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Summary (Oct 17, 2003): qué son el primary bioindicators por remote sensing de vida en un lejos-away mundo? un informe prepararado por futuro espacio-borne telescopes que will seek a answer este question, también aspectos deeper into cómo a encontrar y confirm estes prospective agua mundos.
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 tercer rocas desde el Stars
basarado en NASA/Terrestrial planeta Finder informe
el ill-fated protagonist de Shakespeare's jugar Hamlet admonished su friend que: "ahí son más cosas en Heaven y tierra, Horatio, than son dreamt de en tuyo philosophy." hoy nosotros might instead warn ourselves de el certainty que ahí son más kinds de tierras en el heavens than son dreamt de en nuestro philosophy.
 | Artist concept de star sistema, HD 70642.
Credit:John Rowe animation |
Any mission a detect y spectroscopically caracterizar terrestrial planetas alrededor otro stars must estar diseñarado tan que (él) puede caracterizar diverse tipos de terrestrial planetas con un useful outcome. tal missions son ahora bajo estudiar--el Terrestrial planeta Finder(TPF), por NASA, y Darwin por ESA, el European espacio Agency. el principal goal de TPF/Darwin es a proveer data a el biologists y atmospheric chemists. estes investigators will evaluate el observations de un potentially broad diversity de objetivos en terms de evidence de vida y el environmental conditions en cual tal vida would estar present.
el TPF/Darwin concept hinges en el assumption que uno puede pantalla extrasolar planetas por habitability spectroscopically. por tal un assumption a estar valid, nosotros must answer el siguiendo questions. qué makes un planeta habitable y cómo puede que estar studied remotely? qué son el diverse effects que biota might exert en el spectra de planetary atmospheres? qué false positives might nosotros expect? qué son el evolutionary histories de atmospheres likely a estar? y, especially, qué son robust indicators de vida?
TPF/Darwin must survey nearby stars por planetary sistemas que incluir terrestrial sized planetas en su habitable zonas("tierra-como" planetas). Through spectroscopy, TPF/Darwin must determine whether estes planetas tener atmospheres y arraigar whether ellos son habitable.
nosotros definir un habitable planeta en el"classical" sense, meaning un planeta tenerando un atmosphere y con liquid agua en su surface. el habitable zona therefore es que zona within cual luz desde el planeta's parent star(su"sol") es sufficiently intense a mantener liquid agua at el surface, sin initiating runaway greenhouse conditions que dissociate agua y sustain el loss de hydrogen a espacio. el size de un planeta puede determine su capacity a sustain habitable conditions. Larger planetas sustain higher nivels de tectonic activity que también persists por un longer vez. Tectonic activity sustains volcanism y también calors crustal rocas y recycles CO 2 y otro gases espalda into el atmosphere. estes outgassing processes son required a ensure climate stability sobre geologic timescales.
ahí son interesarando potential ejemplos donde liquid agua might existir único deep abajo el surface, tal como el Jovian luna Europa, o en present-día Mars. However, biospheres por cual liquid agua es present único en el subsurface might no estar detectable por TPF/Darwin. así un planeta tenerando liquid agua at su surface reunirs nuestro operational definition de habitability, cual es que habitable conditions must estar detectable.
Although el"cross cabellos" de el TPF/Darwin search strategy deber estar trained upon"Earthlike" planetas, TPF/Darwin deber también documento el físico propiedads y composition de un broader diversity de planetas. este capability es essential por el proper interpretation de potential biosignature compounds. por ejemplo, el presence de molecular oxygen en el atmospheres de Venus y Mars puede indeed estar attributed a non-biological processes, pero único through un proper assessment de el conditions y processes involved. en el otro mano, un planeta might differ substantially desde tierra yet aún estar habitable. por qué? nuestro search por vida elsewhere will inevitably deepen nuestro understanding de vida itself. actual definitions de vida usually enumerate su tecla propiedads. por ejemplo, ellos cite el ability de cells y ecosystems a harvest energy, metabolize, replicate y evolve. nuestro definitions son basarado upon vida en tierra yet ellos will affect nuestro strategy a search por vida elsewhere. Accordingly, nosotros must distinguish entre attributes de vida que son truly universal versus those que solely reflect el particular history de nuestro propio biosphere.
 | Scene desde un luna orbiting el extra-solar planeta en orbit alrededor el star HD 70642.
