Astronomie

Détecter les planètes habitables

Détecter les planètes habitables

D'après ce que j'ai compris, nous détectons les planètes en mesurant les baisses d'intensité lumineuse de l'étoile sur laquelle la planète habitable est en orbite lorsqu'elle la dépasse. Il y a 2 choses que je ne comprends pas à propos de cette méthode :

  1. Les planètes d'un système solaire ont tendance à orbiter autour de leur étoile dans un disque comme un avion. Pouvons-nous détecter des planètes uniquement si cet avion est aligné avec nos capteurs ici sur terre/espace. Je suppose que si quelqu'un regardait notre soleil du « bas », il ne verrait jamais une planète le traverser. Si c'est le cas, cela exclurait une grande partie des étoiles que nous regardons ?

  2. Notre orbite est de 1 an. Je suppose que les orbites des plantes habitables peuvent varier et avoir une orbite courte / proche d'un an n'est pas un critère d'habitabilité. Même ainsi, nous devons mesurer 1 inclinaison chaque année ou 10. Comment pouvons-nous dire qu'il s'agit d'une planète avec une orbite annuelle régulière ou tout ce qui passe entre l'étoile et nous. Alors peut-être qu'une meilleure question à poser pour le numéro 2 est que pouvons-nous découvrir à partir de ces creux ?


  1. Oui et oui. La détection de transit n'est efficace que pour cette (petite) fraction de planètes qui passent entre l'étoile et notre ligne de mire. La plupart des planètes ne seront pas détectées par cette méthode.

  2. Correct également. La détection de transits multiples est nécessaire pour trouver des planètes. Même dans ce cas, les creux peuvent être causés par d'autres facteurs (par exemple, des systèmes d'étoiles binaires à éclipse rasante). Cela signifie que pour trouver des planètes semblables à la Terre sur des orbites semblables à la Terre, il faudrait des années d'observation. Mais les zones habitables autour des étoiles moins lumineuses sont plus proches et ont des périodes orbitales plus courtes. Ce sont ces étoiles sur lesquelles se concentrent les missions de chasse aux planètes comme TESS.


Ce n'est pas le seul moyen, Aaron. Voir l'article Wikipedia Méthodes de détection des exoplanètes. La première méthode répertoriée est la vitesse radiale. C'est là que nous mesurons le décalage Doppler du "wobble" de l'étoile.

La deuxième méthode est la photographie de transit. Et comme tu dis, ça a un inconvénient. En fait il y en a plusieurs :

"Cette méthode présente deux inconvénients majeurs. Premièrement, les transits planétaires ne sont observables que lorsque l'orbite de la planète est parfaitement alignée du point de vue des astronomes. La probabilité qu'un plan orbital planétaire soit directement sur la ligne de mire d'une étoile est le rapport du diamètre de l'étoile au diamètre de l'orbite (dans les petites étoiles, le rayon de la planète est également un facteur important). Environ 10% des planètes avec de petites orbites ont un tel alignement, et la fraction diminue pour planètes avec des orbites plus grandes. Pour une planète en orbite autour d'une étoile de la taille du Soleil à 1 UA, la probabilité d'un alignement aléatoire produisant un transit est de 0,47%. Par conséquent, la méthode ne peut garantir qu'une étoile particulière n'est pas l'hôte de planètes…

Le deuxième inconvénient de cette méthode est un taux élevé de fausses détections. Une étude de 2012 a révélé que le taux de faux positifs pour les transits observés par la mission Kepler pourrait atteindre 40% dans les systèmes à une seule planète… "


29 mondes extraterrestres habitables pourraient détecter la vie sur Terre, estiment les scientifiques

Les astronomes ont découvert des milliers de planètes en dehors de notre système solaire au cours des dernières décennies, révélant une multitude de mondes captivants au sein de notre galaxie. Cet âge d'or de la découverte d'exoplanètes soulève une question séduisante : si nous pouvons repérer des mondes en orbite autour d'étoiles depuis la Terre, les civilisations extraterrestres spéculatives pourraient-elles repérer la Terre depuis leurs propres points de vue ?

La plupart des exoplanètes sont découvertes lorsqu'elles passent devant leur étoile hôte de notre point de vue, provoquant une très légère baisse de la luminosité stellaire qui peut être détectée par les télescopes sur Terre. Cette technique, connue sous le nom de méthode de transit, a permis aux scientifiques de repérer et même de caractériser des détails de base sur ces mondes, y compris s'ils pourraient être potentiellement habitables.

Aujourd'hui, deux chercheurs sur les exoplanètes ont inversé ce processus en répertoriant les systèmes stellaires situés à environ 300 années-lumière de notre système solaire, à l'endroit idéal pour assister au passage de la Terre devant le Soleil. Il s'avère que 1 715 étoiles sont dans la bonne position pour avoir repéré la vie sur une Terre en transit depuis le début de la civilisation humaine (il y a environ 5 000 ans), avec 319 étoiles supplémentaires entrant dans ce point de vue spécial au cours des 5 000 prochaines années. ,” selon une étude publiée mercredi dans Nature.

"Tout bouge dans l'univers", a déclaré Lisa Kaltenegger, professeure agrégée d'astronomie et directrice du Carl Sagan Institute de l'Université Cornell, co-auteur de la nouvelle étude, lors d'un appel. “Le le cosmos est dynamique—nous nous déplaçons autour du Soleil, le Soleil se déplace autour du centre de la galaxie𠅍onc ce point de vue ou ce siège avant cosmique, pour ainsi dire, pour voir la Terre à contre-jour ou comme une planète en transit, a être à un point à la fois gagné et perdu.” 

C'est un peu comme les navires qui se croisent dans la nuit, et certains se voient et d'autres ne le font pas, a-t-elle ajouté.

Pour explorer ces relations entre les exoplanètes, Kaltenegger s'est associé à Jaqueline Faherty, scientifique principale au Musée américain d'histoire naturelle, qui connaît bien l'utilisation des immenses observations recueillies par l'Agence spatiale européenne, le satellite Gaia. Gaia, lancé en 2013, construit actuellement la carte la plus complète des objets spatiaux de la Voie lactée. 

L'ampleur du catalogue Gaia&# x2019s, qui suit des millions d'étoiles et leurs mouvements, a permis aux chercheurs d'identifier les systèmes dans ce qu'ils ont appelé la zone de transit terrestre (ETZ) au cours des 5 000 dernières années, ainsi que ceux qui y entreront au cours de la 5 000 prochaines années. La liste de ces systèmes est compilée sur ce lien.

Alors que des études antérieures ont identifié des systèmes stellaires capables de repérer les transits terrestres dans le présent, Kaltenegger et Faherty sont les premiers chercheurs à étendre cette ouverture temporelle à une plage de 10 000 ans couvrant le passé et (les doigts croisés) l'avenir de la civilisation humaine. Les résultats ont révélé une abondance de systèmes qui ont occupé la bonne position pour observer les transits terrestres pendant des millénaires à la fois.

