2021.01.17 (일)

허블은 지구를 다른 별 주변의 잠재적으로 거주 가능한 행성에서 산소를 식별하는 프록시로 사용합니다.
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허블은 지구를 다른 별 주변의 잠재적으로 거주 가능한 행성에서 산소를 식별하는 프록시로 사용합니다.

 


NASA의 허블 우주 망원경을 사용하는 천문학 자들은 완전한 월식을 활용하여 지구의 자체 선 스크린 브랜드 인 오존을 대기 중으로 감지했습니다. 이 방법은 천문학 자와 우주 생물 학자들이 외계 행성  (다른 별 주위의 행성) 에서 잠재적 인 "생체 학적 특성"을 관찰함으로써 지구를 넘어 생명의 증거를 찾는 방법을 시뮬레이션합니다  .

허블은 지구를 직접 보지 않았습니다. 대신 천문학 자들은 달을 거울로 사용하여 지구 대기를 통과 한 후 허블쪽으로 다시 반사 된 햇빛을 반사했습니다. 일식 관측을 위해 우주 망원경을 사용하면 미래 망원경이 통과하는 외계 행성의 대기를 측정 할 조건을 재현합니다. 이러한 대기에는 우주 생물학, 생명 연구 및 탐색에 관심이있는 화학 물질이 포함되어있을 수 있습니다.

이러한 종류의 지상 관측이 이전에 많이 이루어졌지만, 개기 월식이 자외선 파장과 우주 망원경으로 포착 된 것은 이번이 처음입니다. 허블은 햇빛의 일부를 흡수하는 오존의 강한 스펙트럼 지문을 감지했습니다. 오존은 지구 대기의 보호막의 원천이기 때문에 생명에 중요합니다.

지구상에서 수십억 년에 걸친 광합성은 지구의 높은 산소 수준과 두꺼운 오존층을 담당합니다. 그것이 과학자들이 오존이나 산소가 다른 행성에서 생명의 표시가 될 수 있다고 생각하는 이유 중 하나입니다.

허블의 관측 책임자 인 콜로라도 주 볼더에있는 대기 및 우주 물리 연구소의 앨리슨 영 블러드 (Allison Youngblood)는“오존을 찾는 것은 분자 산소의 광화학 부산물이기 때문에 중요하다”고 설명했다.

음력 일식에서 본 갈색 달의 배경 허블 우주 망원경 실루엣의 그림
이 그림은 월식 중에 보이는 달의 이미지에 허블 우주 망원경이 겹쳐져 있음을 보여줍니다. NASA의 허블 우주 망원경을 사용하는 천문학 자들은 2019 년 1 월에 총 월식을 활용 한 지구 대기의 오존을 감지했습니다. 이 방법은 생명을 찾아 다른 별 앞에서 이동하는 지구와 같은 행성을 어떻게 관찰 할 것인지에 대한 대리자 역할을합니다. 우리의 행성은 완전한 음력 일식 동안 태양과 달과의 완벽한 조화는 별과 함께 통과하는 지구 행성의 기하학을 모방합니다. 새로운 연구에서 허블은 지구를 직접 보지 않았습니다. 대신 천문학 자들은 달을 지구의 대기를 통해 전달 된 햇빛을 반사하는 거울로 사용했으며 그 후 허블에 의해 포착되었습니다.
크레딧 : M. Kornmesser (ESA / 허블), NASA 및 ESA
왼쪽에 노란 색조의 태양, 중앙에는 지구, 오른쪽에는 달 (달빛)이있는 월식 역학의 삽화
이 다이어그램 (축척이 아님)은 월식의 기하학을 설명합니다. 달이 전적으로 지구의 umbra (총 월식 또는 엄폐 식으로 알려져 있음)에있을 때, 달 표면에 도달하는 모든 햇빛은 지구 대기를 통해 굴절되거나 산란됩니다. 달이 지구의 반감기 (반도 일식이라고 함)에있을 때 조명은 직사광선과 행성 대기를 통해 굴절되고 흩어진 햇빛에서 비롯됩니다. 이 과정은 외계 행성 통과 관측과 유사합니다.
크레딧 : M. Kornmesser (ESA / 허블), NASA 및 ESA
한 영역이 확대 된 달의 회색 색조 이미지
이 위성 기반의 달의 망원경 이미지는 천문학 자들이 NASA의 허블 우주 망원경을 사용하여 지구 대기의 오존량을 측정 한 일반적인 지역을 강조합니다. 이 방법은 생명을 찾아 다른 별 주위의 지구와 같은 행성을 어떻게 관찰 할 것인지에 대한 대리 역할을합니다.
크레딧 : M. Kornmesser (ESA / 허블), NASA 및 ESA

