Hier ist wie Planeten Jäger werden die nächste Erde finden

Vor zwanzig Jahren, Klang wie eine Wissenschaft fiktive Traum entdecken eine andere Erde. Aber innerhalb einer Generation Astronomen glauben, dass wir genau das tun könnte.

"Suche nach Spuren von Leben außerhalb der Erde kein frommer Wunsch ist", sagte Natalie Batalha, Astronom an der NASA Ames Research Center. "Es ist etwas wir erreichen – vielleicht auch nicht in meinem Leben, vielleicht in das Leben meiner Tochter."

Batalha Stimmung wurde am vergangenen Samstag von den Männern und Frauen, die bei der Eröffnungsfeier des Instituts Carl Sagan an der Cornell University sprach wider. Das Institut, Idee des Astronomen Lisa Kaltenegger, wurde gegründet, um die Vielfalt der Welten zu erforschen, die wir gerade begonnen haben, auf die kosmische Horizont erblicken. Wenn wir Glück haben, finden wir einen anderen Planeten wie die Erde. Oder ein Dutzend. Oder tausend.

"Wie können man herausfinden, wenn eine Welt umkreisen einen anderen Stern einen bewohnbaren Ort ist?" Kaltenegger, sagte. "Wir leben in zum ersten Mal in der Geschichte haben wir die Werkzeuge, um diese Frage zu beantworten."

Suche nach Erde 2.0 wird nicht einfach sein. Es wird ein enormer Aufwand, aber die Astronomen, planetarische Wissenschaftler, Chemiker und Biologen führt die Carl-Sagan-Institut haben einen Plan, um uns dorthin zu gelangen. Hier ist, wie wir versuchen, die nächste blassblauen Punkt und das Ende unserer kosmischen Einsamkeit zu finden.

Milliarden und Abermilliarden

Es ist eine tolle Zeit, lebendig zu sein, wenn Sie in Welten jenseits unseres Sonnensystems interessiert. In den letzten zwei Jahrzehnten entdeckte Exoplanet Wissenschaft hat nichts weniger als eine Revolution erlebt, und auch wenn Sie skeptisch, was die Idee von außerirdischen Lebensformen, die Entdeckungen, die wir gemacht haben sind verdammt beeindruckend.

Künstlerische Darstellung des Planeten um Sterne in der Milchstraße. Image Credit: ESO/M. Kornmesser

Betrachten Sie die Zahlen: vor zwanzig Jahren Astronomen hatte keinen einzigen Planeten außerhalb unseres Sonnensystems bestätigt. In den vergangenen sechs Jahren, NASA Mission Kepler – eine weltraumgestützte Teleskop, das unsere Sonne, Blick auf mehr als 100 tausend Sterne gleichzeitig umkreist – mehr als 4100 planetarischen Kandidaten und 1000 bestätigten Planeten entdeckt hat. Kepler ist nicht den ganzen Himmel Scannen. Vielmehr überwacht der Bereich einen winzigen Splitter unserer Galaxie, wobei eine kosmische Zählung der Arten. Mit dieser Volkszählung haben Astronomen Statistiken verwendet, um die Verteilung der Planeten in der Milchstraße zu extrapolieren.

"Wir haben gelernt, dass die meisten Sterne haben Planeten, Erde, die großen Planeten sind häufig, sodass ein guter Bruch sind in der bewohnbaren Zone von ihrem Stern", sagte Bill Borucki, der Studienleiter der Kepler-Mission. "Und wenn Sie die Zahlen zusammen: 100 Milliarden Sterne, 10 Prozent mit erdähnlichen Planeten, 10 Prozent Sterne wie die Sonne, das ist 1 Milliarde erdähnlichen Planeten in der habitablen Zone der Sterne wie die Sonne."

Lassen Sie mich das letzte Stück zu wiederholen. Möglicherweise gibt es 1 Milliarde erdähnlichen Planeten in der habitablen Zone eines sonnenähnlichen Sterns. Vor dreißig Jahren waren Astronomen sicher von jedem. Und das ist natürlich nur innerhalb unserer Galaxie.