En d'autres termes, s'il y a des extraterrestres hypothétiques qui vivent dans les systèmes stellaires identifiés dans l'étude, ils auraient eu amplement l'occasion de repérer la Terre devant le Soleil et peut-être même d'identifier des signes de vie et d'intelligence sur notre monde, tels que en identifiant les signaux radio. 

"Ce que nous avons montré dans notre article, c'est que la plupart des étoiles ont ce point de vue [pour voir les transits de la Terre] pendant au moins 1 000 ans, et beaucoup d'étoiles l'ont en fait pendant plus de 10 000 ans", a déclaré Kaltenegger. « Nous ne pouvions pas en dire plus parce que notre chronologie est de 10 000 ans, mais il était intéressant de noter que ce point de vue est valable pour des générations d'astronomes, ou des générations d'astronomes extraterrestres qui « pourraient développer une technologie pour nous trouver ».

La nouvelle étude met également en lumière des sous-populations de cette liste qui pourraient être particulièrement intéressantes dans la recherche d'intelligence extraterrestre (SETI). Par exemple, Kaltenegger et Faherty ont découvert que les ondes radio créées par l'homme ont déjà atteint 75 des étoiles les plus proches de la liste, dont certaines hébergent des exoplanètes potentiellement habitables.

En combinant ces observations avec un taux probable de planètes rocheuses dans la zone habitable des systèmes stellaires, l'équipe a conclu que « peut estimer 29 mondes potentiellement habitables qui auraient pu voir la Terre transiter et pourraient également détecter les ondes radio de notre planète », selon l'étude.

Cette sous-catégorie est particulièrement importante pour SETI car elle fait allusion aux systèmes stellaires qui pourraient être de bons candidats pour les tentatives de communication interstellaire bidirectionnelle, en supposant qu'ils soient habités.

Certains des emplacements les plus prometteurs mis en évidence dans l'étude incluent le système Trappist-1, qui contient sept planètes de la taille de la Terre. Ce système est suffisamment proche de la Terre pour avoir reçu des ondes radio créées par l'homme et sera en bonne position pour assister aux transits terrestres dans 1642 ans. Ross-128, un système situé à seulement 10 années-lumière, est sorti de l'ETZ il y a environ 900 ans, tandis que Teegarden&# x2019s Star, situé à 12 années-lumière, entrera dans cette zone en 2050.

Kaltenegger et Faherty soulignent qu'il existe un débat animé sur la question de savoir si les humains devraient tenter de contacter des civilisations extraterrestres spéculatives sur des exoplanètes potentiellement habitables, étant donné que nous ne savons rien de leurs capacités technologiques, de leurs motivations, voire de leur existence.

Cependant, les chercheurs notent que ce point peut être discutable dans une certaine mesure, car l'activité biologique sur Terre est visible depuis des éons et l'activité technologique est évidente depuis au moins un siècle.

"Il y a tellement d'exoplanètes qui auraient déjà pu nous trouver comme une planète porteuse de vie intéressante", a déclaré Kaltenegger. « Ils ne sauraient pas et nous ne saurions pas si nous trouvions de l'oxygène et du méthane ailleurs ; à quel stade se trouve la vie. Mais ceux qui se trouvent à moins de 100 années-lumière sauraient qu'il existe une civilisation technologiquement avancée, s'ils pouvaient réellement trouver des ondes radio. ” 

Personne ne sait s'il existe des formes de vie extraterrestres dans l'ETZ, mais la nouvelle recherche révèle que nos empreintes biologiques et technologiques sont exposées à des extraterrestres potentiels qui pourraient avoir les moyens de les rechercher. Que vous trouviez cela réconfortant ou préoccupant, il est bon de savoir exactement où dans l'espace nous devrions chercher pour voir des signes de ceux qui nous regardent.

Étant donné les longues distances entre les systèmes stellaires et les retards correspondants dans la communication potentielle entre les humains et les extraterrestres intelligents, il est également utile de réfléchir à ces interactions sur des échelles de temps intergénérationnelles.

Quand vous pensez à l'évolution de notre planète à travers le temps, à la façon dont le Soleil change au fil du temps et à la façon dont nous avons un certain temps dans la zone habitable, je pense que l'univers entier devient beaucoup plus intéressant parce que vous pouvez entrevoir le passé , présent et futur de ce qui se passe autour de vous, même si nous avons cette toute petite vie, a déclaré Kaltenegger.

Pour Kaltenegger, imaginer comment les extraterrestres pourraient voir la Terre de loin est une extension de l'héritage de Carl Sagan, qui a été le pionnier de la recherche interdisciplinaire sur ces idées à Cornell pendant des décennies. L'une des rêveries les plus célèbres de Sagan&# x2019, intitulée &# x201CPale Blue Dot,&# x201D a été inspirée par une image de la Terre capturée dans le système solaire externe par la mission Voyager. Notre planète de cette distance ressemble à “ un grain de poussière suspendu dans un rayon de soleil,” dit-il. 

Cette description pourrait également s'appliquer aux observations des transits terrestres des systèmes stellaires catalogués dans la nouvelle étude, ajoutant une nouvelle échelle à l'image classique de notre point bleu pâle.

« J'aimerais pouvoir parler à Carl Sagan », a déclaré Kaltenegger. J'aurais aimé l'avoir rencontré de son vivant. Je m'assois dans son bureau, alors parfois quand je regarde par la fenêtre, je me dis : 𠆌'est ce qu'il aurait vu. Je me demande à quoi il pensait quand il se tenait ici.’”

« Nous nous tenons sur les épaules de géants », a-t-elle conclu. “Toutes ces personnes qui nous ont précédés ont mis en place de petites pièces de puzzle qui nous permettent de comprendre ce qui nous entoure.”

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Autre science cool avec ATLAS

Il y a deux décennies, les astronomes pensaient que la plupart des étoiles avaient des planètes, mais qu'aucune planète extrasolaire n'avait été découverte. Les télescopes avancés d'aujourd'hui ont découvert plus de 1 000 planètes extrasolaires et leur nombre augmente rapidement. Deux méthodes principales sont utilisées pour identifier les planètes extrasolaires : le mouvement de va-et-vient de l'étoile dû à la planète en orbite et la légère atténuation de l'étoile lorsqu'une planète passe devant. Ces techniques de détection sont biaisées en faveur des planètes géantes comme Jupiter qui existent à proximité de l'étoile mère. Les techniques ne sont pas bien adaptées à la détection de planètes de la taille de la Terre dans la zone habitable - la plage de distances de l'étoile où la vie telle que nous la connaissons pourrait prospérer.

Seules une ou deux des 1 000 planètes connues pourraient être habitables. Et nous n'avons aucun moyen de déterminer s'ils sont réellement habitables (ont-ils de l'eau sous forme liquide, par exemple ?) ou de déterminer si la vie existe. Sans une nouvelle approche, dans deux décennies, nous en saurons beaucoup plus sur la formation des planètes et leur fréquence, mais rien sur le fait qu'une planète extrasolaire soit réellement habitable.

