Hubble, Yaşanabilir Öte Gezegenlerde Oksijeni Tanımlamak için Dünyayı Bir Proxy (vekil sunucu) olarak Kullanıyor

Akıllara durgunluk veren şey, gökbilimcilerin yalnızca Samanyolu galaksimizde Dünya gibi 1 milyar kadar başka gezegen olabileceğini tahmin etmeleridir. Bir milyar – milyon değil – diğer “cennet gezegenleri” hayal edin. Ama orada masmavi  gökyüzünde gün batımına hayran kalacak hiçbir şey yaşamıyorsa artık cennet değildir.  Ve 19. yüzyıl filozofu Thomas Carlyle’ın düşündüğü gibi, “… ne büyük yer israfı.”

HUBBLE, AY TUTULMASI SIRASINDA DÜNYA ATMOSFERİNİ İNCELEMEK İÇİN AYIMIZI KULLANIYOR

Uzaydan Dünya’ya bakan astronotlar, mavi gezegenimizin ihtişamına ve çeşitliliğine hayran kalırlar. Hubble Uzay Teleskobu’nun yörüngede servis edilmesine yardımcı olan Mike Massimino, “Gezegenimizi bir cennet olarak düşünüyorum. Burada olduğumuz için çok şanslıyız.” diyor.

Ana gezegenimizin, evrende var olduğunu ve geliştiğini bildiğimiz yaşamın bilinen tek yeri olduğu gerçeği doğru olabilir mi? Böyle ise uzay ve zaman tarafından hapsedilmiş yıldızlara, kozmik bir yalnızlığa bakıyoruz demektir. Bu nedenle bilim adamları, potansiyel olarak yaşanabilir gezegenleri aramak için her zamankinden daha büyük teleskoplar yapmaya kararlılar. Ama oraya seyahat etmeden ve yaratıkların yürüdüklerini, uçtuklarını ya da etrafta kaymalarını izlemeden hayatın var olduğunu nasıl anlayacaklar?

Bunun bir yolu, bir gezegenin atmosferini araştırmaktır. Hayatı beslemek ve sürdürmek için doğru kimyasal element karışımına sahip bir atmosfer gereklidir. Dünya’nın atmosferi, milyarlarca yıldır yaşamı desteklemeye yardımcı olan oksijen, nitrojen, metan ve karbondioksiti içerir. Özellikle Dünya’daki oksijen bolluğu, atmosferimizin oksijen içeriğinin biyolojik süreçler tarafından yenilendiğine dair bir ipucudur.

Gökbilimciler, gezegenimizi güneş dışı gezegenlerin atmosferlerini incelemek için bir vekil sunucu olarak kullanarak Dünya atmosferinin bileşenlerinin uzaydan nasıl göründüğünü analiz etmek için çeşitli yer ve uzay tabanlı teleskoplar kullanıyorlar. Benzerlikleri ve farklılıkları not etmek için sonunda Dünya’nın atmosferik kompozisyonunu diğer öte dünyalarınkilerle karşılaştırmayı umuyorlar. Hubble teleskopunu kullanan gökbilimciler, tam bir ay tutulmasından yararlanarak, Ay’dan yansıyan Dünya Işığına bakarak Dünya atmosferindeki ozonu tespit ettiler. Ayımız, uzayda dev bir ayna olarak işe yaradı.

Ozon, gezegenimizin atmosferindeki önemli bir bileşendir. Oksijen, kimyasal reaksiyonları tetikleyen güçlü ultraviyole ışık konsantrasyonlarına maruz kaldığında doğal olarak ozon oluşur. Ozon, yaşamı ölümcül ultraviyole ışınlarından koruyan, Dünya’nın güvenlik örtüsüdür.

Bu, ultraviyole dalga boylarında ve bir uzay teleskopundan ilk kez tam bir ay tutulması sırasında yakalandı. Bu yöntem, gökbilimcilerin, güneş dışı gezegenlerde potansiyel biyo-imzaları arayarak Dünya’nın ötesinde yaşamın ikinci dereceden kanıtlarını nasıl arayacaklarını simüle ediyor.

Tutulma gözlemleri için bir uzay teleskobu kullanmak, gelecekteki teleskopların yıldızlarının önünden geçen güneş dışı gezegenlerin atmosferlerini ölçeceği koşulları yeniden üretir. Bu atmosferler Dünya’ya çok benzeyen kimyasal imzalar içerebilir ve evrende yalnız olmadığımız konusunda  merakımızı giderebilir.

