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Centro de Astrofísica da Universidade do Porto

The Earth as an extrasolar transiting planet
Earth's atmospheric composition and thickness revealed by Lunar eclipse observations

A. Vidal-Madjar, L. Arnold, D. Ehrenreich, R. Ferlet, A. Lecavelier Des Etangs, F. Bouchy, D. Ségransan, I. Boisse, G. Hébrard, C. Moutou, J.-M. Désert, D. K. Sing, R. Cabanac, C. Nitschelm, X. Bonfils, X. Delfosse, M. Desort, R. F. Díaz, A. Eggenberger, T. Forveille, A.-M. Lagrange, C. Lovis, F. Pepe, C. Perrier, F. Pont, N. C. Santos, S. Udry

Resumo
Context. An important goal within the quest for detecting an Earth-like extrasolar planet, will be to identify atmospheric gaseous bio-signatures.
Aims. Observations of the light transmitted through the Earth’s atmosphere, as for an extrasolar planet, will be the first important step for future comparisons. We have completed observations of the Earth during a lunar eclipse, a unique situation similar to that of a transiting planet. We aim at showing what species could be detected in its atmosphere at optical wavelengths, where a lot of photons are available in the masked stellar light.
Methods. We present observations of the 2008 August 16 Moon eclipse performed with the SOPHIE spectrograph at the Observatoire de Haute-Provence (France). Locating the spectrograph’s fibers in the penumbra of the eclipse, the Moon irradiance is then a mix of direct, unabsorbed Sun light and solar light that has passed through the Earth’s atmosphere. This mixture essentially reproduces what is recorded during the transit of an extrasolar planet.
Results. We report here the clear detection of several Earth atmospheric compounds in the transmission spectra, such as ozone, molecular oxygen, and neutral sodium as well as molecular nitrogen and oxygen through the Rayleigh signature. Moreover, we present a method that allows us to derive the thickness of the atmosphere versus the wavelength for penumbra eclipse observations. We quantitatively evaluate the altitude at which the atmosphere becomes transparent for important species like molecular oxygen and ozone, two species thought to be tightly linked to the presence of life.
Conclusions. The molecular detections presented here are an encouraging first attempt, necessary to better prepare for the future of extremely-large telescopes and transiting Earth-like planets. Instruments like SOPHIE will be mandatory when characterizing the atmospheres of transiting Earth-like planets from the ground and searching for bio-marker signatures.

Palavras chave
eclipses - Earth - planets and satellites: atmospheres - astrobiology - techniques: spectroscopic - methods: observational

Notas
Detailed observations as shown in Figs. 9-12 are only available in electronic form at the CDS via anonymous ftp to cdsarc.u-strasbg.fr (130.79.128.5) or via http://cdsweb.u-strasbg.fr/cgi-bin/qcat?J/A+A/

Astronomy and Astrophysics
Volume 523, Página A57_1
novembro 2010

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Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço

O Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço é (IA) é uma nova, mas muito aguardada, estrutura de investigação com uma dimensão nacional. Ele concretiza uma visão ousada, mas realizável para o desenvolvimento da Astronomia, Astrofísica e Ciências Espaciais em Portugal, aproveitando ao máximo e realizando plenamente o potencial criado pela participação nacional na Agência Espacial Europeia (ESA) e no Observatório Europeu do Sul (ESO). O IA é o resultado da fusão entre as duas unidades de investigação mais proeminentes no campo em Portugal: o Centro de Astrofísica da Universidade do Porto (CAUP) e o Centro de Astronomia e Astrofísica da Universidade de Lisboa (CAAUL). Atualmente, engloba mais de dois terços de todos os investigadores ativos em Ciências Espaciais em Portugal, e é responsável por uma fração ainda maior da produtividade nacional em revistas internacionais ISI na área de Ciências Espaciais. Esta é a área científica com maior fator de impacto relativo (1,65 vezes acima da média internacional) e o campo com o maior número médio de citações por artigo para Portugal.

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