월식 동안 지구 대기의 오존이 이전의 지상 관측에서 검출되었지만 허블의 연구는 현재까지 분자를 가장 강력하게 검출 한 것으로 나타났습니다. 왜냐하면 오존 (지구 대기의 다른 화학 물질의 간섭없이 우주에서 측정 한 바와 같이)은 자외선을 흡수하기 때문입니다. 너무 강하게.

허블은 2019 년 1 월 20 일부터 21 일까지 발생한 월식 동안 지구 대기권 가장자리를 통과 한 태양의 자외선을 흡수하는 오존을 기록했습니다. 다른 지상 망원경도 이클립스 동안 다른 파장에서 분광 관측을하여 산소 및 메탄과 같은 지구의 대기 성분을 더 많이

Youngblood는 "NASA의 주요 목표 중 하나는 생명을 지탱할 수있는 행성을 식별하는 것"이라고 말했다. "하지만 우리가 지구를 본다면 우리는 어떻게 습관성 또는 무인 행성을 알 수 있을까요? 천문학 자들이 외계 행성의 대기를 특성화하기 위해 자신의 처분에 가지고있는 기술로 어떤 모습일까요? 지구의 스펙트럼 모델을 다음과 같이 개발하는 것이 중요합니다. 외계 행성의 대기를 분류하기위한 템플릿입니다. "

그녀의 논문은 Astronomical Journal 에서 온라인으로 볼 수 있습니다  .

행성 분위기 스니핑

외계 세계가 통과라고하는 사건 인 부모 별의 얼굴을 가로 질러지나 가면 일부 외계 행성의 대기를 조사 할 수 있습니다. 통과하는 동안 별빛은 백라이트 외계 행성의 대기를 통과합니다. (가까이 보면 지구의 우주에서 본 것처럼 지구의 실루엣은 조명 된 대기로 인해 지구 주위에 얇고 빛나는 "후광"이있는 것처럼 보일 것입니다.)

대기 중에있는 화학 물질은 특정 색상의 별빛을 걸러 내면서 확실한 상징을 남깁니다. 허블을 사용한 천문학 자들은이 기술을 외계 행성 프로빙을 위해 개척했습니다. 이것은 1990 년에 허블이 발사되었을 때 아직 외계 행성이 발견되지 않았고 우주 관측소가 그러한 실험을 위해 처음 설계되지 않았기 때문에 특히 주목할 만하다.

지금까지 천문학 자들은 허블을 사용하여 별을 통과하는 거대한 가스 행성과 수퍼 지구 (지구 질량의 몇 배인 행성)의 대기를 관찰했습니다. 그러나 지구 크기의 지구 행성은 훨씬 작은 물체이며 대기의 껍질은 사과의 피부처럼 얇습니다. 따라서 지구 크기의 외계 행성에서 이러한 서명을 밝히는 것이 훨씬 어려울 것입니다.

그렇기 때문에 연구자들은 이동 중에이 작은 행성의 대기를 통과하는 미약 한 별빛을 수집하기 위해 허블보다 훨씬 큰 우주 망원경이 필요할 것입니다. 이 망원경은 강력한 신호를 만들기 위해 수십 시간 동안 더 오랜 시간 동안 행성을 관찰해야합니다.