Hubble Tam Ay Tutulmasını Gözlemliyor (Sanatçının İllüstrasyonu)

Hubble doğrudan Dünya’ya bakmadı. Bunun yerine, gökbilimciler Ay’ı Dünya atmosferinden geçen ve ardından tekrar Hubble’a yansıyan güneş ışığını yansıtmak için bir ayna olarak kullandılar. Tutulma gözlemleri için bir uzay teleskobu kullanmak, gelecekteki teleskopların geçiş yapan dış gezegenlerin atmosferlerini ölçeceği koşulları yeniden üretir. Bu atmosferler, astrobiyolojinin, yaşamın araştırılması ve araştırılmasıyla ilgili kimyasallar içerebilir.

Daha önce bu türden çok sayıda yer temelli gözlem yapılmış olsa da, bu, ultraviyole dalga boylarında ve bir uzay teleskopundan ilk kez tam bir ay tutulması sırasında yakalandı.  Hubble, güneş ışığının bir kısmını emen ozonun güçlü spektral parmak izini tespit etti. Ozon, Dünya atmosferindeki koruyucu kalkanın kaynağı olduğu için yaşam için önemlidir.

Dünya’da, gezegenimizin yüksek oksijen seviyeleri ve kalın ozon tabakası milyarlarca yıllık fotosentezden sorumludur. Bilim insanlarının ozon veya oksijenin başka bir gezegendeki yaşamın bir işareti olabileceğini düşünmelerinin ve bunlardan biyo-imzalar olarak bahsetmelerinin bir nedeni budur.

Colorado’daki Atmosfer ve Uzay Fiziği Laboratuvarı’ndan Allison Youngblood, “Ozonun bulunması önemlidir, çünkü kendisi yaşamın bir yan ürünü olan moleküler oksijenin fotokimyasal bir yan ürünüdür,” diyor.

Ay tutulmaları sırasında önceki yer temelli gözlemlerde Dünya atmosferindeki ozon tespit edilmiş olsa da, Hubble’ın çalışması molekülün bugüne kadarki en güçlü tespitini temsil ediyor. Çünkü ozon – Dünya atmosferindeki diğer kimyasalların hiçbir müdahalesi olmadan uzaydan ölçülebiliyor – çok kuvvetli olarak ultraviyole ışığını emiyor.

Hubble, 20-21 Ocak 2019’da meydana gelen bir ay tutulması sırasında Dünya atmosferinin kenarından geçen Güneş’in ultraviyole radyasyonunun bir kısmını emen ozonu kaydetti. Diğer birkaç yer tabanlı teleskop da tutulma sırasında diğer dalga boylarında spektroskopik gözlemler yaptı.

Youngblood, “NASA’nın ana hedeflerinden biri yaşamı destekleyebilecek gezegenleri belirlemektir” diyor. “Ama bir tane görseydik yaşanabilir veya ıssız bir gezegeni nasıl ayırt edebilirdik?  Gökbilimcilerin dış gezegenlerin atmosferlerini karakterize etmek için ellerinde bulundurdukları tekniklerle neye benzeyeceklerdi? Bu yüzden Dünya’nın spektrumunun modellerini Güneş dışı gezegenlerde atmosferleri kategorize etmek için bir şablon olarak   geliştirmek önemlidir.”

 Gezegensel Atmosferleri Koklamak

Bazı gezegenlerin atmosferleri, eğer yabancı dünya, geçiş adı verilen bir olay olan ana yıldızının önünden geçerse araştırılabilir. Bir geçiş sırasında yıldız ışığı, arkadan aydınlatmalı dış gezegenin atmosferinden süzülür. (Yakından bakıldığında, gezegenin silueti, tıpkı Dünya’nın uzaydan bakıldığında yaptığı gibi, aydınlatılmış atmosferin neden olduğu, etrafında ince, parlak bir “hale” varmış gibi görünür.)

Atmosferdeki kimyasallar, yıldız ışığının belirli renklerini filtreleyerek açıklayıcı imzalarını bırakır. Hubble kullanan gökbilimciler, dış gezegenleri araştırmak için bu tekniğe öncülük ettiler. Bu özellikle dikkat çekicidir, çünkü Hubble 1990’da yörüngesine oturtulduğunda güneş dışı gezegenler henüz keşfedilmemişti ve Hubble başlangıçta bu tür deneyler için tasarlanmamıştı.

Gökbilimciler şimdiye kadar Hubble’ı yıldızlarının önünden geçen gaz devi gezegenlerin ve süper-Dünya’ların (gezegenler Dünya’nın birkaç katı kütlesinde ise süper dünya olarak adlandırılır) atmosferlerini gözlemlemek için kullandılar. Ancak Dünya büyüklüğündeki karasal gezegenler çok daha küçük nesnelerdir ve atmosferleri tıpkı bir elmanın kabuğu gibi daha incedir. Bu nedenle, bu imzaları Dünya büyüklüğündeki dış gezegenlerden çıkarmak çok daha zor olacak.