Credit:David un. Hardy, astroart.org(c) pparc.ac.uk |
Herein nosotros assume que todo vida requires complex organic compounds que interact en un liquid agua solvent. estes assumptions hacer no parecer overly restrictive, given que vida es un información-rico entity que depends fundamentally upon el fuerte polarity de su associated solvent. Carbon compounds y structures aparecer a estar unrivaled en su potential por attaining high información contents. otro plausible solvents cannot match el fuerte polar-nonpolar dichotomy que agua manteners con cierto organic substances; y este dichotomy es essential por mantenerando stable biomolecular y cellular structures. However, nuestro propio biosphere utilizes único un pequeño fraction de el número de potentially useful organic compounds. Alien vida formas probably explored alternative posibilidads, y tan su discovery will increase el known diversity de vida.
uno major barrier a resolving estes divergent views es que nosotros saber el history de único uno biosphere. si nosotros had otro ejemplos, nosotros could directly compare les y empezar a discern general principles de el origins y evolución de vida. este circumstance crears un powerful scientific argument a aspecto por vida elsewhere. cómo? el detection en situ de vida es un strategy que might estar viable within el Solar sistema, pero no por extrasolar planetas. Within nuestro propio Solar sistema, el search por extraterrestrial vida y evidence sobre el origin de Earthly vida will likely estar confined a Mars, Europa, y Titan. pequeño cuerpos tal como comets, asteroids, y meteorites offer insights concerning chemical"edificio estancars" por el origins de vida. However, (él) parecers feasible a detect biological signatures, o"biosignatures," por remote sensing. ahí son at least dos tipos de biosignatures; spectral y/o polarization features crearado por biological products, y electromagnetic signals crearado por technology. el latter ejemplo de un biosignature requires SETI-como searches. Spectral biosignatures puede surgir desde organic constituents(e.g., vegetation) y/o inorganic products(e.g., atmospheric O 2).
uno must bear en mind que el range de characteristics de rocky planetas es likely a exceed nuestro experiencias con el cuatro terrestrial planetas y el luna. mientras el nearly(pero no quite) airless luna y Mercury arguably representar el lifeless endmember caso de terrestrial planetas, ahí son siempre sorpresas. por ejemplo, Mercury aparecers, basarado en radar data, a apoyar pequeño polar caps de agua ice, y el origin de el agua aparecers a estar exogenic impact de icy material seguirado por molecular migration a el poles. Were tal un cuerpo a estar en un planetary sistema en cual el orbital avión ocurrirs a estar cara-en a el tierra, could que agua ice signature estar detectable en el near-infrared range, y, si tan, qué would uno conclude sobre el habitability de tal un objetivo?
Habitability might estar ruled out si el semimajor axis were demasiado pequeño(indeed, el planeta might estar missed altogether), pero ningún leys de physics rule out un"Mercury" lugarado at el orbit de, decir, Venus(0.7 AU). qué would uno conclude pues? qué? Gas gigante y terrestrial-sized planetas puede estar easily distinguished por su apparent brightness(un funcionar de area, albedo y phase) y orbital distance. Considering el surface area ratio de Jupiter a tierra y assuming el mismo albedo, Jupiter would estar 120 vezs brighter than el tierra at el mismo orbital distance. Unless gigante planeta albedos son 10 a 100 vezs smaller than terrestrial planeta albedos, confusion entre gigante y terrestrial-size planetas es unlikely. un planeta's color[o"color-misa"] puede también indicate whether (él) es un gigante o terrestrial tipo, basarado en nuestro experiencia con el particular spectral propiedads de el planetas y atmospheres en nuestro Solar sistema.
el simple observation que un planeta existirs at unas distance desde un star will determine whether el planeta es en un predefined habitable zona de el star(cual mayo o mayo no delineate donde vida es posible), pero (él) en dato único proveers un muy rough estimate de el temperature. en general, si ahí es un greenhouse effect present(e.g., desde CO 2, H 2 O, CH 4, o aerosols), pues el surface temperature will estar warmer than el effective temperature, cual es determined por el stellar brightness, el star-planeta distance, etc. Regarding el search por vida, constraining un planeta's surface temperature holds mucho greater value than constraining el effective temperature. por ejemplo, ambos Venus y tierra tener semejante effective temperatures(220 K y 255 K, respectively), pero vastly diferente surface temperatures(730 K y sobre 290 K, respectively), owing a el divergent greenhouse gas column abundances. At su surface, Venus es un cloud-cubrirado, hot-casa--con soil capable de melting lead. Visible y/o infrared spectra puede ayudar interpret estes casos, pero tampoco es able a penetrate clouds; therefore surface conditions mayo bien estar difícil a estimate.
 | Ultraviolet image de Venus obtenerado por Pioneer-1.
