Jak znaleźć rośliny w kosmosie?

Naukowcy uważają, że właściwości chlorofilu pozwalają wykryć rośliny w kosmosie, co może pomóc w poszukiwaniu światów potencjalnie nadających się do zamieszkania.

.Jak opisują astronomowie, patrząc na Ziemię z odległego układu gwiezdnego, dysponując potężnym teleskopem zdolnym uchwycić odbite od niej światło, teoretycznie możliwe byłoby odkrycie, że istnieją na niej organizmy roślinne, a wskazówką byłby ich kolor. Chlorofil, pigment nadający roślinom zielony kolor, pochłania światło widzialne, aby mógł zajść proces fotosyntezy. Jednak przy tym wyznacza granicę na styku czerwieni i bliskiej podczerwieni (około 700 nanometrów) i silnie odbija bliską podczerwień w przestrzeń kosmiczną zamiast ją pochłaniać. Rezultatem jest gwałtowny skok współczynnika odbicia przy tej długości fali, nazywany czerwoną krawędzią wegetacji (vegetation red edge). Zdaniem naukowców, jest to ślad w widmie elektromagnetycznym wskazujący na istnieje życia roślinnego, zapisany w profilu świetlnym Ziemi dla każdego, który teoretycznie może zostać dostrzeżony przez cywilizacje, która ma zdolności do obserwacji innych planet. Przyszłe obserwatoria, w szczególności planowane przez NASA Habitable Worlds Observatory, są projektowane właśnie w tym celu.

Wykrycie czerwonej krawędzi na odległej egzoplanecie jest niezwykle trudne. W ramach nowego badania, naukowcy z NASA Jet Propulsion Laboratory i Goddard Space Flight Center, sprawdzili czy możliwe byłoby znalezienie roślin w kosmosie. Badanie zostało opublikowane w serwisie arXiv.

Zdaniem astronomów, cała trudność polega na tym, że prawdziwe planety znacznie bardziej skomplikowane niż powszechnie się to uznaje. Wcześniejsze modele obcych światów podobnych do Ziemi traktowały ich powierzchnie i atmosfery jako jednorodne, z jednym typem terenu i stałą warstwą chmur, a przykładowo prawdziwa Ziemia jest zupełnie inna. W zależności, z której strony się ją obserwuje i jak jest położona, część jej powierzchni może stanowić ocean, część las, część pustynia, a część czapa lodowa. Niektóre obszary są przykryte grubą warstwą chmur, inne są całkowicie odsłonięte. Ta mozaika różnych powierzchni, jak podkreślają badacze, odbija światło na różne sposoby, w zależności od tego, co znajduje się w polu widzenia i przy jakiej długości fali, a chmury mogą znacząco zaburzać cały sygnał.

.W ramach nowych analiz, astronomowie wykorzystali realistyczne trójwymiarowe modele Ziemi, aby zasymulować teoretyczną planetę o dziewięciu różnych porach dnia i uchwycić zmieniające się w polu widzenia cechy jej powierzchni. Dane te przetworzono za pomocą zaawansowanego systemu analizy znanego jako ExoReL, rozszerzonego tak, aby uwzględniał powierzchnie, których współczynnik odbicia zmienia się wraz z długością fali, a nie zakładać, że są one płaskie i jednorodne.

Jak opisują astronomowie, nawet przy dużym zachmurzeniu, oraz nawet gdy widma zostały uśrednione, aby odzwierciedlić dłuższe czasy obserwacji potrzebne prawdziwym teleskopom, sygnał czerwonej krawędzi pozostawał wykrywalny, o ile ponad połowę widocznej powierzchni stanowił ląd, a nie ocean. Naukowcy byli w stanie określić skok współczynnika odbicia z dokładnością do około 70 nanometrów, co jest wystarczająco precyzyjne, aby odróżnić sygnał pochodzący od czynników biologicznych od nieożywionych.

Badanie to może pomóc w poszukiwaniu światów nadających się do zamieszkania. Jak wskazują astronomowie, egzoplanety najczęściej nie będą zwrócone zawsze w ten sam sposób w kierunku Ziemi, również obecne na nich chmury mogą utrudniać obserwacje. To, że czerwona krawędź wciąż może zostać wykryta, nawet pomimo fragmentarycznemu zachmurzeniu, zróżnicowaniu terenu i rotacji obcych światów, oznacza, że urządzenia takie Habitable Worlds Observatory, będą mogły rzeczywiście odkryć planety, na których rozwinęło się życie.

Emil Gołoś