Araştırmacıların, bir geçiş sırasında bu küçük gezegenlerin atmosferlerinden geçen zayıf yıldız ışığını toplamak için Hubble’dan çok daha büyük uzay teleskoplarına ihtiyaçları olacak. Bu teleskopların güçlü bir sinyal oluşturmak için gezegenleri daha uzun bir süre, onlarca saat boyunca gözlemlemesi gerekecek.

Bu daha büyük teleskoplar hazırlanana kadar , gökbilimciler çok daha yakın ve yalnızca yerleşik bir karasal gezegen olan Dünya üzerinde deneyler yapmaya karar verdiler. Gezegenimizin tam bir ay tutulması sırasında Güneş ve Ay ile mükemmel hizalanması, yıldızından geçen karasal bir gezegenin geometrisini taklit eder.

Ancak gözlemler de zorlayıcıydı çünkü Ay çok parlak ve yüzeyi parlak ve karanlık alanlarla dolu olduğu için mükemmel bir yansıtıcı değildir. Ay ayrıca Dünya’ya o kadar yakın ki Hubble, Ay’ın uzay gözlemevine göre hareketine rağmen, seçili bir bölgeye göz kulak olmak zorunda kaldı. Bu nedenle, Youngblood’un ekibi analizlerinde Ay’ın sürüklenmesini hesaba katmak zorunda kaldı.

Ozon Varsa, Hayat Var mı?

Karasal bir gezegen dışı gezegenin göklerinde ozon bulunması, yüzeyde yaşamın var olduğunu garanti etmez. Youngblood, “Gezegende yaşam olduğu sonucuna varmak için ozonun yanı sıra başka spektral imzalara da ihtiyacınız olacak ve bu imzalar mutlaka ultraviyole ışıkta görülmeyebilir” dedi.

NASA’nın Greenbelt, Maryland’deki Goddard Uzay Uçuş Merkezi’nden Giada Arney, “Fotosentez herhangi bir gezegende gelişebilen en verimli metabolizma olabilir, çünkü yıldız ışığından gelen enerjiyle besleniyor, su ve karbondioksit gibi kozmik olarak bol elementler kullanıyor” diyor. “Bu gerekli bileşenler yaşanabilir gezegenlerde ortak olmalıdır.”

Ozon imzasındaki mevsimsel değişkenlik, tıpkı Dünya’daki bitkilerin büyüme mevsimlerinde olduğu gibi, mevsimsel biyolojik oksijen üretimini de gösterebilir.

Ancak ozon, nitrojen ve oksijen güneş ışığına maruz kaldığında yaşam olmadan da üretilebilir. Belirli bir biyo-imzanın gerçekten yaşam tarafından üretildiğine olan güveni artırmak için, gökbilimciler biyo-imzaların kombinasyonlarını aramalıdır. Çok dalga boylu bir kampanyaya ihtiyaç vardır çünkü birçok biyo imzanın her biri, bu imzalara özgü dalga boylarında daha kolay tespit edilir.

“Gökbilimciler, genç gezegenlere sahip daha genç yıldızlara bakarken gezegenin gelişim aşamasını da hesaba katmak zorunda kalacaklar. Atmosferimizde daha az oksijen varken, erken Dünya’ya benzer bir gezegenden oksijen veya ozon tespit etmek istiyorsanız, Optik ve kızılötesi ışıktaki spektral özellikler yeterince güçlü değil, “diye açıklıyor Arney. “Fotosentezin atmosferde oksijen ve ozon oluşumuna bugün gördüğümüz seviyelere katkıda bulunduğu Proterozoik jeolojik dönemin ortasından önce (yaklaşık 2.0 milyar ila 0.7 milyar yıl arasında) Dünya’nın düşük konsantrasyonlarda ozon olduğunu düşünüyoruz. Ozon özelliklerinin ultraviyole ışık imzası çok güçlüdür, az miktarda ozon tespit etme umudunuz olur.

NASA’nın, kızılötesi ışıkta benzer türde ölçümler yapabilen ve dış gezegen atmosferlerinde metan ve oksijeni tespit etme potansiyeline sahip James Webb Uzay Teleskobu adında yakında uzaya çıkacak bir gözlemevi var. Webb’in şu anda 2021’de yörüngesine oturtulması planlanıyor.

AY TUTULMASI GEOMETRİSİ (SANATÇININ ÇİZİMİ)

AY TUTULMASI SIRASINDA HUBBLE’IN ÇALIŞMA BÖLGESİ (İLLÜSTRASYON)

İlhan Vardar

Kaynak : (ESA / Hubble), NASA ve ESA

Sürüm Kimliği: 2020-30