Image Credit: BNSC |
el combination de infrared y visible observations es de curso most valuable: tampoco region will yield todo de el información, y either region will require modeling a interpret. ahí es, however, un concern que tierra es un peculiarly fácil planeta a interpret desde external observations. de el dos larger terrestrial planetas en nuestro sistema uno es roughly medio cloud-cubrirado(tierra) y el otro completely cloud-cubrirado(Venus). planetas que differ en su size, insolation o land-ocean fraction mayo bien tener más cloud cubrir y estar mucho harder a interpret por que razón, como fue el caso por early studies de Venus. ambos Venus y Titan son totally enshrouded por photochemical clouds, y spacecraft cerrar flyby y en situ techniques tener been required a determine el conditions en su lower atmospheres y at su surfaces. planetas con habitable surfaces que son hidden por deep, totally opaque atmospheres, o con único un pequeño fraction de el surface exposed a view, probably cannot estar recognized como habitable. nosotros son limited a exploring habitability por único those planetas que son habitable en un global scale, y cual tener mostly claro atmospheres en un significant parte de el optical o infrared spectrum, o ambos.
desde albedo nosotros puede tell whether el cloud cubrir de el planeta resembles que de el luna, Mars, tierra o Venus. However, en el pasado, el tierra ha been through un cold phase en cual (él) had un high albedo(due a ice) y un low surface temperature. nosotros could no distinguish tal un snowball tierra desde un Venus-como planeta desde albedo solo; spectra would estar required a distinguish agua ice desde sulfuric acid droplets. cuando? mientras nuestro Solar sistema proveers un buen template por interpreting brightness y color misa, un mucho greater diversity de planetas es likely y challenges su usar por estimating planetary radii y masses. por ejemplo, tierra ha had muy diferente signatures throughout geologic vez. el postulated"snowball tierra" durante el Neoproterozoic Eon would tener had un muy high albedo. tierra's atmosphere might tener contained un larger methane component durante el Archean Eon(prior a 2.5 b. y. ago), y therefore exhibited extremely fuerte methane spectral features. Another exception a el Solar sistema template es un icy Uranus sólo at el outer border de el habitable zona. fuerte deviations desde Solar sistema gas gigante spectral signatures también son expected por young, hot Jupiters. Oxygen: Poison o Predictor? Among biosignatures, oxygen es uno de el most intriguing: en excess, oxygen will poison plant vida, pero este vegetative waste product es vida-darando a animal vida--incluirando durante el transformation de tierra's biosphere con rise de más complex vida formas. ahí mayo estar único un muy pequeño range de planetary conditions que might produce un false positive answer por oxygen--un large ice-bound planeta o un pequeño planeta con un tenue atmosphere pero recibirando un Venus-como insolation. porque non-biological oxygen es quickly absorbed por rocas, el necesitar a regenerate oxygen continuously puntas a biology at trabajar unless ice cubrirs el roca-surfaces o acidic volcanoes react con oxygen a quitar (él). Detection de O 2 o su photolytic product O 3 merits highest priority.
en summary, el primer y best-known aspect de un planeta desde infrared observations es su size. desde el size, insolation y integrated emission nosotros puede determine ambos el albedo y un temperature associated con el emitting layer. Estimates de planeta size y albedo puede definitely estar determined desde mid-infrared observations. [el preferred wavelength ranges son 7 a 25 microns en el mid-IR, y 0.5 a sobre 1.1 microns en el visible a near-IR.] Surface temperature determination es único posible si ahí es un planeta con un substantial fraction que es cloud liberar. Wildcards: agua? Liquid H 2 O es no un bioindicator pero (él) es considered essential a vida. Absorption por agua poses un interesarando challenge por interpretation. agua absorption es observed en el near-infrared spectra de cool gigante stars y brown dwarfs. el bandas son el mismo como those visto en tierra's spectrum, pero ellos son somewhat broader y therefore ellos modificar el apparent shape de el continuum entre bandas. un fairly precise measure de temperature es necesitarado a tomar ventaja de información sobre el strength de agua bandas.
Substantial carbon dioxide CO 2 indicates un atmosphere y oxidation estado typical de un terrestrial planeta. Abundant methane CH 4 might require un biological fuente, yet abundant CH 4 también puede surgir desde un crust y upper mantle más reducirado than que de tierra.
(él) would estar advisable a usar este process a test against observations de tierra, Mars y Venus como bien como simulations de un"smaller" Venus y"larger" Mars a explore el quality de el results. Indeed, (él) es un necesario paso en este trabajar que ambos visible y infrared processes estar validated. el resulting librería de spectral features deber proveer un useful y quantitative starting punta por modeling de equivalent features identified en el luz desde extra-solar terrestrial planetas.
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Note: nuevo planetas: [2003-10-17]
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