SOFIA réalise la première détection d’oxygène lourd dans la haute atmosphère terrestre

WashingtonEt 7 mars 2023 /PRNewswire/ — L’observatoire stratosphérique pour l’astronomie infrarouge (Sophie) a effectué la toute première mesure de l’oxygène atomique lourd dans la haute atmosphère terrestre. Les mesures de l’oxygène lourd ont des implications pour le changement climatique, la science atmosphérique et les études des futures exoplanètes potentielles. Les résultats sont publiés dans Recherche d’examen physique.

L’oxygène lourd est appelé ainsi parce qu’il contient 10 neutrons, plutôt que les huit normaux de l’oxygène « de base », qui est la forme que nous respirons. L’oxygène lourd est considéré comme un signe d’activité biologique et est courant dans la basse atmosphère. Les deux formes sont des sous-produits de la photosynthèse, mais l’oxygène primaire est plus consommé par la respiration des organismes vivants que son homologue à oxygène lourd, laissant derrière lui une plus grande concentration d’oxygène lourd.

Cependant, on sait peu de choses sur la façon dont cette abondance d’oxygène lourd s’est infiltrée depuis son site de formation près de la Terre dans les régions supérieures de l’atmosphère. Grâce à la haute résolution spectrale, Sophie L’instrument GREAT a mesuré le rapport entre l’oxygène majeur et l’oxygène lourd dans l’atmosphère et la basse thermosphère, réalisant la première détection spectroscopique d’oxygène lourd en dehors d’un laboratoire.

« Il suit l’activité biologique – c’est bien prouvé », a-t-il déclaré. Helmut Wesmir, scientifique à l’Institut Max Planck de radioastronomie et auteur principal. « Jusqu’à présent, la hauteur à laquelle cette signature s’étend serait de 60 kilomètres [around 37 miles] – Donc, à peine le fond de l’atmosphère – la question est, atteint-il des altitudes plus élevées ? Et si cela se produit, puisqu’il n’y a pas d’organismes là-bas, la seule façon d’atteindre des altitudes plus élevées est par un mélange vertical efficace.

En d’autres termes, la seule explication des fortes concentrations d’oxygène lourd dans ces régions est le mouvement de va-et-vient de l’air, qui pourrait avoir des implications importantes pour le changement climatique.

La mesure de l’oxygène lourd est compliquée car elle est très similaire à l’oxygène basique. d’en haut dans la stratosphère, Sophie Les deux peuvent être séparés par un arrière-plan lunaire : la luminosité de la lune a permis la plus grande sensibilité à ces caractéristiques difficiles à distinguer.

Cela a permis aux chercheurs de mesurer les rapports entre l’oxygène principal et l’oxygène lourd jusqu’à 200 kilomètres dans l’atmosphère. Les résultats allaient de 382 à 468 facteurs de différence dans les deux types d’oxygène, similaires au rapport sur Terre.

« Il existe des processus qui modifient ces lignées. Pour la Terre, ce processus est la vie oxygénée » – bien qu’il existe également d’autres explications chimiques possibles à prendre en compte, a déclaré Weismaier.

Wiesemeyer et ses collègues ont été très prudents dans leurs estimations de l’incertitude, de sorte qu’ils ne peuvent pas entièrement attribuer les mesures d’oxygène lourd à la biologie. Le vent solaire, par exemple, peut transporter de l’oxygène lourd vers la Terre, mais il est peu probable qu’il apporte une contribution aussi importante.

Cette étude expérimentale mesurant l’équilibre entre les deux formes d’oxygène démontre une technique que les scientifiques de l’atmosphère peuvent utiliser pour étudier le mélange vertical. Les résultats de l’étude pourraient également aider à mieux définir les limites biologiquement pertinentes de l’atmosphère terrestre.

De manière plus ambitieuse, les futurs instruments qui pourraient être sensibles à différentes signatures d’oxygène pourraient utiliser des techniques similaires pour mesurer les taux d’oxygène des exoplanètes. Une combinaison des abondances élevées d’oxygène avec une compréhension du mélange vertical sur ces exoplanètes pourrait indiquer une activité biologique – bien que le groupe prévienne qu’une telle étude nécessite d’énormes sensibilités que les techniques actuelles ne possèdent pas.

« L’idée est de comprendre d’abord ce qui se passe devant votre porte avant de plonger dans des études plus approfondies ailleurs », a déclaré Wiesemeyer.

Ces observations sont trop basses même pour les satellites en orbite basse, mais elles sont trop sensibles pour être faites depuis la Terre. Les observations basées sur le gonflement stratosphérique pourraient être en mesure de fournir des études de suivi potentielles à l’avenir.

sur Sophie

Sophie C’était un projet conjoint de la NASA et de l’Agence aérospatiale allemande au DLR. Le DLR a fourni le télescope et la maintenance programmée des avions et d’autres supports pour la mission. Centre de recherche Ames de la NASA Californie Gestion de la Silicon Valley Sophie Programme, science et missions en coopération avec l’Association de recherche spatiale universitaire et son siège Washington DC et allemand Sophie Institut dans une université Stuttgart. L’avion est entretenu et exploité par l’Armstrong Flight Research Center de la NASA, bâtiment 703, à Palmdale, Californie. Sophie Il a atteint sa pleine capacité opérationnelle en 2014 et a conclu son dernier vol scientifique en 29 septembre 2022.

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