Dolaze superteleskopi, ogromne zemaljske i svemirske zvjezdarnice koje će nam omogućiti izravno promatranje atmosfere udaljenih svjetova. Znamo da na Zemlji postoji život, a naša atmosfera priča priču, pa možemo li učiniti istu stvar s ekstrasolarnim planetima? Ispostavilo se da je iznaći jedan biosignaturu, kemikaliju u atmosferi koja vam govori da da, apsolutno, postoji život na tom svijetu, stvarno teško.
Moram priznati, bio sam prilično loš za ovo u prošlosti. U starim epizodama Astronomy Casta i Weekly Space Hangouta, čak i ovdje u Vodiču kroz svemir, rekao sam da bismo, kad bismo mogli samo kušati atmosferu dalekog svijeta, mogli s uvjerenjem reći postoji li tamo život.
Samo otkrijte ozon u atmosferi, ili metan, ili čak zagađenje i mogli biste reći: 'tamo ima života'. Pa, budući Fraser je ovdje da ispravi prošli Fraser. Iako se divim njegovom naivnom entuzijazmu za potragom za vanzemaljcima, ispostavilo se da će, kao i uvijek, stvari biti teže nego što smo mislili.
Astrobiolozi se zapravo bore kako bi otkrili jedan biopotpis pušača koji bi se mogao upotrijebiti da kaže da vani postoji život. A to je zato što se čini da prirodni procesi imaju pametne načine da nas zavaraju.
Koji su neki potencijalni biosignature, zašto su problematični i što je potrebno za dobivanje te potvrde?
Počnimo sa svijetom blizu kuće: Marsom.
Gotovo dva desetljeća astronomi su otkrili velike oblake metana u atmosferi Marsa. Ovdje na Zemlji, metan dolazi od živih bića, poput bakterija i krava koje prde. Nadalje, metan se lako razgrađuje pod utjecajem sunčeve svjetlosti, što znači da ovo nije drevni metan zaostatak od prije milijardi godina. Neki procesi na Marsu ga stalno obnavljaju.
Ali što?
Pa, osim života, metan se može prirodno formirati kroz vulkanizam, kada stijene stupaju u interakciju s zagrijanom vodom.
NASA je pokušala doći do dna ovog pitanja s roverima Spirit i Opportunity, a očekivalo se da bi Curiosity trebao imati alate za pronalazak izvora metana.
Panoramska slika rovera Curiosity, iz rujna 2016. U daljini se vidi blijed obris Aeolis Mons. Zasluge: NASA/JPL-Caltech/MSSS
Tijekom nekoliko mjeseci, Curiosity je otkrio povećanje metana dolje na površini, ali čak i to je dovelo do kontroverze. Ispostavilo se da je sam rover nosio metan i mogao je kontaminirati područje oko sebe. Možda je metan koji je otkrio došao sam od sebe. Također je moguće da je kameni meteorit pao u blizini i ispustio nešto plina koji je kontaminirao rezultate.Misija ExoMars Europske svemirske agencije stigla je na Mars u listopadu 2016. Iako je Schiaparelli Lander uništen, Trace Gas Orbiter je preživio putovanje i počeo s vrlo detaljnim mapiranjem atmosfere Marsa, tražeći mjesta koja bi mogla ispuštati metan, i tako daleko, nemamo konačne rezultate.
Drugim riječima, imamo flotu orbitera i landera na Marsu, opremljenih instrumentima dizajniranim da nanjuše i najslabiji dašak metana na Marsu.
Umjetnički dojam koji vizualizira odvajanje ExoMars demonstratorskog modula za ulazak, spuštanje i slijetanje, Schiaparelli, od Trace Gas Orbitera (TGO). Zasluga: ESA
Postoje neki stvarno intrigantni nagovještaji o tome kako se čini da razine metana na Marsu rastu i opadaju s godišnjim dobima, što ukazuje na život, ali astrobiolozi se još uvijek ne slažu.
Izvanredne tvrdnje zahtijevaju izvanredne dokaze i sve to.
