Juli 8, 2022

Die Aktivität des James-Webb-Weltraumteleskops, der Beginn eines neuen Kapitels in der Erforschung außerirdischer Lebensartefakte

Ein neues Kapitel in der Suche nach außerirdischem Leben beginnt diesen Monat, wenn das leistungsfähigste Weltraumteleskop, das jemals gebaut wurde, damit beginnt, Planeten zu untersuchen, die andere Sterne umkreisen. Eine Atmosphäre in einem anderen Sternensystem zu entdecken, wäre beeindruckend genug. Es besteht jedoch sogar eine geringe Chance, dass eine dieser Atmosphären ein Element enthält, das als biologischer Effekt oder besser gesagt als Lebenssignal bekannt ist.

Laut der New York Times, Megan Mansfield, ein Astronom an der University of Arizona, glaubt, dass Wissenschaftler Planeten finden können, die wahrscheinlich die Fähigkeit haben, Leben zu unterstützen. Ihm zufolge bedeutet das Auffinden dieser Planeten jedoch nicht unbedingt, dass wir sofort Leben entdecken können.

Bis heute ist die Erde der einzige Planet im Universum, von dem wir wissen, dass es dort Leben gibt. Wissenschaftler schicken seit fast 60 Jahren Sonden zum Mars und haben noch kein Leben auf dem Planeten gefunden. Es ist jedoch möglich, dass Leben unter der Oberfläche des Roten Planeten verborgen ist oder auf den Monden von Jupiter oder Saturn zu finden ist. Einige Wissenschaftler glauben, dass sogar die Venus trotz ihrer sehr heißen Atmosphäre, die aus Wolken aus Schwefeldioxid besteht, der Ursprung venusianischer Wesen sein könnte.

Auch wenn sich herausstellt, dass die Erde der einzige Planet mit Leben im Sonnensystem ist, enthalten viele andere Sternensysteme im Universum sogenannte extrasolare Planeten. 1996 identifizierten Schweizer Astronomen den ersten Exoplaneten, der einen sonnenähnlichen Stern umkreist. Es stellte sich jedoch heraus, dass diese Welt mit dem Namen 51 Pegasus B oder Dimidium nicht die Fähigkeit hat, Leben zu unterstützen; Denn es ist ein aufgeblasener Gasriese größer als Jupiter mit einer Brenntemperatur von fast tausend Grad Celsius.

In den folgenden Jahren fanden Wissenschaftler mehr als 5.000 weitere Sonnenplaneten. Einige von ihnen sind der Erde sehr ähnlich. Damit sind sie fast so groß wie unser Universum; Doch statt aus Gas bestehen sie aus Gestein und umkreisen ihren Stern in der Goldilocks-Region. Alles in allem sind sie nicht zu nah zum Kochen und nicht zu weit zum Einfrieren.

Eine künstlerische Darstellung des Exoplaneten 51 Pegasus B, der ersten Welt, die außerhalb des Sonnensystems entdeckt wurde.

Leider hat die relativ geringe Größe dieser Exoplaneten ihre Untersuchung sehr erschwert; Aber das letzte Weihnachten gestartete James-Webb-Weltraumteleskop wird das ändern. Dieses leistungsstarke Teleskop wirkt wie ein Mikroskop und ermöglicht es Astronomen, diese Welten genauer zu betrachten.

Seit dem Start von Französisch-Guayana hat James Webb ungefähr anderthalb Millionen Kilometer zurückgelegt und ist in eine Umlaufbahn um die Sonne eingetreten. Dort schützt eine große Abschirmung den 6,5-Meter-Spiegel des Teleskops vor jeglicher Hitze oder Licht von der Sonne und dem Boden. In dieser tiefen Dunkelheit kann James Webb schwache und ferne Lichtschimmer erkennen; einschließlich solcher, die neue Details über entfernte Planeten enthüllen könnten.

James Webb ist das erste große Weltraumobservatorium, das zur Untersuchung der Atmosphären von Exoplaneten entwickelt wurde, sagt Dr. Mansfield. NASA-Ingenieure haben seit Ende Juni mit der Abbildung einer Reihe von Objekten mit dem James-Webb-Teleskop begonnen und werden die ersten Bilder am 21. Juli der Öffentlichkeit zugänglich machen.

Eric SmithExoplaneten werden zu den ersten Bildern gehören, die vom Teleskop aufgenommen werden, sagt James Webb, der Chefwissenschaftler des Weltraumteleskops. Da James Webb relativ wenig Zeit mit der Beobachtung von Exoplaneten verbringen wird, sieht Dr. Smith die ersten Bilder als einen „schnellen und dunklen“ Blick auf die Leistungsfähigkeit des Teleskops.