ATLAS a la capacité spéciale de franchir les barrières existantes pour déterminer si une planète est habitable, car elle examinera 10 000 étoiles naines blanches chaque nuit. Les étoiles naines blanches sont les restes d'étoiles effondrées qui ont épuisé leur réserve de combustible nucléaire. Notre Soleil deviendra une naine blanche dans environ 5 milliards d'années. Bien que les réactions nucléaires au centre de l'étoile aient cessé, les naines blanches mettent jusqu'à 10 milliards d'années à se refroidir. Le professeur Eric Agol de l'Université de Washington a montré que les ingrédients clés de l'évolution de la vie sont présents dans de tels systèmes (ApJ 713 : 31, 2011) mais on ne sait pas si ces étoiles naines blanches ont des planètes et si les planètes pourraient avoir du liquide. l'eau nécessaire à la vie.

Détecter une planète habitable autour d'une naine blanche est beaucoup plus facile qu'autour d'une étoile normale car l'étoile effondrée a presque la même taille que la Terre. Ici, le transit d'une planète extrasolaire est un événement dramatique - comme une éclipse solaire par la Lune. Plus important encore, la lumière qui traverse l'atmosphère de la planète pendant l'éclipse peut représenter une fraction substantielle de toute la lumière que nous observons sur Terre, même pour les éclipses partielles (1 % pour une naine blanche contre 0,0001 % pour une étoile normale). Dans un tel cas, il est possible de détecter de fortes raies moléculaires de l'oxygène et de l'eau pendant la brève éclipse en utilisant les plus grands télescopes du monde ou peut-être le futur télescope spatial James Webb (JWST).

Alors que les astronomes pensent qu'il est plus plausible qu'une planète habitable se trouve autour d'étoiles normales de la séquence principale, on ne sait absolument pas si les étoiles naines blanches ont des planètes. ATLAS est un moyen de le savoir.


La zone habitable près d'une étoile naine blanche est représentée en bleu
en fonction de l'âge de la naine blanche et de la distance à l'étoile.

Des astronomes découvrent une nouvelle méthode pour détecter les planètes potentiellement habitables

Selon ScienceDaily, cette nouvelle recherche a été menée par une équipe de scientifiques aux Pays-Bas, qui a utilisé un radiotélescope LOFAR (Low-Frequency Array) pour étudier les émissions des aurores, causées par l'interaction entre une planète et son champ magnétique stellaire. , en particulier pour les étoiles naines rouges.

Les naines rouges sont connues pour avoir de puissants champs magnétiques qui pourraient chauffer et éroder l'atmosphère d'une planète habitable si elles sont exposées à ce type d'activité, même si les étoiles elles-mêmes sont beaucoup plus petites et plus froides que le Soleil. Cependant, les émissions radio associées à ce processus permettent aux scientifiques de sonder l'interaction planète-étoile.

"Le mouvement de la planète à travers le champ magnétique puissant d'une naine rouge agit comme un moteur électrique de la même manière qu'une dynamo de vélo", a déclaré Harish Vedantham, l'auteur principal de l'étude Nature Astronomy. "Cela génère un énorme courant qui alimente les aurores et l'émission radio sur l'étoile."

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Comme c'est la première fois que les astronomes sont capables de détecter et de déchiffrer ces signaux, les études du système solaire devraient s'étendre à de nouveaux territoires, car les scientifiques pourraient désormais utiliser ces nouvelles techniques pour potentiellement découvrir des exoplanètes dans des zones habitables en trouvant émission similaire d'autres étoiles.

"Nous savons maintenant que presque toutes les naines rouges hébergent des planètes terrestres, il doit donc y avoir d'autres étoiles montrant des émissions similaires", a déclaré Joe Callingham, co-auteur du récent article sur Nature Astronomy. "Nous voulons savoir comment cela impacte notre recherche d'une autre Terre autour d'une autre étoile."


Un nouveau modèle pourrait aider I.D. Planètes extraterrestres potentiellement habitables

Un trio de super-Terres trouvées dans la zone habitable de l'étoile Gliese 667C, deux planètes probablement rocheuses dans la zone Goldilocks autour de Kepler-62 et d'éventuelles super-Terres en orbite autour de Tau Ceti et HD 40307 à la bonne distance pour que l'eau liquide existe sur leurs surfaces, quoique sous certaines conditions.

Ce ne sont que des douze derniers mois. Ces chasseurs d'exoplanètes qui recherchent la Terre 2, une planète où la vie telle que nous la connaissons pourrait éventuellement exister, devraient-ils commencer à se sentir excités ? [Les planètes extraterrestres les plus étranges (Photos)]

Pas encore. Notre connaissance de ces planètes est terriblement incomplète. Cependant, les temps peuvent changer. Bien que nous ne puissions pas encore déterminer si une planète est hospitalière à la vie, David Kipping du Harvard&ndashSmithsonian Center for Astrophysics a dirigé une équipe d'astronomes pour développer un nouveau modèle théorique qui peut nous dire d'un simple coup d'œil si une super-Terre et un monde avec deux à dix fois la masse de notre planète et jusqu'à deux fois le diamètre &mdash a une atmosphère qui pourrait ne pas convenir à la vie.

Par conséquent, nous pourrions exclure de tels mondes de notre recherche d'analogues à la Terre. Il s'agit de savoir si une planète a une atmosphère et comment cette atmosphère est liée à la relation entre la masse et le diamètre d'une planète.

Les deux principales techniques de détection d'exoplanètes sont magnifiquement complémentaires. Lorsqu'une planète transite par son étoile &mdash, c'est-à-dire qu'elle passe devant son étoile, bloquant une fraction de la lumière stellaire &mdash, nous pouvons déterminer le diamètre de la planète à partir de la taille du transit. Pendant ce temps, cette planète en orbite exerce également une traction gravitationnelle sur son étoile mère. Si nous pouvons détecter ce remorqueur, nous pouvons calculer la masse de la planète en fonction de la mesure dans laquelle la planète tire sur l'étoile.

Le seul problème est que toutes les planètes n'orbitent pas autour de leur étoile à un angle approprié pour que nous puissions voir un transit, tandis que certaines exoplanètes et leurs étoiles sont trop éloignées et trop faibles pour que nous puissions mesurer avec précision leur « vitesse radiale » (beaucoup de la sonde Kepler les planètes candidates entrent dans cette catégorie).

Cependant, pour les mondes où nous avons la chance de connaître les deux propriétés, nous pouvons calculer le volume d'une planète, puis diviser la masse par le volume calculé pour déterminer la densité de la planète, qui nous indique si elle est probablement rocheuse, gazeuse ou glacée.

Le modèle informatique que Kipping a développé, avec Dimitar Sasselov de Harvard et David Spiegel de Princeton, permet à un astronome de saisir ces nombres pour la masse et le rayon et, avec la connaissance de la densité, de déterminer si une planète &mdash en particulier un super- Earth &mdash a une atmosphère légère mais étendue ou une atmosphère relativement mince et lourde.