"Es gibt Milliarden von Sternen in unserer Galaxie allein, Milliarden von Galaxien gibt," sagte Kaltenegger. "Die Zahlen sind zum Glück sehr zu unseren Gunsten."

Anzahl der Exoplanet Entdeckungen von Jahr. Bild: NASA Ames/SETI/J-Reihe

Die Technologie hinter diese unglaubliche Entdeckung ist im Prinzip ganz einfach. Die meisten Exoplaneten bisher über Transit erkannt wurden – einen leichten Rückgang in das Licht von einem Stern als ein Planet seinen Weg in die Sichtweite eines Teleskops überquert. In der Praxis ist jedoch lokalisieren diese planetarischen Schatten wahnsinnig schwer, weil die kurze Änderung im Sternenlicht durch ein Transit-Ereignis verursacht absolut winzig ist.

"Stell dir vor du hast bei der höchste Wolkenkratzer in New York City, und es ist Nacht," sagte Batalha. "Jedes Fenster ist geöffnet und jedes Licht ist eingeschaltet. Eine Person geht und senkt die Blinds auf einem Fenster von etwa einem Zentimeter. Das ist die Veränderung im Licht, was Sie messen um einen erdähnlichen Planeten zu finden."

Und Sie müssen dazu mindestens zweimal, damit Sie schaffte es nicht nur auf.

Für den Transit zu arbeiten hatten wir Photometer tausendmal genauer als alle Baujahr zu entwickeln. Wie Borucki erläutert, müssen diese Lichtsensoren Tausende von Sternen auf einmal überwachen, da die Chance, dass, die ein Planet in den Weg eines Sterns in der Sichtlinie des Teleskops sich reiht, weniger als 1 % beträgt. Den Anwendungsbereich Photometer hat auch ganz still zu bleiben, zu allen Zeiten – nicht auf den Boden, sondern in den Weltraum verankert.

Und für diesen Spezifikationen wie ehrgeizig sind – es dauerte Borucki fast zwei Jahrzehnte, design, Prototyp, und NASA, grün-Kepler überzeugen – Transit gibt uns lediglich einen Planeten Radius, Umlaufzeit und manchmal seine Masse. Und bisher nur für Welten, sind auf der Erde orbital Ferne oder nach innen. (Der Transit von weiter entfernten Planeten ist zu schwach für Keplers Photometer erkennen.) Durch Masse und Radius berechnen wir planetarischen Dichte, die uns sagt, ob wir bei einer felsigen, erdähnliche Welt oder ein Jupiter-ähnlichen Ball aus Gas suchen.

Bild: Neu gezeichnet von M.Stone aus Daten von W. Borucki

Bisher wurde die Galaxie voller Überraschungen. Viele Stars beherbergen große Welten weit näher als Merkur, eine Situation, die nahezu unmöglich vor dreißig Jahren galt im Orbit. Die zwei häufigsten Arten von Planeten für die Menschheit gerade jetzt bekannt – so genannte "super-Erden" und "Mini-Neptunes" – sind in unserem Sonnensystem gar nicht vertreten. Wir haben Hinweise von unglaublich bizarre Orte gibt, der so leicht wie Styropor Gasriesen, der Ozean-Welten und Lava-Planeten.

"Es gibt Planeten umkreisen Doppelsterne, die nicht eine Sonne steigt im Osten und im Westen nur zwei haben," sagte Batalha. "Wir finden Planeten in Sternhaufen, mit 25 Sterne, verpackt in einer einzigen kubischen Parsec Platz. Auf diesen Planeten wären Sie Blick oben und bejeweled Himmel sehen."

"Es ist eine unglaublich wunderbare Vielfalt der Welten gibt, und wir haben nicht einmal gestartet, an der Oberfläche kratzen" Kaltenegger sagte.

