克莱尔·安德莱奥利，美国宇航局戈达德太空飞行中心 这张图片展示了哈勃太空望远镜叠加在月蚀期间看到的月球图像上
利用2019年1月的月全食，天文学家使用美国宇航局的哈勃太空望远镜检测到地球大气中的臭氧
这种方法可以作为他们如何观察类似地球的行星在寻找生命的过程中在其他恒星前面凌日的代理
在月全食期间，我们的星球与太阳和月亮的完美对准模仿了一颗带有恒星的凌日类地行星的几何形状
在一项新的研究中，哈勃没有直接观察地球
取而代之的是，天文学家用月球作为镜子，反射透过地球大气层的阳光，然后被哈勃捕捉到
这是首次用紫外波长和太空望远镜拍摄到月全食
信用:M
科恩梅瑟(欧空局/哈勃)、美国航天局和欧空局 利用月全食的优势，天文学家使用美国国家航空航天局的哈勃太空望远镜在我们的大气中探测到了地球自己品牌的防晒霜——臭氧
这种方法模拟了天文学家和天体生物学研究人员如何通过观察外行星(围绕其他恒星的行星)上潜在的“生物标志”来寻找地球以外的生命证据
哈勃没有直视地球
相反，天文学家用月球作为镜子来反射穿过地球大气层的阳光，然后反射回哈勃
使用太空望远镜进行日食观测再现了未来望远镜测量凌日系外行星大气的条件
这些大气可能含有天体生物学、生命研究和探索感兴趣的化学物质
尽管此前已经进行了许多类似的地面观测，但这是第一次用紫外波长和太空望远镜捕捉到月全食
哈勃探测到强烈的臭氧光谱指纹，臭氧吸收了部分阳光
臭氧对生命很重要，因为它是地球大气中保护屏障的来源
在地球上，数十亿年的光合作用导致了我们星球的高氧含量和厚厚的臭氧层
这就是为什么科学家认为臭氧或氧气可能是另一个星球上生命的标志，并将它们称为生物标志的原因之一
“发现臭氧意义重大，因为它是分子氧的光化学副产品，而分子氧本身就是生命的副产品，”科罗拉多州博尔德市大气和空间物理实验室的艾利森·扬布拉德解释说，他是哈勃观察的首席研究员
尽管此前在月蚀期间的地面观测中已经探测到了地球大气中的臭氧，但哈勃的研究代表了迄今为止对该分子最强的探测，因为臭氧——从太空测量，不受地球大气中其他化学物质的干扰——吸收紫外光的能力非常强
哈勃记录了2019年1月20日至21日发生的月食期间，臭氧吸收了穿过地球大气层边缘的一些太阳紫外线辐射
日食期间，其他几架地面望远镜也在其他波长进行光谱观测，寻找更多的地球大气成分，如氧气和甲烷
扬布拉德说:“美国宇航局的主要目标之一是识别能够支持生命的行星。”
“但是，如果我们看到了一颗可居住的或无人居住的星球，我们怎么会知道呢？利用天文学家掌握的表征系外行星大气的技术，它们会是什么样子？这就是为什么开发地球光谱模型作为太阳系外行星大气分类的模板很重要
" 她的论文可以在《天文学杂志》上在线查阅
嗅出行星大气 如果外星世界穿过其母恒星的表面，一些太阳系外行星的大气层可以被探测到，这种事件被称为凌日
在运输过程中，星光穿过背光的系外行星大气层
(如果近距离观察，这颗行星的轮廓看起来像是被照亮的大气层在它周围形成了一个薄而发光的“光环”，就像从太空中看到的地球一样
) 大气中的化学物质通过过滤某些颜色的星光留下了它们的信号
天文学家利用哈勃开创了探测系外行星的这项技术
这一点特别值得注意，因为当哈勃在1990年发射时，太阳系外的行星还没有被发现，太空天文台最初也不是为这样的实验而设计的
这张图(不按比例)解释了月食的几何形状
当月球完全处于地球的本影(即月全食或本影食)时，所有到达月球表面的阳光都被地球大气层折射或散射
当月球处于地球的半影(被称为半影日食)时，光照来自阳光直射和通过地球大气层折射和散射的阳光
