Att använda stjärnljus för att mäta växthusgaser

 

Bild https://warwick.ac.uk/  Bild av EM27SUN instrument som observerar solen: Calar Alto astronomiska observatoriu(CAHA

Astronomer vid University of Warwick i samarbete med institutioner i Spanien visar hur astronomiverktyg som vanligtvis används för att studera stjärnor kan återanvändas som klimatsensorer vilket hjälper till att spåra hur jordens atmosfär förändras av den globala uppvärmningen.

På sin färd till jorden kan stjärnljus förändras när det interagerar med partiklar i områden som innehåller gas och stoft. Denna effekt är särskilt märkbar när ljus passerar genom vår atmosfär eftersom atmosfären introducerar linjer  i ljusmönstren som  från stjärnor i form av stjärnspektra.

Dessa linjer, kända som tellurlinjer är ett problem för astronomer, som försöker "rensa dem från oväsentlig data" sina observationer genom att ta bort de oönskade egenskaperna. Med hjälp av en en ny algoritm som kallas Astroclimes, utvecklad vid University of Warwick syftar till att utnyttja absorptionslinjerna som lämnas av molekyler i jordens atmosfär i stjärnspektra för att mäta mängden växthusgaser (GHG) på natten. såsom koldioxid (CO₂), metan (CH₄) och vattenånga (H₂O).

Marcelo Aron Fetzner Keniger, doktorand vid forskargruppen för astronomi och astrofysik vid Warwick och utvecklare av algoritmen Astroclimes, beskriver: "Att övervaka mängden växthusgaser är nödvändigt för att kvantifiera deras inverkan på den globala uppvärmningen och klimatförändringarna. Att använda tellurlinjer för att mäta förekomsten av växthusgaser i jordens atmosfär har använts i stor utsträckning med hjälp av solspektra, till exempel av COllaborative Carbon Column Observing Network (COCCON).

Men eftersom de är beroende av solspektra kan dessa mätningar bara utföras under dagen, så Astroclimes kan förhoppningsvis fylla luckan med mätningar nattetid. Spektra dagtid mättes med hjälp av en bärbar FTIR-spektrometer (EM27/SUN) från COCCON-Spaniens nätverk, tillfälligt installerad vid Calar Alto-observatoriet. Under natten analyserades stjärnljuset med hjälp av algoritmen Astroclimes som bygger på data från spektrografen CARMENES på observatoriets 3,5 m-teleskop. COCON-instrumentet kan härleda atmosfäriska koncentrationer av växthusgaser som är kalibrerade och i nivå med bestämd standard och används för att kalibrera de förekomster som uppmätts med Astroclimes-algoritmen.

Marcelo Aron lade till: – Om vi lyckas kalibrera astroklimat med hjälp av COCON-mätningar kan det ge ett nytt nätverk för att mäta växthusgaser, vilket kompletterar nuvarande nätverk med mätningar nattetid.

Observationerna under dagen som gjordes av EM27/SUN på cirka 2 100 meters höjd kompletterades med ett andra instrument på havsnivå vid universitetet i Almería (UAL). Joaquín Alonso Montesinos, universitetsprofessor och representant för UAL i COCCON-Spanien-projektet, beskriver: "Vi är tacksamma för att AEMET har räknat med oss i ett så viktigt projekt, som vi tror kommer att bli ett riktmärke i energiomställningen."

"Det nationella nätverket COCCON-Spain syftar till att ta itu med den latenta bristen på atmosfäriska växthusgasobservationer i Spanien genom att implementera ett nätverk av stationer för mätningar på nationell skala. Ett av huvudmålen för COCCON-Spanien-nätverket är att förbättra den nuvarande kunskapen om källor och sänkor för växthusgaser och på så sätt bidra till utvecklingen av strategier för begränsning av och anpassning till klimatförändringarna. betonar Omaira García-Rodríguez (AEMET-CIAI), samordnare för nätverket.

Jesús Aceituno, chef för observatoriet i Warwick sammanfattar: "Calar Alto, med sin solcellsanläggning och biomassapanna, siktar på att uppnå energihållbarhet. Dessa upptäckter av växthusgaser som gjorts med CARMENES visar att ett astronomiskt observatorium också kan användas för att övervaka vår planets klimat.

Sökande efter växthusgaser på exoplaneter

En terraformad planet innebär en planet som beretts för att liv ska kunna existera där. De gaser som beskrivs i en ny studie från University of California, Riverside visar hur växthusgaser skulle kunna detekteras även vid relativt låga koncentrationer i atmosfären på planeter utanför vårt solsystem med hjälp av dagens befintlig teknik. Med exempelvis James Webb Space Telescope.

Växthusgaser är gaser som måste kontrolleras på jorden för att förhindra skadliga klimateffekter men det kan finnas skäl till att de används avsiktligt på en exoplanet i syfte att värma upp en kall ogästvänlig sådan planet.

– För oss är de här gaserna dåliga eftersom vi inte vill öka uppvärmningen av Jorden. Men de skulle vara bra för en civilisation som vill förhindra en förestående istid eller terraforma en annars obeboelig isig planet i sitt solsystem något  som även har föreslagits för Mars, beskriver Edward Schwieterman, astrobiolog vid UCR och huvudförfattare till studien.

Eftersom dessa gaser inte är kända för att förekomma i betydande mängder naturligt måste de tillverkas (på jorden genom utsläpp av bilars avgaser exempelvis). Att hitta dem på en exoplanet skulle därför vara ett tecken på intelligenta, teknikanvändande livsformer (så kallade teknosignaturer).

Växthusgaserna inkluderar fluorerade versioner av metan, etan och propan, tillsammans med gaser av kväve med fluor eller svavel med fluor. En fördel är att dessa är otroligt effektiva växthusgaser (de senare blandningarna). Svavelhexafluorid har till exempel 23 500 gånger högre uppvärmningsförmåga än koldioxid. En relativt liten mängd skulle kunna värma upp en frusen planet till en punkt där flytande vatten kan bestå på dess yta. En annan fördel med de föreslagna gaserna är att de är exceptionellt långlivade och skulle bestå i en jordliknande atmosfär i upp till 50 000 år. "De skulle inte behöva fyllas på alltför ofta för att upprätthålla ett livsvänligt klimat", beskriver Schwieterman.

Studien gjordes i samarbete med Daniel Angerhausen vid Swiss Federal Institute of Technology/PlanetS, och med forskare vid NASA:s Goddard Space Flight Center, Blue Marble Space Institute of Science och Paris University. Den publicerades i en artikel i Astrophysical Journal och beskriver fördelar med terraformande gaser.

Bild https://www.naturvardsverket.se