Maan ulkopuolisen elämän etsinnässä tiedemiehillä on taipumus olla hiukan geosentrinen - ts. He etsivät planeettoja, jotka muistuttavat omaamme. Tämä on ymmärrettävää, sillä näemme, kuinka Maa on ainoa tiedämme planeetta, joka tukee elämää. Seurauksena maapallon ulkopuolista elämää etsivät etsivät planeettoja, jotka ovat luonteeltaan maanpäällisiä (kivisiä) ja kiertävät tähtensä asumisalueilla ja joiden pinnalla on tarpeeksi vettä.
Tutkiessaan useita tuhansia eksoplaneettoja tutkijat ovat havainneet, että monet voivat todellakin olla ”vesimaailmia” (planeettoja, joissa jopa 50% niiden massasta on vettä). Tämä herättää luonnollisesti joitain kysymyksiä, kuten kuinka paljon vettä on liikaa ja voiko liian suuri maa olla myös ongelma? Harvard Smithsonianin astrofysiikan keskuksen (CfA) pari tutkijaa käsitteli näitä ongelmia selvittääkseen, kuinka veden ja maamassien välinen suhde voi vaikuttaa elämään.
Tutkimus - ”Biologisen aktiivisuuden riippuvuus planeettojen pintavesifraktiosta”, jota tarkistetaan julkaisemista varten Tähtitieteellinen lehti- kirjoittivat Mangavi Lingam, tutkijatohtori CfA: n Teorian ja laskennan instituutissa (ITC), ja Abraham Loeb - ITC: n johtaja ja Frank B. Baird Jr., tieteen puheenjohtaja Harvardin yliopistossa.
Aluksi Lingam ja Loeb käsittelevät kysymystä antropisesta periaatteesta, jolla on ollut merkittävä rooli tähtitieteen ja eksoplaneetanin tutkimuksessa. Lyhyesti sanottuna tämä periaate väittää, että jos olosuhteet maapallolla ovat sopivia elämään, niin sen on oltava olemassa elämän luomisen vuoksi. Laajennettuna koko maailmankaikkeuteen tämä periaate väittää, että fysiikan lait ovat olemassa sellaisena kuin ne antavat elämän syntymistä.
Toinen tapa katsoa sitä on pohtia, kuinka arviomme maapallosta kuuluvat niin kutsuttuihin havainnonvalintavaikutuksiin - missä menetelmän tyyppi vaikuttaa suoraan tuloksiin. Tässä tapauksessa vaikutukset johtuvat siitä, että etsiminen elämästä Maan ulkopuolella ja aurinkokuntamme vaativat asianmukaisesti sijoitetun tarkkailijan olemassaolon.
Itse asiassa meillä on taipumus olettaa, että olosuhteet elämälle ovat runsaat maailmankaikkeudessa, koska me tunnemme ne. Nämä olosuhteet edellyttävät sekä nestemäisen veden että maamassien läsnäoloa, jotka olivat välttämättömiä sellaisen elämän syntymiselle, jonka sen tunnemme. Kuten Lingam selitti Space Magazinelle sähköpostitse, tämä on yksi tapa, jolla antropinen periaate esiintyy etsiessään mahdollisesti asuttavia planeettoja:
"Se tosiasia, että maapallon maa- ja vesifraktiot ovat vertailukelpoisia, osoittaa antroptisista valintavaikutuksista, toisin sanoen ihmisten (tai vastaavien tietoisten tarkkailijoiden) esiintymistä on voinut helpottaa sopiva maan ja veden seos."
Kun tarkastellaan monia muista tähtijärjestelmistä löydettyjä super-maapalloja, niiden keskimääräisen tiheyden tilastolliset analyysit ovat osoittaneet, että suurimmalla osalla on suuria haihtuvien osuuksia. Hyvä esimerkki tästä on TRAPPIST-1-järjestelmä, jossa sen seitsemän maapallon planeetan teoreettinen mallintaminen on osoittanut, että ne voivat olla jopa 40-50 painoprosenttia vettä.
Näillä ”vesimaailmilla” olisi siis erittäin syvät valtameret eikä mitään puhetta, joista voisi puhua, jolla voi olla rajuja vaikutuksia elämän syntymiseen. Samaan aikaan planeettoja, joiden pinnalla on vähän tai ei lainkaan vettä, ei pidetä hyviksi ehdokkaiksi elämälle, kun otetaan huomioon, kuinka vesi on välttämätöntä elämälle sellaisena kuin me sen tiedämme.