Künstlerische Darstellung von Corot-7 b, eine wahrscheinlich Lava-Welt. Bild: ESO/L. Calcada

Diese exotische Welten verstreut, wir haben auch eine Handvoll "Goldlöckchen" Planeten gefunden – Welten, die nicht zu heiß und nicht zu kalt, das sind felsig, die Sterne wie unsere Sonne umkreisen. Welten, die die nächste Erde sein könnte.

"Diese [potenziell bewohnbaren] Planeten sind relativ häufig und mit Statistiken, wir wissen, sie werden wahrscheinlich in der Nähe," sagte Batalha.

Für eine Welt von potenziell bewohnbaren zu einem Bonafide Erde gelangen, müssen wir noch einen viel besseren Blick auf sie zu bekommen. Das ist genau das, was wir hoffen, mit der nächsten Generation von Bereichen zu tun. Mit künftigen Missionen sehen wir uns nicht nur Blick auf Ebbe und Flut des Lichts von fernen Sternen, sondern auf die Atmosphäre des Planeten selbst. Lichtjahre entfernt werden unsere Bereiche effektiv die Luft von anderen Welten probieren.

Wenn das passiert, werden Astronomen auf der ganzen Welt alien Jäger.

Auf der Jagd nach Goldilocks

Erde kann eine gemütliche blaue Murmel heute, aber es war nicht immer Sonnenschein und Rosen. Vor 4 Milliarden Jahren felsigen Oberfläche des Planeten wurde in feurige Vulkane, bombardiert mit Kometen und Asteroiden, Überfluss in UV-Bestrahlung Sterilisation ausbricht und enthalten praktisch kein Sauerstoff, zu booten.

Künstlerische Darstellung eines Planeten umgibt Gliese 667Cb. Bild: ESO/L. Calçada

Es war das Leben, dass Terraformed der Erde – frühe, winterharte Kolonisatoren, die im Laufe von Milliarden von Jahren, eine felsige Einöde in einer bequemen, atmungsaktiven Biosphäre verwandelt. Alten Cyanobakterien waren wahrscheinlich die ersten, erhebliche Mengen an Sauerstoff als Abfallprodukt von Photosynthese zu produzieren. Heute, enthält unsere Luft eine gesunde Versorgung von O2, ständig durch Erde Pflanzenwelt sowie Phytoplankton und eine dünne Schicht von Ozon, das uns schützt vor schädlichen UV-Strahlung wieder aufgefüllt. Die Erdatmosphäre enthält auch Spurenmengen Gase zu reduzieren – Dinge wie CO2 und Methan – ergänzt durch die kollektive Ausatmen des Stoffwechsels des Lebens und vor kurzem durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe.

Allein genommen, Sauerstoff oder Methan kein starkes Argument für das Leben machen – beides können durch anorganische chemische Reaktionen erzeugt werden. Aber setzen Sie sie zusammen, streuen Sie in ein wenig Wasser, und es ist eine andere Geschichte.

"Unsere besten Signatur [Leben] bis heute ist die Kombination von Sauerstoff oder Ozon mit einem reduzierenden Gas – etwas, das Sauerstoff machen sollte weggehen" Kaltenegger hat mir gesagt. " Ein Großteil der Dinge, die biologischen, wie Methan alleine oder CO2 allein, kann auch von Felsen, kommen, so dass wir nur diejenigen verwenden können. "Aber wenn Sauerstoff zusammen mit Methan gefunden wird, dann muss etwas es jetzt in großen Mengen produziert werden."

So haben unsere alien Jäger bereits einige vielversprechende Fingerabdrücke im Auge. Diese Zutaten in der Atmosphäre eines Goldilocks-Planeten kreisen sonnenähnlichen Stern zu finden, und wir können uns nur noch eine andere Erde. Jetzt gehen wir wie die Hölle über die Suche?