C'est important parce que l'atmosphère terrestre est de ce dernier type et constitue une couche de 100 kilomètres (62 miles) remplie d'azote, d'oxygène, de dioxyde de carbone, d'argon, de vapeur d'eau et de néon qui ne représente que 1,5% du rayon de la Terre. Nous ne savons pas si une atmosphère étendue composée principalement d'hydrogène et d'hélium &mdash similaire aux atmosphères d'Uranus ou de Neptune mais plus chaude &mdash pourrait soutenir la vie, et donc les recherches pour le jumeau de la Terre peuvent vouloir éviter de tels mondes.

Solide, liquide ou gazeux

La façon dont le modèle de Kipping, Sasselov et Spiegel utilise un graphique qui trace la masse d'une planète par rapport à son rayon, et où un monde tombe sur ce graphique, nous dit s'il s'agit de roche solide, en partie aqueuse ou a une fraction importante de gaz.

"Il existe une gamme complète de modèles à partir desquels nous pensons qu'une super-Terre peut être construite", a déclaré Kipping. "Vous pouvez les faire en fer, ou en silicate, ou en eau, ou un mélange de ces choses."

Cependant, lorsqu'une planète transite par une étoile, non seulement le corps solide de la planète bloque une partie de la lumière des étoiles, mais aussi son atmosphère. En détectant simplement la silhouette de la planète, nous ne pouvons pas automatiquement déterminer quelle partie est solide et quelle partie est l'atmosphère gazeuse. Le diagramme masse-rayon, cependant, offre un moyen de contourner ce problème. [9 exoplanètes qui pourraient héberger une vie extraterrestre (compte à rebours)]

Kipping et ses cohortes ont calculé les limites théoriques &mdash conditions aux limites &mdash pour chaque type de planète. La condition limite inférieure désigne une super-Terre constituée de roche solide avec un noyau de fer et dépourvue d'atmosphère. La limite supérieure signifie une planète entièrement constituée d'eau qui, selon Kipping, est probablement impossible & mdash il doit y avoir un noyau solide quelque part & mdash et donc vous ne pouvez pas obtenir une super-Terre moins dense qu'un monde aquatique (planètes purement gazeuses , pense-t-on, ne peut pas exister aussi petit que les super-Terres et même les mondes de type Neptune ont un gros noyau rocheux caché à l'intérieur).

Par conséquent, si vous découvrez une planète et tracez sa masse contre son rayon pour découvrir qu'elle réside sur le graphique au-dessus de l'impossible ligne d'eau pure, alors la seule façon d'expliquer sa densité apparente compte tenu de son rayon est qu'elle doit avoir un grand atmosphère.

De tels modèles de rayon de masse existent depuis un certain temps, mais ce qui rend Kipping différent, c'est qu'ils sont basés sur une nouvelle compréhension de la physique des matériaux soumis aux énormes pressions que l'intérieur d'une super-Terre leur imposerait. . Dimitar Sasselov, avec son élève Li Zeng, a pu créer des modèles supérieurs de l'intérieur des super-Terres en utilisant une nouvelle technologie de laboratoire capable de simuler ces pressions.

Ils ont publié leurs travaux dans le numéro de mars 2013 des Publications de la Société astronomique du Pacifique et le diagramme de rayon de masse de Kipping, lui-même à publier dans les Avis mensuels de la Royal Astronomical Society, est modelé autour de ces structures intérieures dérivées de Sasselov et Zeng.

Que nous dit le modèle sur les super-Terres que nous avons déjà découvertes ? Kipping, Spiegel et Sasselov se sont concentrés sur GJ 1214b, un monde avec six fois et demie la masse et deux fois et demie le diamètre de notre planète qui orbite autour d'une étoile naine rouge à 47 années-lumière.

Auparavant, la planète était un casse-tête et quelle que soit la longueur d'onde dans laquelle elle était observée, la taille de la planète était toujours la même, ce qui ne devrait pas arriver car une atmosphère devrait être plus opaque à certaines longueurs d'onde qu'à d'autres. Son atmosphère était-elle étendue et surmontée de nuages ​​épais et opaques, ou son atmosphère était-elle suffisamment mince pour ne pas être remarquée ? L'utilisation du diagramme mass&ndashradius règle la question.

"Notre méthode dit que 20% du rayon de cette planète est de l'atmosphère pure, ce qui favorise fortement l'idée d'une atmosphère hydrogène-hélium très légère et étendue avec des nuages ​​au sommet", a déclaré Kipping. "Nous sommes donc en mesure d'entrer dans cette discussion avec ces deux possibilités et de dire laquelle est la plus probable, simplement basée sur la simple mesure de la masse et du rayon de la planète."

Données incertaines

Un autre monde intrigant est Kepler-22b, qui a été la première planète à zone habitable à être découverte par le vaisseau spatial Kepler de la NASA. À environ 620 années-lumière de la Terre, elle orbite autour d'une étoile semblable au soleil à une distance de 0,85 unité astronomique (une unité astronomique est la distance moyenne entre la Terre et le soleil, 149,6 millions de km) et a un diamètre deux fois et demie de notre planète. [Galerie : Un monde de planètes Kepler]

"Nous avons essayé d'appliquer notre technique à cette planète mais malheureusement la mesure de masse est très mauvaise car c'est une étoile très éloignée", a déclaré Kipping. "Ce que nous avons découvert, c'est que les données étaient incapables de dire d'une manière ou d'une autre de quel type de planète il s'agit, elle se trouve juste sur la ligne bleue [water-world], donc nous ne pouvons pas dire s'il s'agit d'une planète rocheuse avec un atmosphère ou un monde aquatique avec très peu d'atmosphère."

Malheureusement, c'est aussi l'histoire du reste des planètes potentiellement habitables découvertes jusqu'à présent, dont une liste est maintenue par le professeur Abel Mendez du Planetary Habitability Laboratory de l'Université de Porto Rico à Arecibo, sous la forme du catalogue des exoplanètes habitables.

Une douzaine de planètes résident actuellement sur la liste, répondant aux critères d'être (probablement) rocheuses et existant dans la zone habitable de leur étoile. Cependant, comme nous l'avons constaté avec Kepler-22b, dans la plupart des cas, la masse ou le rayon n'est guère plus qu'une estimation, et en tant que telle, la majorité a tendance à s'asseoir sur cette condition aux limites.

"Les astronomes estiment la masse ou le rayon à partir de l'hypothèse que les planètes plus petites sont de composition plus rocheuse et que les planètes plus grandes proches de deux rayons terrestres sont des mondes aquatiques", a déclaré Mendez. "Cela semble être une bonne estimation pour la plupart des cas, mais il y a beaucoup d'incertitude, par exemple, Kepler-11f a un peu plus de deux masses terrestres mais c'est une planète gazeuse, tandis que Kepler-20b avec environ neuf masses terrestres est rocheuse."