Diesen kurzen Blicken wird ab Juli eine Reihe längerer Beobachtungen folgen, die ein viel klareres Bild von Exoplaneten liefern. Eine Reihe von Astronomiegruppen plant, die sieben Planeten zu untersuchen, die den Stern Trappist 1 umkreisen. Frühere Beobachtungen haben gezeigt, dass sich drei dieser Planeten in der habitablen Zone befinden.

Olivia Lim, ein Absolvent der Universität von Montreal, hat vor einigen Tagen begonnen, die Planeten Trappist 1 zu beobachten. Er betrachtet dieses System als idealen Ort, um nach Lebenszeichen außerhalb des Sonnensystems zu suchen. Da Trappist 1 ein kleiner und kühler Stern ist, liegt seine bewohnbare Zone näher am bewohnbaren Gürtel unseres eigenen Sonnensystems.

Daher umkreisen die potenziell bewohnbaren Planeten von Trappist 1 den Stern aus nächster Nähe und benötigen nur wenige Tage, um ihre Umlaufbahnen abzuschließen. Jedes Mal, wenn die Planeten vor Trappist 1 vorbeiziehen, können Wissenschaftler eine einfache, aber entscheidende Frage überprüfen: Hat einer von ihnen eine Atmosphäre?

Nicole Lewis„Wenn ein Planet keine Luft hat, ist er nicht bewohnbar, selbst wenn er in der bewohnbaren Zone liegt“, sagt der Astronom der Cornell University. Dr. Lewis und andere Astronomen wären nicht überrascht, keine Atmosphäre um die Planeten von Trappist 1 herum zu finden. Selbst wenn die Planeten bei ihrer Entstehung Atmosphären entwickelt hatten, hat der Stern sie wahrscheinlich schon vor langer Zeit mit Ultraviolett- und Röntgenstrahlung bombardiert.

Der Blick auf einen der Planeten des Trappistensystems 1

Ein künstlerisches Bild eines der Planeten des Trappistensystems 1.

Dr. Mansfield sagt:

Es ist möglich, dass die Strahlung die gesamte Atmosphäre eines Planeten zerstört, bevor sie überhaupt eine Chance hatte, Leben zu bilden. Das ist die erste Frage, die wir hier zu beantworten versuchen: Konnten diese Planeten lange genug eine Atmosphäre haben, um Leben entstehen zu lassen?

Ein Planet, der vor Trappist 1 vorbeizieht, wirft einen winzigen Schatten; Aber der Schatten ist zu klein, um von einem Weltraumteleskop gesehen zu werden. Stattdessen erkennt das Teleskop einen leichten Abfall des vom Stern emittierten Lichts. Jacob Lustig Iger„Es ist, als würde man mit geschlossenen Augen auf eine Sonnenfinsternis schauen“, sagt der Astronom und Postdoktorand am Johns Hopkins Applied Physics Laboratory. Sie haben vielleicht das Gefühl, dass das Licht gedämpft ist.“

Ein Planet mit einer Atmosphäre verdunkelt seinen Stern anders als ein nackter Planet. Ein Teil des Sternenlichts geht direkt durch die Atmosphäre; Aber Gase absorbieren Licht bei bestimmten Wellenlängen. Wenn Astronomen nur Sternenlicht bei diesen Wellenlängen betrachten würden, wäre Trappist 1 viel schwächer. Das Teleskop sendet diese Beobachtungen von Trappist 1 zurück zur Erde, und dann erhalten Sie eine E-Mail mit der Nachricht: „Hallo, Ihre Daten sind verfügbar“, sagte Dr. Mansfield.

Das Licht, das von Trappist 1 kommt, wird so schwach sein, dass es einige Zeit dauern wird, es wahrzunehmen. „Ihr Auge ist daran gewöhnt, mit Millionen von Photonen pro Sekunde umzugehen“, sagt Dr. Smith. „Aber Weltraumteleskope sammeln nur wenige Photonen pro Sekunde.“

Bevor Dr. Mansfield oder seine Astronomenkollegen die Exoplaneten analysieren können, die vor dem Trappisten vorbeiziehen, müssen sie sie zunächst von den winzigen Schwingungen unterscheiden, die von den eigenen Instrumenten des Teleskops erzeugt werden. Dr. Mansfield sagt:

Vieles, was wir wirklich tun, ist sicherzustellen, dass wir alle seltsamen Dinge, die das Teleskop tut, richtig korrigieren, damit wir diese sehr winzigen Signale sehen können.