Künstlerische Darstellung von TESS. Bild: NASA

Durch eine Pipeline von künftigen Raumfahrtmissionen, beginnend mit Transit Exoplanet Survey Satellite (TESS) startet die im Jahr 2017. Während die meisten Keplers Ziele 500-1.000 Lichtjahre entfernt waren, TESS wird unsere freundlichen Nachbarschaft Planetenjäger sein – es werde den gesamten Himmel, Überwachung mehr als die Hälfte eine million Sterne in unserer kosmischen Umgebung zu scannen.

"TESS wird wie Kepler, nur tun, Transit, aber anstelle von starren auf einen bestimmten Teil des Himmels, Scannen sie den gesamten Himmel, mit Schwerpunkt auf unsere nächsten Nachbarn" Kaltenegger erzählte mir. "Es wird uns viel viel versprechende Ziele auswählen, die viel näher als die Kepler-Planeten sind damit."

TESS kann viele hoffnungsvolle Kandidaten auftauchen, aber es wird nicht ihre Atmosphären studieren. Dieser Prozess beginnt rüstet sich mit James Webb Space Telescope, ein 6,5 Meter langen solarbetriebene Sternwarte geplant, im Jahr 2018 zu starten. Mit noch nie da gewesenen Erkennungsmöglichkeiten wird JWST das erste Observatorium des nächsten Jahrzehnts werden. Seine Empfindlichkeit kommt zum Teil aus massiven Sonnenblende, die den Umfang Instrumente unter-370 Grad Fahrenheit Schüttelfrost. Bei so niedrigen Temperaturen strahlt das JWST selbst sehr wenig Strahlung ermöglicht die Erkennung von schwachen Energiesignaturen von weit her – einschließlich leichte Einbrüche in das Licht von einem fernen Stern wie durch die Atmosphäre des Planeten filtert.

Künstlerische Darstellung der das JWST. Bild-Gutschrift: Northrop Grumman

"Sie nehmen das Licht dieses Planeten, dass man die winzigen Pixel, und Sie teilen," sagte Kaltenegger. "Sie schauen Sie sich die verschiedenen Farben – im Grunde was passiert, wenn Sonnenlicht durch ein Regentropfen und einen Regenbogen macht – und wenn die Energie fehlt, können Sie genau bestimmen, über Lichtjahre entfernt, welche Chemikalien Moleküle sind dort in der Luft dieser Welt."

Aber. Beeindruckend wie JWST sein wird, diesen Bereich noch stark genug, um viele felsige, erdähnliche Planeten zu studieren nicht. (Wenn Kaltenegger sagt, wir eine felsigen Super-Erde um ein dunkel roter Zwerg ganz in der Nähe von finden, haben wir eine Chance, seine Atmosphäre zu betrachten). JWST Augen auf meist größeren Welten behoben werden – und diese werden in der Regel kalt und windig Blobs von Gas.

"JWST soll es knock out Ballpark für Mini-Neptunes und Super Erden, es geht um die Vielfalt ihrer Atmosphären, aber seine nicht zugeschnitten, erdähnlichen Planeten finden verstehen", sagte Batalha.

Weiter oben nach JWST der Breite Bereich Infrarot-Umfrage Teleskop (WFIRST), einem nachgerüsteten Spion-Bereich, die ist, mit einer Technik namens Microlensing, die Sensibilität zu erkennen kleiner als erdähnlichen Planeten umkreisen in Abständen über 1 AU (der Abstand zwischen Erde und Sonne). Verwenden ein Starlight-blocking Koronograph, wird WFIRST auch direkt reflektiertes Licht von einigen größeren Planeten sehen können.

"Kepler die Statistiken von Exoplaneten in einer Erdumlaufbahn und innen ist," sagte Batalha. "WFIRST wird die Statistik des Planeten umkreisen in einer Erdumlaufbahn oder nach außen zu bekommen. Im Laufe der Zeit sind wir also zum Aufbau dieses umfassenden Bildes was Exoplaneten draußen sind."

