เทคโนโลยีกล้องโทรทรรศน์กำลังใกล้เข้ามาอย่างรวดเร็วเนื่องจากมีเครื่องมือขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ หากมีชีวิตที่นั่นเราจะรับรู้มันได้หรือไม่ นักวิจัยจากศูนย์ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ฮาร์วาร์ด - สมิ ธ โซเนียนและ NASA ได้พัฒนารายการของยุคในประวัติศาสตร์ของโลกที่สามารถมองเห็นได้ผ่านเครื่องมือนี้ จากช่วงเวลาแรกสุดที่ชีวิตเกิดขึ้นกับบรรยากาศของเราในปัจจุบันออกซิเจน / ไนโตรเจนที่อุดมสมบูรณ์
มันเป็นเพียงเรื่องของเวลาก่อนที่นักดาราศาสตร์จะพบดาวเคราะห์ขนาดเท่าโลกที่โคจรรอบดาวฤกษ์ที่อยู่ไกลออกไป เมื่อพวกเขาทำคำถามแรกที่ผู้คนจะถามคือ: มันเป็นที่อยู่อาศัยหรือไม่? และที่สำคัญกว่านั้นมีชีวิตอยู่ในนั้นหรือไม่? เพื่อหาคำตอบนักวิทยาศาสตร์กำลังมองหาดาวเคราะห์ในบ้านของพวกเขาโลก
นักดาราศาสตร์ Lisa Kaltenegger จากศูนย์ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ฮาร์วาร์ด - สมิ ธ โซเนียน (CfA) และ Wesley Traub ของห้องปฏิบัติการ Jet Propulsion และ CfA ของนาซ่าเสนอให้ใช้ประวัติศาสตร์บรรยากาศของโลกเพื่อทำความเข้าใจดาวเคราะห์ดวงอื่น
“ ดาวเคราะห์ที่ดีหาได้ยาก” Kaltenegger กล่าว “ งานของเราจัดทำป้ายบอกทางนักดาราศาสตร์ที่จะมองหาเมื่อตรวจสอบโลกที่คล้ายโลก”
บันทึกทางธรณีวิทยาแสดงว่าชั้นบรรยากาศของโลกมีการเปลี่ยนแปลงอย่างมากในช่วง 4.5 พันล้านปีที่ผ่านมาส่วนหนึ่งเป็นเพราะสิ่งมีชีวิตที่กำลังพัฒนาบนโลกของเรา การจับคู่สิ่งที่ประกอบไปด้วยชั้นบรรยากาศของโลกในช่วงประวัติศาสตร์ Kaltenegger และ Traub เสนอว่าโดยการมองหาองค์ประกอบบรรยากาศที่คล้ายกันในโลกอื่น ๆ นักวิทยาศาสตร์จะสามารถระบุได้ว่าดาวเคราะห์ดวงนั้นมีชีวิตบนโลกหรือไม่และถ้าเป็นเช่นนั้น รายงานการวิจัยที่อธิบายงานของพวกเขาสามารถดูได้ทางออนไลน์ที่ http://arxiv.org/abs/astro-ph/0609398
จนถึงปัจจุบันดาวเคราะห์นอกระบบทั้งหมดได้รับการศึกษาทางอ้อมเช่นโดยการตรวจสอบวิธีที่ดาวฤกษ์แม่เคลื่อนตัวไปตามแรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ดึงมันออกมา ตรวจพบดาวเคราะห์นอกระบบเพียงสี่ดวงเท่านั้นและเป็นดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ของดาวพฤหัสบดี บรรยากาศของหนึ่งในโลกเหล่านี้ถูกตรวจพบโดยนักวิทยาศาสตร์ CfA อีกคนหนึ่งคือ David Charbonneau โดยใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์ของนาซ่า รุ่นต่อไปของภารกิจที่อิงกับอวกาศเช่น Terrestrial Planet Finder (TPF) และดาร์วินของ ESA จะสามารถศึกษาโลกขนาดใกล้เคียงได้โดยตรง
นักดาราศาสตร์ต้องการสำรวจสเปกตรัมที่มองเห็นและอินฟราเรดของดาวเคราะห์ภาคพื้นดินที่อยู่ไกลออกไปเพื่อเรียนรู้เกี่ยวกับชั้นบรรยากาศของพวกมัน ก๊าซบางชนิดปล่อยลายเซ็นในสเปกตรัมของดาวเคราะห์เช่นลายนิ้วมือหรือเครื่องหมายดีเอ็นเอ นักวิจัยสามารถเรียนรู้เกี่ยวกับองค์ประกอบของชั้นบรรยากาศและแม้แต่อนุมานการปรากฏตัวของเมฆ