Fremde Himmel sehen

Es ist möglich, dass Dr. Mansfield und seine Kollegen am Ende der Bemühungen eine Atmosphäre um einen der Trappisten-1-Planeten finden; Aber dieses Ergebnis allein wird die Natur der Atmosphäre nicht zeigen. Die erwähnte Atmosphäre kann der der Erde ähnlich sein, reich an Stickstoff und Sauerstoff, oder eher der giftigen Atmosphäre der Venus, voller Kohlendioxid und Schwefelsäure, ähneln. Es ist sogar möglich, dass die Atmosphäre eine Mischung aus Elementen ist, die Wissenschaftler noch nie zuvor gesehen haben.

Alexander RatkiAstronom der Technischen Universität Dänemark sagt:

Wir haben keine Ahnung, woraus diese Atmosphären bestehen. Wir haben Visualisierungen und Simulatoren und all das; Aber wir haben wirklich keine Ahnung. Wir müssen gehen und nachsehen.

Das James-Webb-Weltraumteleskop könnte sich als leistungsfähig genug erweisen, um bestimmte Komponenten der Atmosphäre von Exoplaneten zu bestimmen; Weil jede Art von Molekül ein anderes Spektrum von Lichtwellenlängen absorbiert.

Diese Entdeckungen hängen jedoch vom Klima der Exoplaneten ab. Eine helle, reflektierende Wolkenschicht kann verhindern, dass Sternenlicht in die Atmosphäre des Exoplaneten eindringt, wodurch alle Bemühungen, fremde Luft zu finden, vergeblich sind. „Es ist wirklich schwer, den Unterschied zwischen einer bewölkten Atmosphäre und einer ohne zu erkennen“, sagt Dr. Rathke.

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Wenn das Wetter mitspielt, sind Astronomen besonders daran interessiert herauszufinden, ob Exoplaneten Wasser in ihrer Atmosphäre haben. Zumindest auf der Erde ist Wasser eine wesentliche Voraussetzung für das Leben. „Wir denken, dass dies wahrscheinlich ein guter Ausgangspunkt für die Suche nach Leben ist“, sagt Dr. Mansfield.

Eine wasserreiche Atmosphäre bedeutet jedoch nicht zwangsläufig, dass ein Exoplanet Leben hat. Um sicherzustellen, dass der Planet bewohnbar ist, müssen Wissenschaftler eine biologische Spur identifizieren, die aus einem Molekül oder einer Kombination von Molekülen besteht, die eindeutig von lebenden Organismen hergestellt werden.

Wissenschaftler diskutieren immer noch, was eine zuverlässige biologische Wirkung ausmacht. Die Erdatmosphäre ist einzigartig im Sonnensystem; Weil es eine große Menge Sauerstoff enthält, der hauptsächlich das Produkt von Pflanzen und Algen ist. Wenn Wassermoleküle in der Luft gespalten werden, kann Sauerstoff aber auch ohne die Hilfe von Leben entstehen. Methan kann auch das Ergebnis der Aktivität lebender Mikroben oder Vulkane sein.

Die Countdown-Uhr bis zur Veröffentlichung von James Webbs Bildern

Eine an einem Observatorium in Arizona installierte Uhr zeigt die verbleibende Zeit an, bis der erste Datensatz des James-Webb-Weltraumteleskops geliefert wird.

Es ist wahrscheinlich, dass es ein bestimmtes Gasgleichgewicht gibt, das eine eindeutige biologische Wirkung liefern kann; Ein Gleichgewicht, das ohne die Hilfe des Lebens nicht aufrecht erhalten werden kann. Dr. Rataki sagt:

Wir brauchen sehr günstige Szenarien, um diese biologischen Artefakte zu finden. Ich sage nicht, dass es nicht möglich ist; Vielmehr halte ich es einfach für weit hergeholt. Wir müssen sehr viel Glück haben.

Joshua Christensen Tabakein Planetenwissenschaftler an der University of California in Santa Cruz, sagt, dass James Webb, um ein solches Gleichgewicht zu finden, möglicherweise häufige Transite des Planeten vor Trappist 1 beobachten muss. „Wenn jemand in fünf Jahren vorbeikommt und ja sagt, wir Ich habe mit James Webb ein Leben gefunden, ich werde dieser Behauptung sehr skeptisch gegenüberstehen“, sagt er.

Es ist wahrscheinlich, dass das James-Webb-Weltraumteleskop einfach nicht in der Lage sein wird, biologische Artefakte zu finden. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen wir möglicherweise mehr als ein Jahrzehnt auf die nächste Generation von Weltraumteleskopen warten. Diese Teleskope werden Exoplaneten auf die gleiche Weise untersuchen, wie Menschen Mars oder Venus am Nachthimmel beobachten; Das heißt, anstatt die Planeten zu beobachten, wenn sie vor dem Stern vorbeiziehen, beobachten sie die Lichter, die von den Planeten im schwarzen Hintergrund des Weltraums reflektiert werden.

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