이 더 큰 망원경을 준비하기 위해 천문학 자들은 지구에서 훨씬 더 가깝고 알려진 지구 행성에서 실험을하기로 결정했습니다. 우리의 행성은 완전한 월식 동안 태양과 달과 완벽하게 정렬되어 별을 통과하는 지구 행성의 기하학을 모방합니다.

그러나 달이 매우 밝기 때문에 관측이 까다 로웠으며, 표면은 밝고 어두운 영역으로 얼룩덜룩했기 때문에 완벽한 반사판이 아닙니다. 달은 또한 지구와 너무 가까워서 허블은 우주 관측소에 대한 달의 움직임에도 불구하고 특정 지역을 꾸준히 감시해야했다. 따라서 Youngblood의 팀은 분석에서 달의 표류를 설명해야했습니다.

오존이 어디에 있습니까? 생명이 있습니까?

지구 외계 행성의 하늘에서 오존을 발견한다고해서 표면에 생명이 존재한다고 보장 할 수는 없습니다. 영 블러 박사는“지구에 생명체가 있다는 결론을 내리기 위해서는 오존 외에 다른 스펙트럼 서명이 필요할 것이다.

지구상에서 오존은 지구 대기의 산소가 강한 농도의 자외선에 노출 될 때 자연적으로 형성됩니다. 오존은 지구 주위에 담요를 형성하여 가혹한 자외선으로부터 보호합니다.

메릴랜드 주 그린벨트에있는 NASA의 고다드 우주 비행 센터 (Godard Space Flight Center)의 지아 다 아르 니 (Giada Arney)는 "광합성은 별빛으로부터의 에너지에 의해 공급되고 물과 이산화탄소와 같은 우주적으로 풍부한 원소를 사용하기 때문에 어떤 행성에서도 진화 할 수있는 가장 생산적인 대사 일 수있다"고 말했다. 과학 논문의 공동 저자. "이 필요한 성분들은 거주 가능한 행성에서 공통적이어야합니다."

오존 시그니처의 계절 변동성은 지구의 식물의 성장 계절과 마찬가지로 계절에 따라 산소의 생물학적 생성을 나타낼 수 있습니다.

그러나 질소와 산소가 햇빛에 노출 될 때 생명이없는 상태에서도 오존이 생성 될 수 있습니다. 주어진 생체 서명이 실제로 생명체에 의해 생성된다는 확신을 높이기 위해 천문학자는 생체 서명 조합을 검색해야합니다. 다수의 생체 서명 각각이 해당 시그니처에 고유 한 파장에서보다 쉽게 탐지되기 때문에 다중 파장 캠페인이 필요합니다.

"천문학 자들은 또한 젊은 행성을 가진 더 어린 별을 볼 때 행성의 발달 단계를 고려해야합니다. 만약 당신이 초기 지구와 유사한 행성에서 산소 나 오존을 탐지하고 싶다면, 대기 중에 산소가 적었을 때, Arney는 광학 및 적외선의 스펙트럼 특성이 충분히 강하지 않다고 설명했다. "우리는 광합성이 대기에서 산소와 오존의 축적에 기여한 오늘날의 중간 지질 시대 (대략 20 억 ~ 70 억년 전) 이전에 지구의 오존 농도가 낮았다 고 생각합니다. 그러나 오존 특성의 자외선 신호는 매우 강하므로 소량의 오존을 감지 할 수 있습니다.

NASA는 제임스 웹 우주 망원경 (James Webb Space Telescope)이라 불리는 다가오는 관측소를 가지고 있는데,이 행성은 적외선에서 비슷한 종류의 측정을 수행 할 수 있으며, 외계 행성에서 메탄과 산소를 감지 할 수있다. Webb는 현재 2021 년에 출시 될 예정입니다.


Claire Andreoli
NASA의 Goddard 우주 비행 센터, Greenbelt, Md.
301-286-1940
claire.andreoli@nasa.gov

 








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