Künstlers Konzept des WFIRST. Bild-Gutschrift: NASA

Und einmal WFIRST in der Mitte der 2020 startet, Weltraumbehörden planen schließlich zu verdoppeln auf einer Mission, "Lebens-Finder". Es ist diese zukünftige Mission, die wir die Macht hat hoffen, die Atmosphären von vielen felsigen, erdähnlichen Planeten um Sterne in der stellaren Nachbarschaft zu entschlüsseln.

"Zwischen jetzt und dem Leben-Finder, wir gehen nicht in der Nähe Erden in großer Zahl zu finden", sagte Batalha. "Aber solange wir bis zum Jahr 2025 damit beginnen, Geld in ein Leben-Sucher gut positioniert sind, dann denke ich, wir haben eine Hoffnung auf wirklich voran in drei Jahrzehnten."

Drei Jahrzehnte bis wir haben scheint eine gute Chance zu finden, die nächste Erde Baseballstadion, die, dem meisten Exoplaneten Jäger mit vertraut sind. Aber wenn Erden erweisen sich als sehr häufig, können wir mit etwas Glück und finden uns einen Nachbar früher.

"TESS ist, ein paar Dutzend Planeten, die klein genug sind, in den richtigen Abstand zu ihrem Stern felsig, zu finden", sagte Kaltenegger. "Dann haben wir eine Liste der nächstgelegenen vielversprechende Welten, die wir können alle unsere Teleskope auf und beobachten Nacht für Nacht. "Es geht um verrückt sein, wie viel Arbeit es ist, aber es wird auch eine unglaubliche Gelegenheit sein."

Wie werden wir es wissen, wenn wir es sehen

Es dauert mehrere Jahrzehnte für die Technologie musste Fleck Erde 2.0 online geschaltet werden. Aber Astronomen sind nicht nur twiddling ihre Daumen warten.

Erde, vom Mond aus gesehen. Bild: Wikimedia

"Wir wollen so gut vorbereitet wie wir, indem er die Frage jetzt können: unter den Tausenden von Welten, unter den Dutzenden, die in der Nähe sind, welche wir wollen wählen?" Kaltenegger, sagte. "Kombinieren, was wir wissen über das Leben auf der Erde mit der Astronomie ist eines der stärksten Mittel, das zu tun."

An der Carl-Sagan-Institut sind Kaltenegger und ihre Kollegen Funde von Informationen anzuhäufen, die alien Jäger in den vielversprechendsten Kandidaten Welten schärfen helfen. Dazu gehören eine Fingerabdruck-Datenbank mit Hunderten von hypothetischen atmosphärischen Chemie — einige, die unsere Erde heute einige aussehen, die aussehen wie Erde geologische Vergangenheit, andere sind völlig fremd. Die Datenbank, die Kaltenegger beschrieb mir einmal als "CSI für Exoplaneten" verwendet wird, um ferne Welten zu kategorisieren und ordnen Sie sie in Bezug auf wie Erde-wie sie sind.

Mikroben wie diese hier können den Kosmos Farbe. Bild: Siddharth Segge / Max Planck Institut für Astronomie

Ein Farbe-Katalog hilft uns eine ganz andere Art des Fingerabdrucks suchen. Ebenso wie grünen Landschaften der Erde und blaue Ozeane Tipp bei Vorhandensein des Lebens könnte lebendige Flora und Fauna auf fernen Welten verräterische Hinweise bieten. In einer Studie, veröffentlicht im März überprüften die Forscher mehr als 100 Mikroorganismen auf Planet Erde, darunter viele, die in extremer Umgebung leben, und ihre Reflexion Unterschriften dokumentiert. Die Vielfalt der Farben vertreten in diese Viecher hilft alien Jäger vorstellen, wie das Leben aussehen könnte und wie wir es über die blassblauen Punkt erkennen könnte.