Le diagramme de masse et de ndashradius de Kipping ne représente que la moitié du travail. Sans de bonnes données, la nouvelle relation masse-rayon est limitée dans ce qu'elle peut nous dire. Pour les planètes Kepler, de meilleures mesures de masse à partir des vitesses radiales sont nécessaires, mais cela est délicat étant donné que la plupart des étoiles autour desquelles Kepler découvre des planètes sont faibles et distantes.

Pour ces mondes découverts par vitesse radiale, nous avons besoin de plus de chance dans l'observation des transits pour nous donner leur diamètre. L'approbation du satellite Transiting Exoplanet Survey (TESS), dont le lancement est prévu en 2017 et qui surveillera systématiquement toutes les étoiles les plus brillantes du ciel pour les planètes en transit, sera une aubaine massive pour le domaine.

"La mission TESS promet de changer radicalement cette image", a déclaré Heather Knutson, astronome planétaire au California Institute of Technology dont les recherches sont axées sur le domaine des atmosphères des exoplanètes. "Pour le moment, il n'y a actuellement que trois super-Terres en transit qui conviennent à une caractérisation détaillée et toutes les trois ont été observées avec les télescopes spatiaux Spitzer ou Hubble, ou les deux. À l'ère de TESS, nous aurons beaucoup plus de super-Terres que nous pouvons raisonnablement étudier et le critère de Kipping fournira un moyen utile pour sélectionner des cibles susceptibles d'avoir des signatures atmosphériques détectables.

Le lancement du télescope spatial James Webb (JWST) un an après TESS stimulera également considérablement la science naissante des enquêtes atmosphériques exoplanétaires. JWST, avec son miroir de 6,5 mètres, étendra ses observations bien dans le proche infrarouge, parfait pour capter les signatures ténues de l'eau, du méthane, de l'oxygène, du monoxyde de carbone et du dioxyde de carbone dans les atmosphères, qui pourraient être interprétées comme des biosignatures en fonction de leurs concentrations. TESS identifiera les planètes, le modèle masse-rayon décidera lesquelles nous voulons observer et JWST nous en parlera. Ce sera une période passionnante et l'attente sera atroce pour les scientifiques. [Voir une vidéo sur le JWST]

« À ce stade, presque tout est possible ! » dit Knutson.

Trouver une planète potentiellement habitable

De nombreux facteurs entrent en jeu pour rendre une planète habitable, de la présence d'un champ magnétique pour protéger son atmosphère à la question de savoir si elle possède une tectonique des plaques pour recycler le carbone. Un axe de rotation stable, un taux d'impact modéré et une gravité suffisante sont également des nécessités plausibles.

Pourtant, la possession d'une atmosphère, en particulier celle qui contient une certaine forme de gaz à effet de serre, est l'un des facteurs les plus cruciaux, essentiel pour maintenir des températures agréablement chaudes qui permettent à l'eau liquide très importante d'exister à sa surface. Cela dit, la gamme d'atmosphères appropriées n'est peut-être pas aussi étroite qu'on pourrait le penser.

"Je ne pense pas que les atmosphères épaisses d'hydrogène et d'hélium écarteront le potentiel de vie sur ces planètes tant que la pression à la transition surface/eau permet l'eau liquide", a déclaré Mendez.

Ainsi, une super-Terre, avec une épaisse enveloppe d'hydrogène enveloppant un noyau rocheux en profondeur, pourrait toujours avoir des conditions aqueuses à des profondeurs où la pression, selon Mendez, descend en dessous de 10 000 atmosphères, bien que la température ait bien sûr également son mot à dire où et si ce point de transition se produit.

Il y a une autre possibilité intrigante. Sur Terre, les courants de convection et les flux d'air sont fortement influencés par ce qui se trouve à la surface, que ce soit les océans, les continents ou les montagnes. Une étude minutieuse de l'atmosphère d'une super-Terre pourrait-elle nous dire des choses sur le terrain en dessous qui dépassent les capacités de nos télescopes ?

"Oui, potentiellement, mais l'atmosphère devrait être suffisamment mince pour que nos observations puissent détecter les flux atmosphériques de la région proche de la surface", a déclaré Knutson, qui souligne également qu'une atmosphère mince sera suffisamment transparente pour que nous puissions spectroscopiquement mesurer la surface de la planète et déterminer s'il y a des océans, des déserts ou même de la vie végétale.

"Lorsque nous aurons ces nouveaux super télescopes à l'avenir [tels que le télescope de trente mètres, le télescope géant de Magellan et le télescope extrêmement grand européen], nous pourrons descendre dans une sorte d'atmosphère semblable à la Terre", a déclaré Kipping. "Dans des cas particuliers, nous pourrions probablement descendre dans ces très petites atmosphères potentiellement vitales."

Mais nous prenons de l'avance sur nous-mêmes, le nouveau modèle mass&ndashradius ne nous fournit qu'un moyen de dire quelles planètes n'ont pas une atmosphère mince. Si nous arrivons à la conclusion qu'une super-Terre n'a pas d'atmosphère étendue, alors il pourrait être utile de pointer JWST vers elle pour mesurer le spectre de toute atmosphère présente et voir si elle est analogue à l'atmosphère terrestre. [7 façons de découvrir les planètes extraterrestres (compte à rebours)]

"Si vous chassez vraiment des planètes semblables à la Terre et que notre méthode vous dit qu'il y a une grande atmosphère étendue, alors vous perdez probablement votre temps", a déclaré Kipping. "C'est donc un moyen de rendre nos recherches d'analogues terrestres plus efficaces."

Avec TESS et JWST et la prochaine génération de télescopes extrêmement grands à l'horizon, le nouveau modèle de Kipping arrive à point nommé. Au train où vont les choses, la prochaine décennie pourrait être la décennie de la super-Terre. Tous les indices sont que ça va être une période passionnante.


Les astronomes définissent la "zone vraiment habitable": des planètes capables de produire du gin tonic

Gin-tonic. Crédit : Par NotFromUtrecht - Travail personnel, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=8529628

Une star hospitalière qui ne vous tue pas avec des fusées éclairantes mortelles. Une planète rocheuse avec de l'eau liquide et un climat agréable. Absence de tempêtes apocalyptiques d'astéroïdes. Pas de panthéon de dieux colériques, vengeurs et capricieux. Ce sont les choses qui définissent une planète habitable.

Maintenant, certains scientifiques ajoutent un critère de plus à la liste : le gin tonic.

Les exoplanètes sont un sujet brûlant dans la science spatiale en ce moment. Nous connaissons environ 4 000 exoplanètes confirmées, et bien d'autres sont en route. We've come a long way from a few decades ago, when as far as we knew, our solar system was the only one with a habitable world. What else were we supposed to think?

The Kepler mission changed all that. Our knowledge of exoplanets grew in leaps and bounds, and along with the discovery of all those distant planets, we began to refine our criteria for what a habitable world might look like.

Water, safety from stellar radiation, and an agreeable climate were just the beginning. It's time to refine our understanding of habitable, and to start to add some other essentials with the list. According to one team of researchers, it's time to introduce the concept of the "really habitable zone" (RHZ).

