Eine Illustration verschiedener planetarischer Technosignaturen, einschließlich künstlicher atmosphärischer Gase. Bildnachweis: Sohail Wasif/ UC Riverside
Wenn Außerirdische einen Planeten in ihrem Sonnensystem so verändern würden, dass er heißer wird, könnten wir ihn verstehen. Zu diesem Schluss kommt eine neue UC Riverside-Studie, die in veröffentlicht wurde Astrophysikalisches Journal, was i identifiziert Künstliche Treibhausgase Dies würde das Vorhandensein eines „terraformierten“ Planeten offenbaren und die Zeit angeben, die das James Webb-Weltraumteleskop (Jwst) benötigt, um unterschiedliche Konzentrationen solcher Gase zu erkennen.
Terraforming ist ein hypothetischer künstlicher Prozess, der dazu dient, einen Planeten bewohnbar zu machen, indem er in seine Atmosphäre eingreift – sie erzeugt oder ihre chemische Zusammensetzung verändert –, um sie der Erde ähnlich zu machen und ein Ökosystem zu unterstützen. Derzeit sind Studien zum Terraforming völlig spekulativ. Die in der Studie beschriebenen Gase wären jedoch mit der vorhandenen Technologie bereits in relativ geringen Konzentrationen in der Atmosphäre von Planeten außerhalb des Sonnensystems nachweisbar. Dazu könnten Jwst oder zukünftige Experimente wie Life gehören Großes Interferometer für Exoplaneten der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH).
Während diese Schadstoffe auf der Erde kontrolliert werden müssen, um schädliche Auswirkungen auf das Klima zu vermeiden, gibt es Gründe, warum sie auf einem Exoplaneten absichtlich eingesetzt werden könnten. „Für uns sind diese Gase negativ, weil wir die globale Erwärmung nicht verstärken wollen. Aber sie wären großartig für eine Zivilisation, die eine drohende Eiszeit verhindern oder einen ansonsten unbewohnbaren Planeten in ihrem eigenen System terraformieren wollte, wie es die Menschen für den Mars vorgeschlagen haben“, berichtet er Edward Schwietermanein Astrobiologe an der UC Riverside und Erstautor der Studie.
Da diese Gase in der Natur nicht in nennenswerten Mengen vorkommen, müssen sie hergestellt werden. Sie zu finden wäre daher eine Zeichen der Anwesenheit intelligenter und technologischer Lebensformendie sogenannte Technosignaturen. Die fünf von Forschern vorgeschlagenen Gase – CF4 (Tetrafluormethan), C2F6 (Hexafluorethan), C3F8 (Octafluorpropan), SF6 (Schwefelhexafluorid) und NF3 (Stickstofftrifluorid) – werden auf der Erde in industriellen Anwendungen wie der Herstellung von Computerchips verwendet. Dazu gehören fluorierte Versionen von Methan, Ethan Und Propansowie Gase bestehend aus Stickstoff und Fluor oder Schwefel und Fluor. Insbesondere analysierten die Autoren das Potenzial dieser Gase, nachweisbare atmosphärische Signaturen zu erzeugen.
Im Gegensatz zu zufälligen passiven Nebenprodukten industrieller Prozesse würden künstliche Treibhausgase einen absichtlichen Versuch darstellen, das Klima eines Planeten mit langlebigen Gasen geringer Toxizität zu verändern, und hätten eine geringes Potenzial für falsch positive Ergebnisse. Wie Schwieterman betont, könnte eine außerirdische Zivilisation motiviert sein, einen solchen Versuch zu unternehmen, um die Abkühlung ihrer eigenen Welt zu stoppen oder einen ansonsten unbewohnbaren terrestrischen Planeten innerhalb ihres eigenen Systems zu terraformieren.
Ein Vorteil ist, dass es sich um unglaublich wirksame Treibhausgase handelt. Schwefelhexafluorid beispielsweise hat eine 23.500-mal größere Heizleistung als Kohlendioxid. Eine relativ kleine Menge könnte einen eiskalten Planeten so weit erwärmen, dass flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche verbleibt.
Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Gase – zumindest aus außerirdischer Sicht – besteht darin, dass sie außergewöhnlich langlebig sind und in einer erdähnlichen Atmosphäre überleben würden bis zu 50.000 Jahre. „Sie müssten nicht allzu oft aufgetankt werden, um ein gastfreundliches Klima aufrechtzuerhalten“, erklärt Schwieterman.