ทุกวันนี้ชั้นบรรยากาศของโลกประกอบด้วยไนโตรเจนสามในสี่และออกซิเจนหนึ่งในสี่ส่วนก๊าซอื่น ๆ เช่นคาร์บอนไดออกไซด์และมีเทน แต่สี่พันล้านปีก่อนไม่มีออกซิเจน ชั้นบรรยากาศของโลกมีการพัฒนาผ่านยุคที่แตกต่างกันถึงหกยุคซึ่งแต่ละอันมีลักษณะเป็นก๊าซผสม การใช้รหัสคอมพิวเตอร์ที่พัฒนาโดย Traub และเพื่อนร่วมงาน CfA Ken Jucks, Kaltenegger และ Traub ได้จำลองแบบอย่างของยุคทั้งหกของโลกเพื่อกำหนดว่าจะมองเห็นลายนิ้วมือสเปกตรัมโดยผู้สังเกตการณ์ระยะไกล
“ จากการศึกษาอดีตของโลกเราสามารถเรียนรู้เกี่ยวกับสถานะปัจจุบันของโลกอื่น” ทร็อบอธิบาย “ หากพบดาวเคราะห์นอกระบบที่มีสเปคตรัมใกล้เคียงกับหนึ่งในแบบจำลองของเราเราอาจจำแนกลักษณะทางธรณีวิทยาของดาวเคราะห์นั้นความเป็นอยู่อาศัยของมันและระดับของสิ่งมีชีวิตที่วิวัฒนาการมาจากมัน”
เพื่อให้เข้าใจช่วงเวลาเหล่านี้ดีขึ้นหรือ“ ยุค” และเพื่อให้เข้าใจได้เราสามารถขยายประวัติศาสตร์ 4.5 พันล้านปีของโลกให้เหลือเพียงหนึ่งปีโดยแนบวันที่เริ่มตั้งแต่วันที่ 1 มกราคมซึ่งเป็นวันที่โลกก่อตัวขึ้น
ตอนที่ 0 - 12 กุมภาพันธ์
ที่ Epoch 0 (3.9 พันล้านปีก่อน) โลกเยาว์วัยมีสภาพแวดล้อมที่เต็มไปด้วยความปั่นป่วนไอน้ำซึ่งประกอบด้วยไนโตรเจนคาร์บอนไดออกไซด์และไฮโดรเจนซัลไฟด์เป็นส่วนใหญ่ เวลาสั้นลงและดวงอาทิตย์หรี่ลงส่องแสงเป็นลูกกลมสีแดงผ่านท้องฟ้าสีอิฐสีส้มของเรา มหาสมุทรแห่งเดียวที่ปกคลุมทั่วทั้งโลกของเราเป็นสีน้ำตาลขุ่นที่ดูดซับการทิ้งระเบิดจากอุกกาบาตและดาวหางที่เข้ามา ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ช่วยโลกของเราให้อบอุ่นตั้งแต่ดวงอาทิตย์ดวงที่สามส่องสว่างน้อยกว่าทุกวันนี้ แม้ว่าจะไม่มีฟอสซิลรอดชีวิตมาได้ในช่วงเวลานี้ แต่ลายเซ็นของไอโซโทปแห่งชีวิตอาจถูกทิ้งไว้ในหินกรีนแลนด์
กาลที่ 1 - 17 มีนาคม
ประมาณ 3.5 พันล้านปีก่อน (ตอนที่ 1) ภูมิทัศน์ของดาวเคราะห์เป็นจุดเด่นของเกาะภูเขาไฟที่โผล่ขึ้นมาจากมหาสมุทรกว้างใหญ่ ชีวิตแรกบนโลกคือแบคทีเรียแอนแอโรบิก - แบคทีเรียที่สามารถมีชีวิตอยู่ได้โดยปราศจากออกซิเจน แบคทีเรียเหล่านี้อัดมีเทนจำนวนมากในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์โดยเปลี่ยนเป็นวิธีที่ตรวจพบได้ หากมีแบคทีเรียที่คล้ายกันบนดาวเคราะห์ดวงอื่นภารกิจในอนาคตเช่น TPF และดาร์วินสามารถตรวจจับลายนิ้วมือในชั้นบรรยากาศ
กาล 2 - 5 มิถุนายน
ประมาณ 2.4 พันล้านปีก่อน (ตอนที่ 2) บรรยากาศมีความเข้มข้นของมีเธนสูงสุด ก๊าซเด่นคือไนโตรเจนคาร์บอนไดออกไซด์และมีเธน ทวีปทวีปเริ่มก่อตัวขึ้น สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินเริ่มสูบออกซิเจนจำนวนมากเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ การเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่กำลังจะเกิดขึ้น
“ ฉันขอโทษที่พูดสัญญาณแรกของ E.T อาจจะไม่ใช่การออกอากาศทางวิทยุหรือโทรทัศน์ มันอาจเป็นออกซิเจนจากสาหร่ายแทน” คาลเทเนกเกอร์เสียใจ
ยุค 3 - 16 กรกฎาคม