"Wenn eine Welt eine unterschiedliche Flora und Fauna hatte als dominant ist, es würde anders aussehen," sagte Kaltenegger. "Wenn Sie darüber, in den Farben nachdenken – wie sieht eine Welt in blau, rot und grün – die unterschiedlichen Oberflächen verschiedene Farben erscheinen würde. Und das ist, was Sie verwenden können, zu priorisieren, welche Planeten mehr schauen, wie sie Leben beherbergen könnte.

Gerade jetzt, in dieser Zeit, mit Tausenden von Planeten am Horizont, und neue Missionen kommen in den nächsten fünf bis zehn Jahren – jetzt ist, wenn wir müssen verstehen, was wir finden konnten und wie wir es finden konnte. "

Einmal finden wir es, was dann?

Es ist unglaublich, die Möglichkeit der Suche nach einer zweiten Erde prüfen. Aber auch der endgültige Beweis des Lebens auf einer anderen Welt wird nicht unser Wunsch zu beseitigen. Ganz im Gegenteil.

Exoplanet mit Ringen. Bild: Ron Miller/NASAblueshift

Das bringt mich auf eine Frage stellte ganz am Ende der Carl-Sagan-Institut Eröffnungszeremonie auf ein Panel Astronomen, Astrobiologen und Planeten voller Jäger. Also finden wir eine andere Erde. Sagen, es ist in der Nähe – ein paar Lichtjahre oder so von unserem Sonnensystem. Was ist dann?

Die überwältigende Resonanz war genau das, was jeden Science-Fiction-Fan zu hören gehofft hätte. Wir müssen versuchen, dorthin zu gelangen.

"Wenn jemand einen echten erdähnlichen Planeten innerhalb von ein paar Lichtjahren findet, meine Reaktion ist, lässt ein Raumschiff bauen" sagte Cornell Astronom Steve Squyres, der leitende Ermittler auf dem Mars Exploration Rover.

"Siehst du," sagte Didier Queloz, ein Exoplanet Forscher an der University of Cambridge, "nahm es der menschlichen Spezies zehntausend Jahren, um über die ganze Erde zu verbreiten. Als ich hierher kam, dauerte es acht Stunden mit dem Flugzeug den Atlantik zu überqueren. Vielleicht brauchen wir eine weitere hundert oder tausend Jahren, aber es scheint nicht so verrückt zu glauben, dass wir Sonden senden werde, um diese nahe gelegenen Planeten. Es gibt keine grundsätzliche Einschränkung aber die Zeit."

Batalha ist einverstanden. "Sobald wir wissen, dass es Leben – sobald wir auf ein Stern am Himmel zeigen können und sagen, es das Leben dort ist – ich persönlich denke, wir werden herausfinden, wie Sie es bekommen."

Eine bemannte interstellare Reise würde fast zweifellos eine Mehrgenerationen-Reise sein. In einer Welt, die sofortige Befriedigung immer besessen scheint, kann es schwer vorstellbar Menschen Opfern ihr Leben für eine Reise, die, der Sie nie das Ende sehen würde. Und doch, wie Ann Druyan, Co-Autor und Produzent des Kosmos , alle Beteiligten mit betont Exoplanet Entdeckung ist heute ein Mehrgenerationen Denker.

"Nur 75 bis 80 Jahren, die Vorstellung, dass es gab andere Welten Kreisen Sterne nicht sogar, wissenschaftlich, eine respektable Stellung zu nehmen," sagte sie. "Und hier sind wir heute in Mehrgenerationen-Projekten engagiert."

"Sieh an Kathedralen,", sagte Queloz. "Die meisten Leute, die zuerst sie bauten dachte nicht, dass sie das Ende sehen würde. Ich denke, wir bauen Kathedralen – Wissenschaft ist ein moderner Weg zum Ausdruck zu bringen, die. Ich denke als Spezies, wir sind es gewohnt, zusammen zu arbeiten, gemeinsam zusammen, und es ist in unseren Genen, dies zu tun."

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