A NASA következő zászlóshajó űrtávcsöve közvetlenül fotózná a közeli csillagok körül keringő, Földhöz hasonló bolygókat, majd az atmoszférájukról visszaverődő fényt elemezve keresné az élet nyomait. A Habitable Worlds Observatory még évekre van a felbocsátástól, azonban a most meghozott műszaki döntések határozzák meg, milyen jeleket lesz képes azonosítani.

Egy friss, az arXiv preprint szerveren közzétett tanulmány azt vizsgálta, milyen spektrális felbontás szükséges ahhoz, hogy a távcső megbízhatóan azonosíthassa a bioszignatúrákat. A spektrális felbontás azt mutatja meg, mennyire képes a műszer elkülöníteni az egymáshoz közeli színeket, vagyis hullámhosszakat a fényben.

A felbontás fontossága

Minél nagyobb a felbontás, annál részletesebb „légköri ujjlenyomat” rajzolódik ki, ugyanakkor nő az expozíciós idő, erősödik a detektorzaj, és bonyolultabbá válik a mérnöki kivitelezés. Ha túl magasra állítják a felbontást, a megfigyelési program túl időigényessé válhat, ha viszont túl alacsonyra, akkor nehéz lesz különbséget tenni egy lakott és egy élettelen bolygó között – számolt be róla a Space.com.

A kutatócsoport azt modellezte, mit látna a HWO a Föld különböző földtörténeti korszakaiban. A bolygó légköre az évmilliárdok során jelentősen átalakult. Az archeai időszakban, még a növények és a cianobaktériumok elterjedése előtt, gyakorlatilag nem volt oxigén a légkörben, a proterozoikumban már megjelent valamennyi, a fanerozoikumban pedig a komplex élet kialakulásával nagyjából 20 százalékra emelkedett az aránya. Mindegyik korszak eltérő spektrális mintázatot hagy maga után, amelyet a távcsőnek fel kell ismernie.

G

Kövess minket a Google-ben

Legyen a Liner a követett forrásod

Jelöld be a Linert követett forrásként a Google-ben.

Beállítom

Nagy számok

A számítások szerint a molekuláris oxigén kimutatásához a látható tartományban körülbelül 140-es felbontóképesség szükséges. Az ózon az ultraibolya tartományban már nagyjából 7-es felbontás mellett is azonosítható, ami a jelenlegi optikai tervek számára elérhető érték.

Az infravörös tartomány azonban komolyabb kihívást jelent. A szén-dioxid és a szén-monoxid spektrális jegyei részben átfednek, ezért ha a műszer nem tudja szétválasztani őket, könnyen összetéveszthet egy vulkanikusan aktív, ám élettelen bolygót egy lakott világgal. A modellek alapján legalább 40-es közeli infravörös felbontás szükséges az egyértelmű elkülönítéshez, a Föld teljes földtörténeti fejlődésének jellemzéséhez pedig nagyjából 70-es névleges értéket javasolnak.

A kutatók 20 és 5000 közötti felbontási értékekkel generáltak szintetikus megfigyeléseket, majd minden egyes spektrumot kiértékelő algoritmusokkal elemeztek. A számításokba beépítették a detektorzajt, az expozíciós időt, valamint az úgynevezett anti-bioszignatúrákat is, vagyis azokat a légköri jellemzőket, amik az élet hiányára utalhatnak.

A mérnöki korlátok

A mérnöki korlátok szintén meghatározóak. A detektorok sötétárama, vagyis az a háttérzaj, amely fény hiányában is keletkezik az érzékelőkben, alsó határt szab annak, milyen előnyt jelent a finomabb felbontás. Az oxigén kimutatásának további javításához a sötétáramot nagyjából tizedére kellene csökkenteni, ráadásul a magasabb felbontás az oxigén esetében körülbelül megduplázná a vízgőz észleléséhez szükséges expozíciós időt.

A szerzők szerint az abszolút expozíciós idők akár 20 százalékkal is eltérhetnek a valóságtól, és arra is felhívják a figyelmet, hogy az oxigén, az ózon, a metán és a víz együttes jelenléte sem jelent önmagában bizonyítékot az életre. Az univerzum nem biológiai folyamatok révén is képes előállítani ezeket a gázokat, ezért a HWO feladata elsősorban az ígéretes jelöltek azonosítása lesz, amelyeket később további vizsgálatok követhetnek.

A tanulmány konkrét mérnöki célértékeket is megfogalmaz. A látható tartományban 140-es, az ultraibolyában 7-es, a közeli infravörösben pedig 70-es felbontóképességet tartanak ideálisnak, megfelelően alacsony sötétáram mellett, hogy az oxigén kimutatása rutinfeladattá válhasson.