"Liian paljon maata on ongelma, koska se rajoittaa pintavesien määrää, mikä tekee suurimman osan mantereista erittäin kuivia", Lingam sanoi. Aridille ekosysteemeille on tyypillistä alhainen biomassantuotantomäärä maan päällä. Sen sijaan, jos tarkastellaan päinvastaista skenaariota (ts. Enimmäkseen valtameriä), havaitaan mahdollinen ongelma fosforin saatavuudessa, joka on yksi elintärkeistä tekijöistä elämälle, koska me tiedämme sen. Näin ollen tämä voi johtaa pullonkaulaan biomassan määrään. ”
Näiden mahdollisuuksien tutkimiseksi Lingam ja Leob analysoivat kuinka planeetat, joissa on liian paljon vettä tai maata, voivat vaikuttaa eksoplaneettojen biosfäärien kehitykseen. Kuten Lingam selitti:
”[W] e kehitti yksinkertaisen mallin arvioida, mikä osa maasta on kuivia (ts. Aavikoita) ja suhteellisen asuttamatonta. Veden hallitsevissa biosfäärissä, jossa fosforin saatavuudesta tulee rajoittava tekijä. Käytimme tässä yhdessä aikaisemmissa tutkimuksissamme kehitettyä mallia, joka ottaa huomioon fosforin lähteet ja nielu. Yhdisimme nämä kaksi tapausta, käytimme vertailukohtana maapallon tietoja ja päätimme siten kuinka geneerisen biosfäärin ominaisuudet riippuvat maan ja veden määrästä. "
He löysivät, että huolellinen tasapaino maamessujen ja valtamerten välillä (aivan kuten meillä täällä maan päällä) on ratkaisevan tärkeä monimutkaisten biosfäärien syntyessä. Yhdistettynä muiden tutkijoiden numeerisiin simulaatioihin Lingamin ja Loebin tutkimus osoittaa, että Maan kaltaiset planeetat - joiden valtamerten suhde maa-asemaan (suunnilleen 30:70) - ovat todennäköisesti melko harvinaisia. Kuten Lingam teki tiivistelmän:
”Peruspäätelmä on siis, että maa- ja vesifraktioiden tasapainoa ei voida kallistaa liian paljon tavalla tai toisella. Työmme osoittaa myös, että maa-vesifraktio voi vaikuttaa tärkeisiin evoluutiotapahtumiin, kuten happipitoisuuden nousuun ja teknologisten lajien syntyyn, ja että optimaalinen arvo voi olla lähellä maan arvoa. "
Tähtitieteilijät ovat jo jonkin aikaa etsineet eksoplaneettoja, joissa maapallomaiset olosuhteet ovat vallitsevat. Tätä kutsutaan ”matalalla roikkuvilla hedelmillä” -lähestymistapaan, jossa yritämme löytää elämää etsimällä biosignaatioita, jotka yhdistämme elämään sellaisena kuin tiedämme sen. Mutta tämän viimeisimmän tutkimuksen mukaan tällaisten paikkojen löytäminen voi olla kuin timanttien etsiminen karkeasta.
Tutkimuksen johtopäätöksillä voi olla myös merkittäviä vaikutuksia maanpäällisen älykkyyden etsimiseen, mikä osoittaa, että sekin on melko harvinaista. Onneksi Lingam ja Loeb myöntävät, että eksoplaneetoista ja niiden veden ja maan välisistä suhteista ei tiedetä tarpeeksi sanoakseen mitään lopullisesti.
"Ei ole kuitenkaan mahdollista ennustaa, miten tämä vaikuttaa SETI: ään lopullisesti", Lingam sanoi. "Tämä johtuu siitä, että meillä ei vielä ole asianmukaisia havainnollisia rajoituksia eksoplaneettojen maa- ja vesifraktioihin, ja nykyisessä tietämyksessämme teknologisten lajien (jotka voivat osallistua SETI: hen) kehitykseen on vielä paljon tuntemattomia."
Loppujen lopuksi meidän on oltava kärsivällisiä ja odotettava, että tähtitieteilijät oppivat lisää auringon ulkopuolisista planeetoista ja niiden ympäristöistä. Tämä on mahdollista tulevina vuosina seuraavan sukupolven teleskooppien ansiosta. Näihin kuuluvat ESO: n kaltaiset maanpäälliset kaukoputket Erittäin suuri kaukoputki (ELT) ja avaruuspohjaiset kaukoputket, kuten James Webbin avaruuskaukoputki (JWST) - joiden on määrä aloittaa toiminta vuonna 2024 ja 2021.
Teknologian parannusten ja tuhansien eksoplaneettojen avulla, joita on nyt saatavana tutkittavaksi, tähtitieteilijät ovat alkaneet siirtyä löytöprosessista karakterisointiin. Tulevina vuosina se, mitä opimme eksoplanetaattisen ilmapiirin suhteen, menee pitkälle kohti todistaa tai kumota teoreettiset mallimme, toiveemme ja odotuksemme. Ajan myötä voimme vihdoin pystyä selvittämään, kuinka runsasta elämä on universumissamme ja missä muodossa se voi tapahtua.