For these authors, an exoplanet is only in the RHZ if it can provide gin and tonic. Once a planet can provide that, it moves from habitable to really habitable. Maybe a planet without gin and tonic isn't really habitable at all maybe it's more of place where we'd like to send people we don't like.

The new paper is titled "Defining the Really Habitable Zone." The lead author of the paper is Marven F Pedbost.

So far, the science of the RHZ is unproven. But that's not deterring these intrepid researchers. As they say in the introduction: "In common with much of the work in the exoplanet field, we rely throughout on assumptions which are difficult if not impossible to test and present some plots which astronomers can use in their own talks, stripped of all caveats."

There's some background to the idea of the RHZ. "The inquiry into the existence of life, however, is an extremely complex topic involving numerous convoluted considerations, making it an ideal theme for telescope and grant funding applications, but a less practical question to answer. Instead, the community has formed a handshake agreement to instead investigate the more loosely defined question of habitable zones."

Universe Today readers are familiar with the idea of a habitable zone. It basically means liquid water. All other considerations aside, we know that all life on Earth needs liquid water, so we search for other worlds that have it. If a planet, or a moon, has liquid water, we say it's in the habitable zone, or more cautiously, the potentially habitable zone.

A whole bunch of other conditions have to be met before life can exist. But like the authors say, it's very convoluted. So why not just ignore it and jump ahead to the really habitable zone, where abundant gin and tonics are waiting for us to arrive and drink them?

From the paper. The BHZ is the Boring Habitable Zone, where there’s likely water but no gin and tonics. The Blue region is the Really Habitable Zone, where exo-gin, exo-citrus, and exo-juniper are likely abundant. Image Credit: Pedbost et al, 2020

What do you need to make a gin and tonic? According to the authors of the paper, we need several things.

"To proceed, we define the Minimum Acceptable Gin and tonIC, or MAGIC (Cook 2019) 3. A MAGIC must contain: gin, tonic, ice and some sort of citrus."

Gin aficionados know that it's flavoured with 'botanicals," which is nowhere defined clearly.

"Gin, in essence, is alcohol which has been flavoured with a wide variety of 'botanical' species," write the authors. "A precise definition of 'botanical' is lacking, so we assume it is the equivalent of a astronomer's use of 'metal' – including almost everything in the universe apart from a few common ingredients. Everything is a metal, apart from hydrogen and helium, and everything is a botanical apart from water and alcohol."

Now we're getting somewhere.

Spectroscopic analysis shows that gin contains juniper as a primary botanical. Juniper grows in a variety of conditions on Earth. But how hardy and widespread is exo-juniper? According to the authors, "… we should expect exo-juniper to exist on a wide range of planets." Sounds good!

Citrus isn't quite as hardy as juniper, so exo-citrus worlds may be rarer than exo-juniper worlds. From the paper: "In contrast to juniper-related considerations, the region around a star where the conditions are adequate for the growing of lemons or limes, fundamental ingredients required for the gin and tonic drink, is sensitive to a number of factors. These necessary citrus fruits thrive in temperatures ranging from 21 to 38? C (botanist, priv. comm.) and require a steady supply of H2O, hereafter water."

The paper contains much more detail of course, so we encourage interested readers to read it closely. We also encourage readers to read the team's other important paper, "Galaxy Zoo: an unusual new class of galaxy cluster." That paper contains the same level of scientific rigor and ground-breaking analysis.

This is just the beginning of the scientific reckoning with the RHZ. Other papers are bound to follow.

For now, the last word belongs to the authors: "We suggest that efforts should be directed in the near future towards investigating only those planets whose orbits lie within the RHZ, and made unverified claims about the possibility of detecting relevant features. We're off for a drink."


Kepler Discovers its Smallest Habitable Zone Planets

The Kepler-62 system has five planets: 62b, 62c, 62d, 62e and 62f. The Kepler-69 system has two planets: 69b and 69c. Kepler-62e, 62f and 69c are the super-Earth-sized planets.

Two of the newly discovered planets orbit a star smaller and cooler than the sun. Kepler-62f is only 40 percent larger than Earth, making it the exoplanet closest to the size of our planet known in the habitable zone of another star. Kepler-62f is likely to have a rocky composition. Kepler-62e orbits on the inner edge of the habitable zone and is roughly 60 percent larger than Earth.

The third planet, Kepler-69c, is 70 percent larger than the size of Earth, and orbits in the habitable zone of a star similar to our sun. Astronomers are uncertain about the composition of Kepler-69c, but its orbit of 242 days around a sun-like star resembles that of our neighboring planet Venus.

Scientists do not know whether life could exist on the newfound planets, but their discovery signals we are another step closer to finding a world similar to Earth around a star like our sun.

"The Kepler spacecraft has certainly turned out to be a rock star of science," said John Grunsfeld, associate administrator of the Science Mission Directorate at NASA Headquarters in Washington. "The discovery of these rocky planets in the habitable zone brings us a bit closer to finding a place like home. It is only a matter of time before we know if the galaxy is home to a multitude of planets like Earth, or if we are a rarity."

The Kepler space telescope, which simultaneously and continuously measures the brightness of more than 150,000 stars, is NASA's first mission capable of detecting Earth-size planets around stars like our sun.

Orbiting its star every 122 days, Kepler-62e was the first of these habitable zone planets identified. Kepler-62f, with an orbital period of 267 days, was later found by Eric Agol, associate professor of astronomy at the University of Washington and co-author of a paper on the discoveries published in the journal Science.

The size of Kepler-62f is now measured, but its mass and composition are not. However, based on previous studies of rocky exoplanets similar in size, scientists are able to estimate its mass by association.

"The detection and confirmation of planets is an enormously collaborative effort of talent and resources, and requires expertise from across the scientific community to produce these tremendous results," said William Borucki, Kepler science principal investigator at NASA's Ames Research Center at Moffett Field, Calif., and lead author of the Kepler-62 system paper in Science. "Kepler has brought a resurgence of astronomical discoveries and we are making excellent progress toward determining if planets like ours are the exception or the rule."

The two habitable zone worlds orbiting Kepler-62 have three companions in orbits closer to their star, two larger than the size of Earth and one about the size of Mars. Kepler-62b, Kepler-62c and Kepler-62d orbit every five, 12 and 18 days, respectively, making them very hot and inhospitable for life as we know it.

The five planets of the Kepler-62 system orbit a star classified as a K2 dwarf, measuring just two-thirds the size of the sun and only one-fifth as bright. At seven billion years old, the star is somewhat older than the sun. It is about 1,200 light-years from Earth in the constellation Lyra.

A companion to Kepler-69c, known as Kepler-69b, is more than twice the size of Earth and whizzes around its star every 13 days. The Kepler-69 planets' host star belongs to the same class as our sun, called G-type. It is 93 percent the size of the sun and 80 percent as luminous and is located approximately 2,700 light-years from Earth in the constellation Cygnus.