Qualitative Transmissions- und Emissionsspektren im mittleren Infrarotbereich eines hypothetischen erdähnlichen Planeten, dessen Klima durch künstliche Treibhausgase verändert wurde. Bildnachweis: Sohail Wasif/ UC Riverside
Einige haben Kältemittelchemikalien wie Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) als Tracer für Technosignaturen vorgeschlagen, da sie fast ausschließlich künstlich und in der Erdatmosphäre sichtbar sind. Allerdings sind FCKW möglicherweise nicht vorteilhaft, da sie im Gegensatz zu den in der Studie diskutierten vollständig fluorierten Gasen, die chemisch inert sind, die Ozonschicht zerstören. „Wenn eine andere Zivilisation eine sauerstoffreiche Atmosphäre hätte, hätte sie auch eine Ozonschicht, die sie schützen möchte“, sagt Schwieterman. „FCKW würden in der Ozonschicht zersetzt, selbst wenn sie deren Zerstörung katalysieren.“ Da FCKW leichter abbaubar sind, haben sie auch eine kurze Lebensdauer, was ihre Erkennung erschwert.
Schließlich müssen fluorierte Gase Infrarotstrahlung absorbieren, um eine Wirkung auf das Klima zu haben. Absorption erzeugt ein entsprechendes Infrarot-Signatur was mit Weltraumteleskopen nachgewiesen werden konnte. Mit aktueller oder zukünftiger Technologie könnten Wissenschaftler diese Chemikalien in einigen nahegelegenen Exoplanetensystemen nachweisen. „In einer Atmosphäre wie der der Erde könnte nur ein Molekül von einer Million eines dieser Gase sein und wäre potenziell nachweisbar“, fügt Schwieterman hinzu. „Diese Gaskonzentration würde auch ausreichen, um das Klima zu verändern.“
Um zu ihren Schlussfolgerungen zu gelangen, simulierten die Forscher einen Planeten im Trappist-1-System, etwa 40 Lichtjahre von der Erde entfernt. Sie wählten dieses System, das sieben bekannte Gesteinsplaneten enthält, weil es neben unserem eigenen eines der am besten untersuchten Planetensysteme ist. Es ist auch ein realistisches Ziel für die Untersuchung bestehender Weltraumteleskope.
Da künstliche Treibhausgase wie oben erwähnt im thermischen Fenster des mittleren Infrarots gemäßigter Atmosphären stark absorbieren, wird ein terraformierter Planet starke Absorptionseigenschaften dieser Gase bei Wellenlängen des mittleren Infrarots (∼8–12 μm) aufweisen, möglicherweise begleitet von nahem Infrarot. Infrarotfunktionen. Die Autoren berechneten die Beobachtungszeit, die zum Nachweis von 1 erforderlich war[10](100) ppm C2F6/C3F8/SF6 auf Trappist-1 f mit dem Miri Low Resolution Spectrometer (Lrs) und mit NirSpec, an Bord von Jwst. Sie fanden heraus, dass eine Kombination aus 1[10](100) ppm C2F6C3F8 und SF6 können mit einem Signal-Rausch-Verhältnis von mehr als 5 in nur 25 erkannt werden[10](5) Transite mit Miri/Lrs.
Die Gruppe prüfte auch die Fähigkeit der European Life-Mission, fluorierte Gase aufzuspüren. Die Life-Mission könnte Planeten mithilfe von Infrarotlicht direkt fotografieren und damit mehr Exoplaneten entdecken als das Webb-Teleskop, das Planeten beobachtet, wenn sie vor ihren Sternen vorbeiziehen.
Obwohl wir die Wahrscheinlichkeit, diese Gase in naher Zukunft zu finden, nicht quantifizieren können, sind Forscher zuversichtlich, dass es – falls vorhanden – durchaus möglich ist, sie bei derzeit geplanten Missionen zur Charakterisierung der Planetenatmosphären nachzuweisen. „Es wäre kein zusätzlicher Aufwand erforderlich, um nach diesen Technosignaturen zu suchen, wenn das Teleskop den Planeten bereits aus anderen Gründen charakterisiert“, schließt Schwieterman. „Und es wäre überraschend, sie zu finden.“
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