สองพันล้านปีก่อน (ตอนที่ 3) สิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสงครั้งแรกเหล่านี้เปลี่ยนสมดุลของบรรยากาศอย่างถาวร - พวกเขาผลิตออกซิเจนซึ่งเป็นก๊าซที่มีปฏิกิริยาตอบสนองสูงซึ่งจะกำจัดก๊าซมีเธนและคาร์บอนไดออกไซด์จำนวนมากในขณะเดียวกันก็ทำให้หายใจไม่ออก ในการทำเช่นนั้นบรรยากาศของโลกได้รับออกซิเจนฟรีเป็นครั้งแรก ภูมิทัศน์ตอนนี้ราบเรียบและชื้น ด้วยการสูบบุหรี่ของภูเขาไฟในระยะไกลสระว่ายน้ำที่มีสีสดใสของสีน้ำตาลแกมเขียวสร้างเงาบนน้ำที่เต็มไปด้วยกลิ่นเหม็น การปฏิวัติออกซิเจนดำเนินไปอย่างสมบูรณ์
“ การแนะนำของออกซิเจนนั้นเป็นหายนะต่อสิ่งมีชีวิตที่มีอิทธิพลบนโลกในเวลานั้น มันวางยาพิษแล้ว” ทรูบกล่าว “ แต่ในขณะเดียวกันก็ทำให้ชีวิตหลายเซลล์รวมถึงชีวิตมนุษย์เป็นไปได้”
กาลที่ 4 - 13 ตุลาคม
เมื่อ 800 ล้านปีก่อนโลกได้เข้าสู่ยุค 4 โดยมีระดับออกซิเจนเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ช่วงเวลานี้สอดคล้องกับสิ่งที่เรียกว่า "การระเบิด Cambrian" เริ่มตั้งแต่ 550 ถึง 500 ล้านปีก่อนช่วงเวลา Cambrian เป็นเครื่องหมายสำคัญในประวัติศาสตร์ชีวิตบนโลก: เป็นช่วงเวลาที่กลุ่มสัตว์สำคัญส่วนใหญ่ปรากฏตัวครั้งแรกในบันทึกซากดึกดำบรรพ์ โลกถูกปกคลุมไปด้วยหนองน้ำทะเลและภูเขาไฟที่ยังคุกรุ่นอยู่ มหาสมุทรกำลังใกล้เคียงกับชีวิต
กาลที่ 5 - 8 พฤศจิกายน
ในที่สุดเมื่อ 300 ล้านปีก่อนในยุค 5 ชีวิตได้ย้ายจากมหาสมุทรสู่แผ่นดิน ชั้นบรรยากาศของโลกมาถึงองค์ประกอบปัจจุบันของไนโตรเจนและออกซิเจนเป็นหลัก นี่คือจุดเริ่มต้นของยุค Mesozoic ซึ่งรวมถึงไดโนเสาร์ด้วย ทิวทัศน์ดูเหมือนอุทยาน Jurassic ในบ่ายวันอาทิตย์
ตอนที่ 6 - 31 ธันวาคม (11:59:59)
คำถามที่น่าสนใจที่ยังคงมีอยู่: Epoch 6 ซึ่งเป็นช่วงเวลาที่มนุษย์ครอบครองในวันนี้จะมีลักษณะอย่างไร เราสามารถตรวจจับสัญญาณที่บอกเล่าเรื่องราวของเทคโนโลยีเอเลี่ยนบนโลกที่ห่างไกลได้หรือไม่?
เมื่อฉันทามติทั่วไปสร้างขึ้นในหมู่นักวิทยาศาสตร์ว่ากิจกรรมของมนุษย์ได้เปลี่ยนแปลงบรรยากาศของโลกโดยการป้อนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และก๊าซเช่นฟรีออนเราสามารถระบุลายนิ้วมือสเปกตรัมของผลพลอยได้เหล่านั้นในโลกอื่นได้หรือไม่? แม้ว่าดาวเทียมที่โคจรรอบโลกและการทดลองบอลลูนสามารถวัดการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ได้ที่บ้าน มันจะใช้กองเรือขนาดยักษ์ของกล้องโทรทรรศน์อินฟราเรดที่อยู่ในอวกาศในอนาคตเพื่อให้สามารถทำการวัดเหล่านั้นได้สำเร็จ
“ ด้วยความท้าทายในขณะที่ความท้าทายนี้เกิดขึ้น” Kaltenegger กล่าว“ ฉันเชื่อในอีกไม่กี่สิบปีข้างหน้าเราจะรู้ว่าโลกสีฟ้าเล็ก ๆ ของเรานั้นอยู่ตามลำพังในเอกภพหรือไม่หรือหากมีเพื่อนบ้านรอพบเราอยู่”
งานวิจัยนี้ได้รับทุนจากองค์การนาซ่า
ศูนย์ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ฮาร์วาร์ด - สมิ ธ โซเนียน (CfA) ซึ่งมีสำนักงานใหญ่อยู่ที่เคมบริดจ์เป็นความร่วมมือระหว่างหอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์สมิ ธ โซเนียนและหอดูดาววิทยาลัยฮาร์วาร์ด นักวิทยาศาสตร์ของ CfA แบ่งออกเป็นหกแผนกวิจัยศึกษาที่มาวิวัฒนาการและชะตากรรมสุดท้ายของจักรวาล
แหล่งต้นฉบับ: CfA News Release