"We only know of one star that hosts a planet with life, the sun. Finding a planet in the habitable zone around a star like our sun is a significant milestone toward finding truly Earth-like planets," said Thomas Barclay, Kepler scientist at the Bay Area Environmental Research Institute in Sonoma, Calif., and lead author of the Kepler-69 system discovery published in the Astrophysical Journal.

When a planet candidate transits, or passes in front of the star from the spacecraft's vantage point, a percentage of light from the star is blocked. The resulting dip in the brightness of the starlight reveals the transiting planet's size relative to its star. Using the transit method, Kepler has detected 2,740 candidates. Using various analysis techniques, ground telescopes and other space assets, 122 planets have been confirmed.

Early in the mission, the Kepler telescope primarily found large, gaseous giants in very close orbits of their stars. Known as "hot Jupiters," these are easier to detect due to their size and very short orbital periods. Earth would take three years to accomplish the three transits required to be accepted as a planet candidate. As Kepler continues to observe, transit signals of habitable zone planets the size of Earth that are orbiting stars like the sun will begin to emerge.

Ames is responsible for Kepler's ground system development, mission operations and science data analysis. NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Calif., managed Kepler mission development.

Ball Aerospace & Technologies Corp. in Boulder, Colo., developed the Kepler flight system and supports mission operations with the Laboratory for Atmospheric and Space Physics at the University of Colorado in Boulder.

The Space Telescope Science Institute in Baltimore archives, hosts and distributes Kepler science data. Kepler is NASA's 10th Discovery Mission and was funded by the agency's Science Mission Directorate.


A new method to search for potentially habitable planets

Imaging planets orbiting around nearby stars, which could potentially harbour life, has become a possibility thanks to the progress made in observational methods by an international team of astronomers. First candidate: Alpha Centauri, a system similar to ours, "only" 4.3 light years away. This study is the subject of a publication in the journal Nature Communications.

Efforts to obtain direct images of exoplanets - planets outside our solar system - have so far been hampered by technological limitations, which have led to a bias towards detecting planets much larger than Jupiter, around very young stars and far from the habitable zone, the area in which a planet may have liquid water on its surface, and thus potentially life. "The Earth itself illuminates us at the wavelengths used for detection, and the infrared emissions from the sky, the camera and the telescope itself tend to drown out the signals we want to detect," says Kevin Wagner, NASA Hubble/Sagan post-doctoral fellow at the University of Arizona's Steward Observatory and first author of the paper. But the good reason to focus on these wavelengths is that this is where an Earth-like planet, in the habitable zone around a sun-like star, will shine the brightest. "

In other words, if astronomers want to find planets whose conditions are suitable for life as we know it, they must look for rocky planets the size of the Earth, within the habitable zones around older stars, similar to our Sun. And to do this, they have developed a new system for imaging exoplanets in the mid-infrared in combination with a very long observation time. This system, which was able to achieve unprecedented sensitivity by using a deformable secondary mirror to correct for the distortion of light induced by the Earth's atmosphere, used a coronagraph developed - thanks to an ERC grant - by researchers at ULiège. A starlight-blocking device which they optimised for the mid-infrared spectrum of light in order to block the light from one star at a time.

"We achieved the capability to directly image planets about three times the size of the Earth in the habitable zone of alpha Centauri," explains Olivier Absil, FNRS Research Associate and director of the PSILab (STAR Research Institute/Faculty of Sciences) at ULiège. Combined with efficient subtraction of thermal background noise, this method represents an improvement by a factor of 10 compared to existing capabilities for direct observation of exoplanets". Similar in effect to noise-canceling headphones, which allow soft music to be heard over a steady stream of unwanted jet engine noise, the technique allowed the team to remove as much of the unwanted noise as possible and detect the much fainter signals created by potential planet candidates inside the habitable zone.

Alpha Centauri, first candidate

Located only 4.3 light years away from our solar system, Alpha Centauri is a triple star system. It consists of two stars, Alpha Centauri A and B - which are similar in size and age to our Sun and orbit each other as a binary system - and Alpha Centauri C, better known as Proxima Centauri, a much smaller red dwarf that orbits its two sisters at a larger distance. "This system is the closest to ours," says Anne-Lise Maire, an astrophysicist at PSILab who also took part in the study. It proved to be an ideal candidate for testing our method, because Alpha Centauri A and B are similar to our Sun, but we don't know yet if there are planets orbiting either star. »

By moving one star on the coronagraph and one star off the coronagraph every tenth of a second, this technique has allowed researchers to observe each star for half the time, and more importantly it has allowed them to subtract one image from the next, which removes all but the noise of the camera and telescope. After removing the known artefacts created by the instrumentation and the residual light from the coronagraph, the final image revealed a light source designated as "C1", a plausible detection, which could be a planet the size of Neptune to Saturn, located at a distance from Alpha Centauri A similar to that between the Earth and the Sun, i.e. within the habitable zone. "At this stage however, without verification via a second observing campaign, we cannot exclude an instrumental artefact of unknown origin, or even the signature of an asymmetrical dust cloud," says Olivier Absil.

Another direct imaging campaign will be attempted in the coming years, and other methods (e.g. radial velocity measurements) could also provide an answer. In any case, these results demonstrate the potential of high-contrast imaging in the mid-infrared to enable the observation of Earth-like planets around nearby stars. "By 2028, the same type of coronagraph will equip the METIS instrument installed on the future ELT (Extremely Large Telescope), which will make it possible to image planets as small as the Earth in the habitable zone of alpha Centauri, and of a handful of other nearby stars," concludes Olivier Absil. The coronographs developed at the University of Liège are the result of more than 10 years of technological development, in partnership with the University of Uppsala, with funding from the European Research Council .

Finding a potentially habitable planet within Apha Centauri has been the goal of the initiative Breakthrough Watch/NEAR, which stands for New Earths in the Alpha Centauri Region, and involves researchers from the University of Liège. Breakthrough Watch is a global astronomical program looking for Earth-like planets around nearby stars. During the observation campaign, about 7 terabytes of data were collected. Data that the researchers made available to the public

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Detecting Life's Influence on Planetary Atmospheres

Biosignatures that vary in time and atmospheric gases that shouldn’t exist without life to replenish them could be two possible ways to detect life on exoplanets.

Finding any life that might exist on other planets is extremely challenging. Even in our own Solar System, where we can send probes and orbiters to worlds of interest such as Mars, it is difficult to assess if any microbial life is, or was ever, present. When studying exoplanets, we can only look at the starlight shining through a planet’s atmosphere in the hope that it will reveal absorption or emission lines that indicate gases produced by life. Detailed analyses of the atmospheres of exoplanets is still mostly in the realm of future telescopes, such as the James Webb Space Telescope ( JWST ), but understanding what to look for is an important step in the hunt for life on other planets.

Oxygen is produced by photosynthesis and is commonly thought to be a potential biosignature on other worlds, although it is also possible for oxygen to be produced from abiotic sources. Similarly, methane is produced by life and is a potential biomarker, but can also be produced by other means. Now, two recent papers discuss new ways of looking for biosignatures by studying how life can influence a planet’s atmosphere.

