過去数十年の間に、天文学者は私たちの太陽系を超えた数千の惑星の存在を確認しました。時間が経つにつれ、プロセスは発見から特徴付けに移行し、これらの惑星のどれが生命をサポートできるかを見つけることを期待しています。とりあえず、これらの方法は本質的に間接的です。つまり、天文学者は、惑星が地球にどれだけ似ているかに基づいて、惑星が居住可能かどうかを推測できるだけです。
「住む可能性のある」太陽系外惑星の探索を支援するために、コーネルの研究者チームは最近、地球の進化の重要なポイントを表す5つのモデルを作成しました。さまざまな地質時代の間に地球がどのように見えたかのこれらの「スナップショット」は、生命を担う惑星がどのように見えるかについてのより完全な画像を提供することにより、地球外生命の探索を大幅に強化できます。
最近発表された研究 天体物理ジャーナル、コーネル大学の天文学の准教授でカール・セーガン研究所（CSI）のディレクターであるリサ・カルテネッガーが率いました。カルテネッガーと彼女のチームは、以前の地質時代をガイドラインとして使用して、「地球のような」惑星を探す次世代の望遠鏡を支援するスペクトルテンプレートを開発しました。
これらには ジェームズウェッブ宇宙望遠鏡 （JWST）および 広視野赤外線宇宙望遠鏡 （WFIRST）、それぞれ2021年と2024年に宇宙に配備されます。 Kalteneggerが最近のCSIプレスリリースで説明したように、
「これらの新世代の宇宙ベースおよび地上ベースの望遠鏡とモデルを組み合わせることで、地球のような惑星を約50〜100光年先まで特定することができます。」
「私たち自身の地球をキーとして使用して、私たちは5つの異なる地球時代をモデル化し、若いプレバイオティックな地球から現代の世界まで、潜在的なエキソ地球を特徴付ける方法のテンプレートを提供しました。また、モデルは、地球の進化のどの時点で、遠くの観測者が宇宙の「淡い青色の点」やそれらのような他の世界の生命を識別することができるかを探ることもできます。」
それをすべて破壊するために、主に地球が生命をサポートする唯一の知られている惑星であるため、天文学者は現在、地球に似ている惑星を探すことに制限されています。しかし、今日私たちが地球上で見ている状況は、私たちの惑星が時間の経過とともにどのように見えたかの単なるスナップショットにすぎません。かつて、地球の地質と大気は大きく異なっていたため、陸上の生物の進化に重要な役割を果たしました。
彼らの研究のために、カルテネッガーと彼女のチームは、39億年前の地球の様子に一致する大気モデルを作成しました。この「プレバイオティクスの地球」は、主に二酸化炭素で構成された大気を持っていました。 2番目のモデルである「無酸素地球」は、大気が無酸素であった35億年前の地球の様子を示しています。
他の3つのモデルは、光合成生物の増加（約35億年前）と「大酸素化イベント」（約24〜20億年前）を含む、地球が現在に行った移行を明らかにします。これらの時代の間に、私たちの大気中の酸素は、濃度0.2％の濃度から21％の現代レベルに徐々に上昇しました。カルテネッガーが言ったように：
「私たちの地球と私たちが呼吸する空気は、地球が45億年前に形成されてから劇的に変化しました。この論文では、私たちのような世界を見つけようとする天文学者が、移動中の若い地球から現代の地球に似た惑星を見つけ、テンプレートとしての私たち自身の地球の歴史。」
地球が酸素を豊富に含んだ大気をいつ実現したかは正確には不明ですが、これらのモデルは、何十億年も前の地球に存在していた大気の特徴の枠組みを提供します。これらのテンプレートに基づいて、大気レベルが1％未満の酸素である太陽系外惑星は、生物学、オゾン、およびメタンの出現の兆候を示す可能性があります。
JWSTやWFIRSTなどの宇宙望遠鏡に加えて、ESOの超大型望遠鏡（ELT）、30メートル望遠鏡（TMT）、巨大マゼラン望遠鏡（GMT）などの地上望遠鏡。これらの望遠鏡は、その高感度と補償光学により、遠方の太陽系外惑星の直接画像調査を実施し、その大気を特徴付けることができます。
これらの機器を使用すると、天文学者はホストスターの前を通過するときに、軌道がより細くて小さな惑星（別名「地球のような」惑星）を見ることができます（通過方法と呼ばれます）。これが発生すると、太陽光は大気を通過し、天文学者がどの化学物質が存在するかを決定するために使用するスペクトルを生成します。
「太陽系外惑星が通過してホスト星の一部を遮ると、大気スペクトルの特徴を解読することができます」とカルテネッガー氏は語った。 「地球の地質の歴史をキーとして使用することで、遠方の太陽系外惑星の生命の化学的兆候をより簡単に見つけることができます。」
地球の地質史が何らかの兆候である場合、生命の出現が惑星の進化に影響することもあり、生命を支える能力のある惑星はいくつかの深刻な移行を経ます。この点で、「地球のような」や「潜在的に居住可能な」などの修飾子には、時間の経過に伴うさまざまな条件を含む時間的次元があります。
