Astronomowie z Uniwersytettu Cornella sięgnęli po paletę barw naturalnej Ziemi w celu stworzenia swego rodzaju kosmicznej ściągi, mającej służyć do oglądania i oceny odległych światów. Korelując ze sobą różne kolory i odcienie, naukowcy starają się zrozumieć, na jakim etapie swojej ewolucji są obecnie obserwowane egzoplanety.
W naszych poszukiwaniach „drugiej Ziemi” – planety, która jest podobna do naszej i może być dzięki temu przyjazna dla znanego nam życia – odwołujemy się często do wczesnej Ziemi, jej kolorów, składu atmosferycznego, fauny i flory. Praca naukowa „Expanding the Timeline for Earth’s Photosynthetic Red Edge Biosignature” (ang. "Rozszerzenie zakresu czasowego dla fotosyntetycznej Czerwonej Krawędzi – biosygnatury Ziemi") została opublikowana w lipcu tego roku w „The Astrophysical Journal Letters”. Szerzej omawia ona te metody i analogie.
Gdyby obcy [kosmita] używał filtrów barwnych do obserwacji i prób stwierdzenia, czy nasza Ziemia jest planetą żywą, zobaczyłby bardzo różne kolory w całej długiej historii naszej planety sięgającej miliardów lat, podczas której różne formy życia zdominowały powierzchnię Ziemi – opisuje to współautorka publikacji, Lisa Kaltenegger. Astronomowie koncentrowali się wcześniej wyłącznie na znanej nam zielonej roślinności, ale dzięki lepszej i szerszej palecie kolorów naukowcy mogą teraz patrzeć na historię Ziemi aż do 2,5 miliarda lat wstecz, a także porównać jej [ówczesny] wygląd z wyglądem obserwowanych dziś egzoplanet – dodaje.
Przez ostatnie pół miliarda lat – co stanowi tylko około 10% całego życia naszej planety – chlorofil obecny w wielu formach życia roślinnego, takich jak liście drzew i kwiatów czy porosty, był kluczowym składnikiem biosygnatury Ziemi. Z kolei inne gatunki flory, takie jak sinice czy glony, są znacznie starsze niż znana nam dziś dominująca roślinność lądowa, a ich struktury zawierające chlorofil pozostawiały dawniej własne znaki charakterystyczne – biosygnatury na powierzchni planety. Naukowcy mogą obserwować podobne biosygnatury powierzchniowe na planetach podobnych do Ziemi, wykorzystując przy tym Ziemię jako swoisty punkt odniesienia – klucz do znalezienia tego, czego szukamy.
Gdy kolejnym razem odkryjemy egzoplanetę, ta nowa technika będzie w stanie ukazać nam znacznie szerszy zakres jej przeszłości – poznamy jej ewolucję w czasie. Przedłużamy tym samym znacznie okres czasu, w jakim możemy znaleźć życie powierzchniowe na danej planecie, począwszy od 500 milionów lat wstecz (dominująca rozległa roślinność lądowa) do około miliarda lat wstecz (porosty), a nawet 2-3 miliardów lat temu (sinice).
Modele komputerowe, autorstwa O’Malley-James i Kaltenegger, zostały już użyte do badań widm egzoplanet podobnych do Ziemi. Scenariusze mogą przy tym obejmować także sytuacje, w których kilka organizmów dominuje na całej powierzchni planety, tak jak w przypadku fikcyjnego, bagnistego świata Dagobah z filmu „Gwiezdne wojny”.
Na przykład porosty (symbiotyczne organizmy żyjące na zasadzie partnerstwa pomiędzy grzybami a sinicami lub roślinami zielonymi odżywiającymi się przez fotosyntezę) mogły skolonizować duże obszary Ziemi około 1,2 miliarda lat temu. Wówczas sprawiłyby one, że jej barwa byłaby w dużej mierze podobna do kolorów szałwii i mięty. Pokrycie to spowodowałoby „niewegetatywny” podpis fotosyntetyczny z tzw. czerwoną krawędzią (częścią widma, która chroni rośliny przed ich poparzeniem przez promienie słoneczne), jeszcze przed przejęciem Ziemi przez współczesne organizmy.
Czerwona krawędź odnosi się do obszaru tzw. szybkiej zmiany odbicia od roślinności w bliskiej podczerwieni w zakresie widma elektromagnetycznego. Chlorofil zawarty w roślinach wchłania większość światła w zakresie widzialnym, ale staje się dla niego prawie przezroczysty przy długościach fali większych niż 700 nm. Zmiana może wynosić tu od 5% do 50% współczynnika odbicia w zakresie fal od 680 nm do 730 nm. Jest to korzystne dla roślin, ponieważ pomaga im uniknąć przegrzania się w procesie fotosyntezy.
Autorzy pracy sądzą, że sinice – podobnie jak glony powierzchniowe – mogły rozpowszechnić się silnie na Ziemi od 2 do 3 miliardów lat temu, tworząc wówczas taką czerwoną krawędź fotosyntetyczną. Można je będzie teoretycznie dość łatwo znaleźć na innych planetach podobnych do Ziemi – o ile oczywiście podobne organizmy w ogóle na nich występują. Z badań wynika też, że porosty, glony i sinice mogły zapewnić wykrywalną czerwoną krawędź już dla młodszej Ziemi, na długo przed tym, jak roślinność lądowa rozprzestrzeniła się na niej w okresie od 500 do 750 milionów lat temu.
Czytaj więcej
- Cały artykuł
- Publikacja: „Expanding the Timeline for Earth's Photosynthetic Red Edge Biosignature”, Jack T. O'Malley-James,1 Lisa Kaltenegger, „The Astrophysical Journal Letters” (2019)
Źródło: Cornell University
Na ilustracji: W zrozumieniu aktualnego stadium ewolucji obserwowanych dziś planet pozasłonecznych naukowcom pomagają tak zwane biosygnatury – biologiczne kamienie milowe w historii Ziemi. Źródło: Wendy Kenigsberg/Cornell Brand Communications.