A paper by Stephanie Olson at the University of California, Riverside, and colleagues, discusses how seasonal changes in the atmosphere caused by life could be used as a biosignature. The second paper is by Joshua Krissansen-Tottonat the University of Washington, along with Olson and David Catling, and looked at potential biosignatures produced by atmospheric gases that can only co-exist in the presence of life.

The changing seasons

Signals from an exoplanet that vary over time, such as with the seasons, could help to rule out false positives or negatives that occur in single snapshot observations. By understanding how atmospheric gases vary over the course of a year on Earth, it will help inform scientists about what signals to look for on other planets.

“Rather that simply recognizing that a planet hosts life, we may be able to say something about how the activities of its biosphere vary in space and time,” says Olson.

Seasonality in the Earth’s atmosphere arises because of the interactions between the biosphere and the varying solar radiation reaching Earth at different points in its orbit. Seasonal variations shift the balance between two different reactions: photosynthesis and aerobic respiration. Photosynthesis occurs as carbon dioxide and water react to become organic matter and oxygen, and aerobic respiration causes the reverse reaction, producing carbon dioxide and water. The maximum production of oxygen occurs during the summer months when temperatures are warm.

The researchers examined the seasonal variations in carbon dioxide on Earth, a signal that could be detectable on other planets assuming that life elsewhere is also carbon-based. Carbon dioxide is an important atmospheric component on habitable worlds due to the role it plays in climate regulation via weathering.

They found that the seasonal carbon dioxide (CO2) signal would be dominated by land-based ecosystems, which are in direct contact with the atmosphere, indicating that CO2variability might not be detectable on ocean worlds. This is seen on Earth, where the ocean-dominated Southern Hemisphere has a weaker CO2 variability signal than the Northern Hemisphere. Carbon dioxide seasonality would be difficult to detect on other planets, but it is a powerful indicator of the presence of life since it is unlikely to occur on planets with an ocean unless life is present.

They also looked at the scenario of an exoplanet that is an analog of the early-Earth, where life existed but where there was still very little oxygen in the atmosphere. Weak oxygen signals are difficult to detect, but a varying ozone signature (ozone is a molecule built from three oxygen atoms) might be more visible in the spectrum of an exoplanet. Such a signal is more likely to be detected for a planet with less oxygen than the present day Earth because ozone can create a stronger signal than oxygen.

“Seasonality would be difficult to detect for a planet resembling the present-day Earth, at least in the case of oxygen,” explains Olson. “The reason is that baseline levels of oxygen are really high today, and so small seasonal fluctuations are very challenging to measure at our planets surface, and would be even more so on a distant planet.”

Atmospheres in disequilibrium

Krissansen-Totton, Olson and Catling also simulated early-Earth atmospheres, but this time looking for signatures of disequilibrium, meaning the presence of gases that would not ordinarily exist in an atmosphere without some active process, such as life, producing them. Earth has a large atmospheric disequilibrium today, but they calculated that a disequilibrium has existed since life formed on Earth and that the evolution of disequilibrium follows the rise in biogenic atmospheric oxygen.

In the Archean eon (4 to 2.5 billion years ago), a disequilibrium existed via the coexistence of carbon dioxide, nitrogen, methane, and liquid water, which ordinarily would react to create ammonium and bicarbonate, quickly removing the methane from the atmosphere without the presence of life to replenish it. Carbon dioxide and methane should be detectable in exoplanet spectra by JWST , particularly on planets orbiting red dwarfs. If these are detected, but no carbon monoxide is found, it could be a strong biosignature. This is because many of the non-biological scenarios that replenish methane would also be expected to produce carbon monoxide (CO), and because surface life consumes CO.

“This is a very easy metabolism to do if there’s CO and water around, then microbes can make a living by combining these species to make CO2and molecular hydrogen (H2),” says Krissansen-Totton.

The largest source of disequilibrium in the Proterozoic eon (2.5 to 0.54 billion years ago) was the coexistence of nitrogen, water and oxygen. Both oxygen and nitrogen are produced by life, and without life to replenish the oxygen, it would be converted to nitric acid in the ocean.

Recognizing signs of life that use different metabolic pathways might also be possible if the atmospheric gases are in an unusual disequilibrium, but it would be challenging to detect.

“Detecting microbes that oxidize iron in the ocean might be challenging since this particular metabolism does not generate any gaseous waste products,” says Krissansen-Totton. “Among the possible metabolisms that do produce waste gases are some promising possibilities. For example, laughing gas (N2O) is a biogenic gas that we would not expect to see in equilibrium in the atmospheres of lifeless planets. Similarly, various sulfur metabolisms might be detectable since they modify the abundances of organic molecules in a planet’s atmosphere to be out of equilibrium.”

Finding early-Earth analogues with signs of seasonality or disequilibrium might indicate that life is not only present, but has evolved in a similar manner to life on our own planet.

The Olson paper was supported by the NASA Astrobiology Institute, while the Krissansen-Totton research was also supported by NASA Astrobiology through the Exobiology & Evolutionary Biology Program and the Virtual Planetary Laboratory.

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Looking at Earth like an alien planet

Twenty-nine potentially habitable planets orbiting relatively nearby stars were in in a position to spot Earth in the past 5,000 years and possibly detect radio waves from our planet, according to a new study.

Why it matters: If intelligent life is out there, chances are it's searching for us too and any theoretical astronomers on these worlds would have been in a position to observe our planet in much the same way as Earthlings study distant stars and planets today.

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What they found: The new study, in the journal Nature, used a database of 331,312 stars within 300 light-years to show that 1,715 stars have been in a position to see Earth in the last 5,000 years, with 319 other stars expected to be able to see our world in the next 5,000 years.

If there are any alien astronomers out there on these potentially habitable worlds, they — in theory — could have seen the small dips in the Sun's light created when the Earth passes between the distant planet and our star a method for finding exoplanets used here on Earth.

The researchers also found about 75 stars are close enough to Earth that any radio waves sent out from our world could have reached them and possibly been detected, the same method used by SETI researchers to search for signs of intelligent life.

"We can't search everywhere, and so this is the best input target list now for anyone interested in potentially habitable worlds that can see us as a transiting planet," Cornell University astronomer Lisa Kaltenegger, an author of the new study, told Axios via email. "If someone had found us already, I wonder what they would think about us?"

Yes, but: Just because these theoretical alien astronomers might have Earth in a database of potentially habitable planets doesn't mean they would know for sure that we're here or that they could reach us.

Astronomers don't currently have the technology to confirm a truly Earth-like world somewhere out there in the universe, but future space telescopes being proposed now could allow researchers to detect habitable exoplanets in the future.

Some star systems with known potentially habitable worlds aren't yet able to see our planet, or our solar system has already moved out of view. Trappist-1, for example — which plays host to multiple potentially habitable planets — won't be able to see our Earth transit the Sun for another 1,642 years.

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