O nitrogênio pode ser um sinal de Habitabilidade

Poderíamos comumente pensam da Terra como tendo uma atmosfera dominada pelo oxigênio, mas, na realidade, a molécula torna-se apenas um quinto do nosso ar. A maioria do que nos rodeia é azoto, a 78 por cento. Astrobiologists estão começando a ver nitrogênio - e não apenas oxigênio como um indicador chave da habitabilidade do planeta. O nitrogênio é essencial para a vida na Terra e pode sinalizar uma atmosfera espessa o suficiente para estabilizar a água líquida na superfície de um planeta, fundamental para a criação de condições de habitabilidade.

Nitrogênio, na verdade, era ainda mais abundante em vulcões Earth'when e outros processos internos começaram a substituir envelope original de nosso planeta de hidrogênio e hélio. O resultado destes processos geológicos, bem como as contribuições acrescentados pelo início da vida, foi a evolução de uma atmosfera "secundário" constituído por azoto, oxigénio (principalmente a partir de vida fotossintética como plantas), e vestígios de constituintes tais como a água e árgon.

Aqui está o desafio de astrobiologists: nitrogênio é difícil de ver, mesmo com telescópios sofisticados. Sua assinatura química não é captado bem por um espectrógrafo porque o nitrogênio não interage fortemente com a maioria dos comprimentos de onda da luz. Dado que planetas como a Terra tem fino, difíceis de ver atmosferas, para começar, encontrar azoto nesses planetas será difícil.

Mas Edward Schwieterman, doutorando em astronomia e astrobiologia na Universidade de Washington, e seus colaboradores fizeram um passo em frente. Schwieterman trabalha com Victoria Meadows, o investigador principal do Virtual Laboratório Planetário do Instituto de Astrobiologia da NASA. Um documento com base na pesquisa, " Detecção e restringindo N 2 Abundâncias em atmosferas planetárias usando pares de colisão ", foi publicado em agosto no The Astrophysical Journal . A pesquisa foi financiada pelo Instituto de Astrobiologia da NASA.

Usando EPOXI

Schwieterman se aproximou da Terra como um planeta extrasolar para servir como um análogo de exoplanetas potencialmente habitáveis ​​em outros sistemas solares. A maioria dos satélites acontecer de estar em órbita baixa da Terra, boa para a caracterização de aspectos como o clima ou as alterações climáticas, mas difícil de capturar o que você vê quando um planeta é visto de uma distância maior, onde toda a informação espacial cai para um ponto.

"Se fôssemos diretamente imagem de um exoplaneta parecido com a Terra, teríamos um ponto de luz e nenhuma informação espacial", disse Schwieterman. "Precisamos de todos os dados da Terra contido dentro de um campo de visão e caiu a um ponto de fornecer uma comparação útil para observações exoplanetas futuras."

A chave para alcançar este efeito foi ver a Terra de uma nave espacial distante. Os pesquisadores escolheram dados de EPOXI, uma missão que reaproveitado a sonda Deep Impact (que fotografada Comet 103P / Hartley de perto em 2010). EPOXI foi longe o suficiente da Terra para vê-lo como um disco. Controladores perderam contato com EPOXI em 2013 e a missão foi declarada encerrada, mas os dados sobrevive.

Mesmo que o nitrogênio é difícil ver de longe, quando as moléculas de nitrogênio colidem uns com os outros eles produzem um par de nitrogênio em nitrogênio que é espectralmente ativa. Este emparelhamento era visível através espectrômetro da sonda EPOXI, mas os pesquisadores passaram algum tempo certificando-se de que este não foi um acaso.

Desde as assinaturas espectrais de colisões de azoto e sobreposição de dióxido de carbono, os pesquisadores modelaram diferentes tipos de ambientes sintéticos usando o modelo da Terra espectral 3D da Planetary Laboratory Virtual do Instituto de Astrobiologia da NASA, tais como a duplicação e reduzir para metade a abundância de dióxido de carbono e nitrogênio. Mesmo depois de realizar essas mudanças, eles ainda eram capazes de ver uma assinatura válida de azoto a um comprimento de onda de luz de 4,15 microns.

Habitabilidade

Encontrar nitrogênio tem uma implicação interessante para exoplanetas do tamanho da Terra. A definição de habitabilidade é a presença de água no estado líquido estável. Nós geralmente definem "zona habitável" de uma estrela, por exemplo, como a região em torno da estrela onde a água líquida pode existir na superfície de um planeta rochoso dada uma atmosfera espessa o suficiente. Isso geralmente é baseado na quantidade de luz solar do planeta recebe da estrela.

Para ter uma noção mais clara de habitabilidade, Schwieterman apontou, nitrogênio poderia servir como um indicador para uma atmosfera espessa o suficiente para manter a água de superfície estável. "Se você não tem uma atmosfera espessa o suficiente, então a água não é estável na superfície. Evapora-se para a atmosfera. Se podemos confirmar outros planetas têm uma quantidade semelhante de azoto como a Terra, podemos descartar essa possibilidade fora. "Se outros exoplanetas terrestres habitáveis ​​são como a Terra, suas atmosferas seria dominada por nitrogênio.

Um exemplo disto está em nosso próprio sistema solar - em Marte . Bilhões de anos atrás, o planeta tinha uma atmosfera espessa o suficiente para suportar água corrente, como visto pelas ravinas fotografada a partir da órbita e as rochas pego abaixo que mostram sinais de ser embebido por ele no passado. Hoje em dia, no entanto, o planeta tem uma atmosfera fina. Por que isso aconteceu está sendo investigado pela PERITO da NASA (Mars Atmosphere and Volatile Evolução Missão) nave espacial.

Falso-positivo

Um trabalho recente mostrou que o oxigênio pode não ser sempre um confiável indicador de vida . Isso ocorre porque um planeta terrestre sem vida e quantidades insuficientes de gases "não condensáveis", tais como o nitrogênio pode produzir oxigênio em sua atmosfera através de um processo chamado de fotólise. Isto pode ocorrer quando as moléculas de água (que consiste em hidrogénio e oxigénio) elevada na atmosfera do planeta são quebrados pela luz solar, permitindo que o hidrogénio mais leves para escapar e o oxigénio mais pesado para ser deixado para trás. Outras formas de produzir oxigénio abiótico também têm sido propostos.

Schwieterman e seus colaboradores estão interessados ​​em encontrar mais formas de distinguir entre o oxigênio "falso positivo", produzido pela luz solar, e o oxigênio produzido biologicamente visto na Terra.

"Isso envolve tanto olhando contexto planetário, tais como a localização do planeta na zona habitável eo tipo de estrela que orbita, e usando informações adicionais sobre a atmosfera do planeta e da superfície da espectroscopia", disse Schwieterman. "O trabalho em nitrogênio detectar descrito no documento está ligado a esse escopo mais amplo e mostra que excluir estes cenários falsos positivos é possível."