Pyrkiessään löytämään todisteita elämästä aurinkokunnan ulkopuolella, tutkijat pakotetaan noudattamaan niin sanottua ”matalalla roikkuvaa hedelmää” -lähestymistapaa. Pohjimmiltaan tämä johtuu sen määrittämisestä, voivatko planeetat olla ”mahdollisesti asuttavissa” sen perusteella, olisiko ne riittävän lämpimiä, jotta niiden pinnalla olisi nestemäistä vettä ja tiheässä ilmakehässä riittävästi happea.
Tämä on seurausta tosiasiasta, että nykyiset menetelmät etäisten planeettojen tutkimiseksi ovat suurelta osin epäsuorat ja että Maa on vain yksi tiedämme planeetta, joka pystyy tukemaan elämää. Mutta entä jos planeetoissa, joissa on paljon happea, ei taata tuottavan elämää? Johns Hopkins University -ryhmän uuden tutkimuksen mukaan tämä voi hyvinkin olla kyse.
Tulokset julkaistiin tutkimuksessa, jonka otsikko on ”Cool Exoplanet Atmospheresin kaasufaasikemia: Insight from Laboratory Simulation”, joka julkaistiin äskettäin tieteellisessä lehdessä ACS Earth and Space Kemia. Tutkimuksensa vuoksi ryhmä simuloi auringon ulkopuolella olevien planeettojen ilmapiiriä laboratorioympäristössä osoittaakseen, että happi ei välttämättä ole merkki elämästä.
Maapallolla happikaasu muodostaa noin 21% ilmakehästä ja se syntyi fotosynteesin seurauksena, joka huipentui suureen hapetustapahtumaan (noin 2,45 miljardia vuotta sitten). Tämä tapahtuma muutti rajusti maapallon ilmakehän koostumusta siirtymällä yhdestä, joka koostuu typestä, hiilidioksidista ja inertteistä kaasuista, tänään tunnettuun typpi-happea-seokseen.
Koska happikaasulla on merkitystä monimutkaisten elämämuotojen nousulle maan päälle, sitä pidetään yhtenä tärkeimmistä biosignaatioista etsiessäsi maapallon ulkopuolella tapahtuvan elämän mahdollisia merkkejä. Happikaasu on loppujen lopuksi fotosynteettisiä organismeja (kuten bakteereja ja kasveja), ja sitä kuluttavat monimutkaiset eläimet, kuten hyönteiset ja nisäkkäät.
Mutta kun se tulee siihen, on paljon, mitä tutkijat eivät tiedä kuinka erilaiset energialähteet aiheuttavat kemiallisia reaktioita ja kuinka nuo reaktiot voivat luoda biosignaaleja, kuten happea. Vaikka tutkijat ovat suorittaneet fotokemiallisia malleja tietokoneilla ennustaakseen mitä eksoplanetaattien ilmakehät voisivat luoda, todellisista simulaatioista laboratorioympäristössä ei ole ollut mitään.
Tutkimusryhmä suoritti simulaatiot käyttämällä erityisesti suunniteltua Planetary HAZE (PHAZER) -kammiota Sarah Hörstin, JHU: n maapallotieteen ja planeettatieteiden apulaisprofessorin ja yhden paperille kirjoitetun periaatteen tekijän, laboratoriossa. Tutkijat aloittivat luomalla yhdeksän erilaista kaasuseosta eksoplaneetan ilmakehän simuloimiseksi.
Nämä sekoitukset olivat yhdenmukaisia ennusteiden kanssa, jotka tehtiin galaksissamme kahdesta yleisimmästä eksoplaneetan tyypistä - Super-Earthista ja mini-Neptunesista. Näiden ennusteiden mukaisesti jokainen seos koostui hiilidioksidista, vedestä, ammoniakista ja metaanista, ja sitten se kuumennettiin lämpötiloihin, jotka vaihtelivat välillä 27 - 370 ° C (80 - 700 ° F).
Ryhmä ruiskutti sitten jokaisen seoksen PHAZER-kammioon ja paljasti ne yhdelle kahdesta energiamuodosta, joiden tiedettiin käynnistävän ilmakehän kemiallisia reaktioita - plasman vaihtovirrasta ja ultraviolettivalosta. Kun entiset simuloivat sähköisiä aktiviteetteja, kuten salamaa tai energisiä hiukkasia, UV-valo simuloi auringon valoa - aurinkojärjestelmän kemiallisten reaktioiden päätekijä.
Suoritettuaan kokeen jatkuvasti kolmen päivän ajan, mikä vastaa kuinka kauan ilmakehän kaasut altistetaan energialähteelle avaruudessa, tutkijat mittasivat ja tunnistivat tuloksena saatavat molekyylit massaspektrometrillä. He havaitsivat, että useissa tilanteissa tuotettiin happea ja orgaanisia molekyylejä. Näitä olivat formaldehydi ja syaanivety, jotka voivat johtaa aminohappojen ja sokerien tuotantoon.
Lyhyesti sanottuna ryhmä pystyi osoittamaan, että sekä happikaasu että raaka-aineet, joista elämä voi syntyä, voidaan luoda yksinkertaisilla kemiallisilla reaktioilla. Kuten tutkimuksen pääkirjailija Chao He selitti:
”Ihmiset käyttivät aikaisemmin ehdotusta, että hapen ja orgaanisten yhdisteiden läsnäolo osoittaa elämää, mutta tuotimme ne abiotisesti useissa simulaatioissa. Tämä viittaa siihen, että jopa yleisesti hyväksyttyjen biosääntöjen samanaikainen läsnäolo voi olla väärä positiivinen elämälle. "
Tällä tutkimuksella voi olla merkittäviä vaikutuksia, kun kyse on elämän etsimisestä aurinkokunnan ulkopuolelle. Jatkossa seuraavan sukupolven teleskoopit antavat meille mahdollisuuden kuvata eksoplaneettoja suoraan ja saada spektrit ilmakehästään. Kun näin tapahtuu, hapen läsnäoloa on ehkä harkittava uudelleen potentiaalisena merkkinä asettavuudelle. Onneksi etsittäviä potentiaalisia biosignaatioita on edelleen paljon!