这个过程类似于太阳系外行星的凌日观测
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科恩梅瑟(欧空局/哈勃)、美国航天局和欧空局 到目前为止，天文学家已经用哈勃观察了气态巨行星和超级地球(质量是地球几倍的行星)的大气，它们穿过恒星
但是地球大小的类地行星要小得多，它们的大气层也更薄，就像苹果的外皮
因此，从地球大小的系外行星中梳理出这些信号将会困难得多
这就是为什么研究人员需要比哈勃大得多的太空望远镜来收集穿过这些小行星大气的微弱星光
这些望远镜需要观察行星更长的时间，几十个小时，来建立一个强信号
为了准备这些更大的望远镜，天文学家决定在一个更近、也是唯一已知的有人居住的地球上进行实验
在月全食期间，我们的星球与太阳和月亮的完美对准模仿了一颗地球行星经过其恒星的几何形状
但是观测也很有挑战性，因为月球非常明亮，而且它的表面不是完美的反射器，因为它有明亮和黑暗的斑点
月球离地球如此之近，以至于尽管月球相对于太空观测站运动，哈勃不得不试图稳定地观察一个选定的区域
因此，杨布拉德的团队必须在他们的分析中解释月球的漂移
哪里有臭氧，哪里就有生命？ 在类地太阳系外行星的天空中发现臭氧并不能保证表面上存在生命
“除了臭氧之外，你还需要其他光谱特征来推断这个星球上有生命，而这些特征在紫外光下不一定能看到，”杨布拉德说
这张基于地面的月球望远镜图像突出了天文学家使用美国宇航局的哈勃太空望远镜测量地球大气中臭氧量的大致区域
这种方法可以作为他们如何观察围绕其他恒星寻找生命的类地行星的代理
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科恩梅瑟(欧空局/哈勃)、美国航天局和欧空局 在地球上，当地球大气中的氧气暴露在高浓度的紫外线下时，臭氧自然形成
臭氧在地球周围形成一层毯子，保护地球免受强烈紫外线的伤害
“光合作用可能是任何星球上进化出的最具生产力的新陈代谢，因为它由星光提供能量，并使用大量丰富的元素，如水和二氧化碳，”马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的贾达·阿恩尼说，他是这篇科学论文的合著者
“这些必要的成分在可居住的星球上应该是常见的
" 臭氧特征的季节性变化也可能表明氧气的季节性生物生产，就像地球上植物的生长季节一样
但是当氮和氧暴露在阳光下时，臭氧也可以在没有生命存在的情况下产生
为了增加给定生物标志是由生命真正产生的信心，天文学家必须寻找生物标志的组合
需要一个多波长的活动，因为许多生物特征中的每一个在这些特征特定的波长下更容易被检测到
“天文学家在观察有年轻行星的年轻恒星时，还必须考虑行星的发展阶段
阿恩尼解释说:“如果你想从类似早期地球的星球上探测氧气或臭氧，当我们的大气中氧气较少时，光学和红外光的光谱特征不够强。”
“我们认为在中元古代地质时期(大约在2
十亿比零
70亿年前),当时光合作用导致大气中氧气和臭氧积累到我们今天看到的水平
但是因为臭氧的紫外线特征非常强，你有希望探测到少量的臭氧
因此，紫外线可能是探测低氧系外行星上光合生命的最佳波长
" 美国宇航局即将推出一个名为詹姆斯·韦伯太空望远镜的天文台，它可以在红外光下进行类似的测量，有可能探测到系外行星大气中的甲烷和氧气
韦伯目前计划在2021年推出
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