Könnte das James-Webb-Weltraumteleskop Chlorophyll auf einem Exoplaneten entdecken?

Angenommen, es gibt einen Exoplaneten, der 20 Lichtjahre entfernt ist und mit der Erde identisch ist, und nehmen Sie außerdem an, dass er in einem Winkel umkreist, sodass er seinen Stern passiert, wenn er von unserem Sonnensystem aus gesehen wird. Wäre der JWST in der Lage, Chlorophyll auf einem solchen Planeten nachzuweisen?

Ich nehme an, diese Frage besteht aus zwei Teilen: 1) Könnte irgendein Teleskop Chlorophyll auf einem Exoplaneten erkennen? Wenn ja, wie und bei welcher Wellenlänge? 2) Ist JWST einer von ihnen? Mein Gefühl ist, dass der erste zuerst gefragt werden sollte, nicht auf ein bestimmtes Teleskop beschränken, bis die Erkennungstechnik besser verstanden ist. Außerdem ist es wahrscheinlich, dass Fragen zu spektroskopischen Studien von Exoplaneten in Astronomy SE mehr Aufmerksamkeit und Antworten erhalten würden als hier.

Antworten (2)

Der Nachweis von Chlorophyll auf Exoplaneten ist definitiv etwas, woran die Leute interessiert sind: siehe dieses Papier (veröffentlicht als "Detecting biomarkers on an exo-Earth", Timothy D. Brandt, David S. Spiegel, Proceedings of the National Academy of Sciences Sep 2014, 111 ( 37) 13278-13283; DOI: 10.1073/pnas.1407296111), zum Beispiel. Unter der Annahme, dass Leute Artikel in begutachteten Zeitschriften schreiben, die das Design von Teleskopen diskutieren, um dies zu tun, gehe ich davon aus, dass dies etwas ist, was ein plausibles Teleskop tun könnte. Ich bin jedoch nicht kompetent, dieses Papier technisch zu beurteilen.

Hier ist ein Auszug aus ihren Schlussfolgerungen (Auslassungen sind mit [...] gekennzeichnet):

Wir stellen fest, dass eine zukünftige Weltraummission wahrscheinlich Wasser auf einem Erdzwilling mit einer spektralen Auflösung von R ≳ 40 und ein SNR pro Bin von ≳ 7. Eine solche Mission wird es viel schwieriger haben, atmosphärischen Sauerstoff nachzuweisen [...] Für eine Mission, die nur auf O abzielt 2 , finden wir eine optimale Auflösung von R ∼ 150 für unseren mittleren Rauschskalierungsfall und ein minimales SNR von ∼ 6 an R = 150 . Das ist ∼ 3-mal die Auflösung eines Instruments, das für die Anzeige von Wasser optimiert ist, und ein Faktor von ∼ 2 anspruchsvoller als Wasser, gemessen am skalierten SNR.

Abschließend zeigen wir, dass der „rote Rand“ der Chlorophyllabsorption bei λ ∼ 0,7 μ m wird extrem schwer zu erkennen sein, es sei denn, die Wolkendecke ist viel geringer und/oder der Vegetationsanteil ist viel höher als auf der Erde. [...]

Basierend auf unseren Ergebnissen argumentieren wir, dass eine zukünftige Mission auf das klar definierte Ziel der Empfindlichkeit gegenüber O ausgerichtet sein sollte 2 und h 2 O um die besten Kandidaten für terrestrische Exoplaneten, vielleicht sogar mit zwei sich ausbreitenden Elementen, um beides zu erreichen R ∼ 40 Und R ∼ 150 . Umfangreiches (und teures) Follow-up der allerbesten Targets, vorzugsweise mit O 2 und h 2 O-Erkennungen, könnten dann verwendet werden, um nach dem roten Rand von Chlorophyll zu suchen.

In ähnlicher Weise gehe ich davon aus, dass dies, da das obige Papier dies mit dem JWST nicht beschreibt, dessen Möglichkeiten übersteigt.

@uhoh: Ich habe meine Antwort jetzt wiederhergestellt, da es eine andere Antwort gibt. Ich habe es auch etwas umformuliert, um es hoffentlich klarer zu machen. Wenn Sie immer noch denken, dass es falsch ist, lassen Sie es mich wissen und ich werde es ändern oder löschen.
Ha! Ich habe gerade die Zusammenfassung in meinen Kopier-/Einfügepuffer bekommen und bin hierher zurückgekehrt, als ich gesehen habe, dass Sie aktualisiert haben. Das sieht jetzt viel besser aus, danke!!
Übrigens lese ich jetzt die Zeitung. Der Abschnitt mit dem Titel The Red Edge of Chlorophyll ist wichtig und liegt bei etwa 0,7 Mikron. JWST geht auf 0,6 Mikrometer herunter, damit es diesen Wellenlängenbereich "sehen" kann, aber ich weiß nicht, ob es eine Spektroskopie bei 0,7 um hat, und habe immer noch keine Ahnung, wie sich dies bei einem Transit zeigen würde. Ich denke, ein Teleskop mit einer Art fortgeschrittenem Koronographen, der reflektiertes Licht messen kann, wäre ein besserer Weg, als Transite zu betrachten, und ich glaube nicht, dass JWST einen Koronographen hat, der es ihm ermöglicht, Exoplaneten von ihren Sternen zu trennen.
JWST ist mit vier wissenschaftlichen Instrumenten (NIRCam, MIRI, NIRISS, NIRSpec) ausgestattet, die über einen breiten Wellenlängenbereich vom optischen bis zum mittleren Infrarot (0,6 - 28,3 Mikron) empfindlich sind (stsci.edu/jwst/instrumentation ) . In Bezug auf die Bildgebungsfähigkeiten geht nur NIRCam auf 0,6 zurück. Für die Spektroskopie sinken sowohl NIRSpec als auch NIRISS auf 0,6. Es scheint, dass diese "spektrale Auflösung R" eine Schlüsselzahl sein könnte, um zu sehen, ob JWST etwas sehen kann (oder wie weit davon entfernt ist). Ich habe versucht zu sehen, ob eine R-Nummer für NIRSpec und NIRISS @ 0,7 um Wellenlänge gemeldet wurde, aber ich habe bei meiner kurzen Suche nichts gefunden.
@BlueCoder: R ist irrelevant, wenn Sie den roten Rand erkennen möchten, der ein Breitbandmerkmal ist. Ihr Hauptproblem bei der Erkennung der roten Kante besteht darin, sie von stellaren und atmosphärischen Signalen zu unterscheiden.

Dies ist noch etwas vage - es ist für einen Satelliten schwierig, Pflanzen (mit oder ohne gezielt nach einer Chlorophyll-Signatur zu suchen) bei geringer räumlicher Dichte in einer Wüste zu erkennen. Wenn Ihr hypothetischer Exoplanet mit einer dicken Schicht Cyanobakterien bedeckt wäre, wäre das Signal viel größer als das Signal einer Kopie der Erde.

AFAIK, das Beste, was wir bisher getan haben, ist jedoch, einige Vermutungen über den atmosphärischen Inhalt einiger Exoplaneten anzustellen, basierend auf Absorptionsspektren. Ich glaube nicht, dass wir auch nur annähernd das Auflösungsvermögen haben, das erforderlich ist, um einen Planeten in der Phase "erstes/letztes Viertel" zu beobachten, wie es notwendig wäre, um einen beleuchteten Teil der Planetenoberfläche zu sehen.

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