节性生物生产,就像地球上植物的生长季节一样。

但是,在没有生命存在的情况下,当氮和氧暴露在阳光下时,臭氧也可以产生。为了增强人们对特定的生物特征是由生命产生的信心,天文学家必须寻找生物特征的组合。多波长运动是必要的,因为许多生物特征中的每一种都更容易在特定波长下被检测到。

“当看着年轻的星球时,天文学家还必须考虑到这个星球的发展阶段。如果您想从类似于早期地球的行星中检测到氧气或臭氧,当我们大气中的氧气较少时,光学和红外光的光谱特征不够强大,“Arney解释说。“我们认为地球在中间古代地质时期之前的臭氧浓度低,当光合作用导致大气中的氧气和臭氧的积聚贡献到我们今天看到的水平的氧气和臭氧之间的含量,在大约20亿到7亿年之前)。但由于臭氧特征的紫外线特征非常强大,您将希望检测少量臭氧。因此,紫外线可以是检测低氧外出肌肉上的光合生命的最佳波长。“

美国国家航空航天局(NASA)即将建立一个名为詹姆斯·韦伯太空望远镜这可以在红外线下进行类似的测量,有可能探测到系外行星大气中的甲烷和氧气。韦伯计划于2021年发射。

参考文献:“哈勃太空望远镜作为地球的近紫外线和光学传输谱”由Allison Youngblood,Giada N. Arney,AntonioGarcíaMuñoz,John T. Stocke,Kevin France和Aki Roberge,8月20日,天文杂志
DOI:10.3847 / 1538-3881 / ABA0B4

1评论哈勃用月球作为“镜子”来研究地球的大气层——在其他恒星周围寻找可能适宜居住的行星

  1. “光合作用……由星光提供能量,并使用大量的元素,如水和二氧化碳,”

    水和二氧化碳不是“元素”。它们是化合物。水可能“非常丰富”;然而,二氧化碳存在的证据并不那么令人信服,而且二氧化碳的丰富程度是有关地外生命问题的核心。

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