Neki teleskopi već mogu mjeriti atmosferu planeta koji kruže oko drugih zvijezda. Posljednje desetljeće, NASA-in svemirski teleskop Spitzer mapirao je atmosfere različitih svjetova. Na primjer, ovdje je karta vrući Jupiter HD 189733b
Spitzerova temperaturna karta HD 189733b (NASA)
. Mjesto je sranje, ali wow, da izmjerimo atmosferu, drugog planeta, to je prilično spektakularno.Oni izvode ovaj podvig mjerenjem kemikalija zvijezde dok planet prolazi ispred nje, a zatim ga mjere kada planeta nema. To vam govori koje kemikalije planet donosi na zabavu.
Također su mogli izmjeriti atmosfera HAT-P-26b , koji je relativno mali svijet veličine Neptuna koji kruži oko obližnje zvijezde, i bili su iznenađeni kada su pronašli vodenu paru u atmosferi planeta.
Znači li to da postoji život? Gdje god nađemo vodu na Zemlji, nalazimo život. Ne, možete potpuno dobiti vodu bez života.
Kada bude lansiran 2019. godine, NASA-in svemirski teleskop James Webb podići će ovo senzorsko ispitivanje atmosfere na sljedeću razinu, omogućujući astronomima da proučavaju atmosfere mnogo više svjetova s mnogo višom razlučivosti.
Ilustracija koja prikazuje moguću površinu TRAPPIST-1f, jednog od novootkrivenih planeta u sustavu TRAPPIST-1. Zasluge: NASA/JPL-Caltech
Jedna od prvih meta za Weba će biti sustav TRAPPIST-1 sa svojih pola tuceta planeta koji kruže u nastanjivoj zoni zvijezde crvenog patuljka. Webb bi trebao biti u stanju otkriti ozon, metan i druge potencijalne biosignature za život.
Dakle, što je potrebno da biste mogli vidjeti daleki svijet i sigurno znati da tamo postoji život.
Astrobiolog John Lee Grenfell iz Njemačkog svemirskog centra nedavno je izradio izvješće, prolazeći kroz sve egzoplanetarne biosignature koji bi mogli biti tamo, i pregledao ih koliko je vjerojatno da će biti pokazatelj života na drugom svijetu.
Prva meta bit će molekularni kisik ili O2. Upravo to dišete. Pa, u svakom slučaju 21% svakog udaha. Kisik će u atmosferi drugog svijeta trajati tisućama godina bez izvora.
Proizveden je ovdje na Zemlji fotosintezom, ali ako svijet udara zvijezda i gubi atmosferu, tada se vodik otpuhuje u svemir, a molekularni kisik može ostati. Drugim riječima, ni u jednom slučaju ne možete biti sigurni.
Što kažete na ozon, zvani O3? O2 se kemijskim procesom u atmosferi pretvara u O3. Zvuči kao dobar kandidat, ali problem je što postoje prirodni procesi koji također mogu proizvesti ozon. Postoji ozonski omotač na Veneri, jedan na Marsu, a čak su otkriveni i oko ledenih mjeseci u Sunčevom sustavu.
Postoji dušikov oksid, također poznat kao plin za smijeh. Proizvodi ga bakterije u tlu i pomaže pridonijeti Zemljinom ciklusu dušika. I ima dobrih vijesti, čini se da je Zemlja jedini svijet u Sunčevom sustavu koji ima dušikov oksid u atmosferi.
No, znanstvenici su također razvili modele kako je ova kemikalija mogla nastati u ranoj povijesti Zemlje kada je ocean bogat sumporom stupio u interakciju s dušikom na planetu. Zapravo, i Venera i Mars mogli su proći kroz sličan ciklus.
Drugim riječima, možda vidite život, ili možda vidite mlad planet.
Ligeia Mare, prikazana ovdje u podacima dobivenim od NASA-ine svemirske letjelice Cassini, drugo je najveće poznato tijelo tekućine na Saturnovom mjesecu Titanu. Pun je tekućih ugljikovodika, kao što su etan i metan, i jedno je od mnogih mora i jezera koja krase sjevernu polarnu regiju Titana. Zasluge: NASA/JPL-Caltech/ASI/Cornell
Zatim tu je metan, kemikalija o kojoj smo toliko vremena razgovarali. I kao što sam spomenuo, postoji metan koji proizvodi život ovdje na Zemlji, ali je također na Marsu, a na Titanu postoje tekući oceani metana.
Astrobiolozi su predložili druge ugljikovodike, poput etana, izoprena, ali i oni imaju svoje probleme.
Što je s onečišćujućim tvarima koje emitiraju napredne civilizacije? Astrobiolozi to nazivaju 'tehnosignaturama', a mogu uključivati stvari poput klorofluorougljika ili nuklearnih ispada. Ali opet, ove kemikalije bilo bi teško otkriti svjetlosnim godinama daleko.
Astronomi su predložili da bismo trebali tražiti mrtve zemlje, samo da bismo postavili osnovu. To bi bili svjetovi koji se nalaze u zoni pogodnoj za stanovanje, ali očito život nikad nije krenuo. Samo kamen, voda i nebiološki stvorena atmosfera.
Problem je u tome što vjerojatno ne možemo ni smisliti način da potvrdimo da je svijet mrtav. Kemikalije koje biste očekivali vidjeti u atmosferi, poput ugljičnog dioksida, mogli bi apsorbirati oceani, tako da ne možete dati ni negativnu potvrdu.
Jedna metoda možda uopće ne uključuje skeniranje atmosfere. Vegetacija ovdje na Zemlji reflektira vrlo specifičnu valnu duljinu svjetlosti u području od 700-750 nanometara. Astrobiolozi to zovu 'crveni rub', jer ćete vidjeti 5X povećanje refleksivnosti u usporedbi s drugim površinama.
Iako danas nemamo teleskope za to, postoje neke stvarno pametne ideje, poput gledanja kako se svjetlost s planeta reflektira na obližnji mjesec, i analizirati to. U potrazi za zemaljskim sjajem egzoplaneta.
Zapravo, u ranoj povijesti Zemlje, zbog arhejskih bakterija bi izgledala više ljubičasta.
Postoji cijela flota svemirskih letjelica i zemaljskih zvjezdarnica koja će nam pomoći da proguramo dalje ovo pitanje.
ESA-ina Gaia misija će mapirati i okarakterizirati 1% zvijezda u Mliječnoj stazi, govoreći nam koje su vrste zvijezda tamo vani, kao i otkriti tisuće planeta za daljnje promatranje.
Konceptualna slika Transiting Exoplanet Survey Satellite.
Zasluga slike: MIT
Transiting Exoplanet Space Survey, ili TESS, pokreće se 2018. i pronaći će sve tranzitne egzoplanete veličine Zemlje i veće egzoplanete u našem susjedstvu.
Misija PLATO 2 će pronaći stjenovite svjetove u zoni pogodnoj za stanovanje, a James Webb će moći proučavati njihovu atmosferu. Također smo razgovarali o masivnom teleskopu LUVOIR koji bi mogao doći na mrežu 2030-ih i podići ova opažanja na sljedeću razinu.
A u radovima je još mnogo svemirskih i zemaljskih zvjezdarnica.
Kako se ova sljedeća serija teleskopa pojavljuje online, onih koji mogu izravno izmjeriti atmosferu svijeta veličine Zemlje koji kruži oko druge zvijezde, astrobiolozi će se boriti da pronađu biosignaturu koji daje jasan znak da tamo postoji život.
Umjesto sigurnosti, izgleda da ćemo imati istu borbu da shvatimo ono što vidimo. Astronomi će se međusobno ne slagati, razvijajući nove tehnike i nove instrumente kako bi odgovorili na neriješena pitanja.
To će potrajati, a neizvjesnost će se teško nositi. Ali zapamtite, ovo je vjerojatno najvažnije znanstveno pitanje koje svatko može postaviti: jesmo li sami u Svemiru?
Odgovor vrijedi čekati.
Izvor: John Lee Grenfell: Pregled egzoplanetarnih biosignatura.
Vrh šešira do dr. Kimberly Cartier što si me uputio na ovaj list. Pratite njezin rad u EOS Magazinu .