Superteleskoopit ovat tulossa, valtavia maa- ja avaruudessa sijaitsevia observatorioita, jotka antavat meille mahdollisuuden seurata suoraan kaukaisten maailmojen ilmapiiriä. Tiedämme, että maapallolla on elämää ja ilmapiiri kertoo tarinan, joten voimmeko tehdä saman asian ekstrasolaaristen planeettojen kanssa? Osoittautuu, että keksimällä yksi biosignaatti, ilmakehässä oleva kemikaali, joka kertoo sinulle, että kyllä, ehdottomasti, siinä maailmassa on elämää, on todella kovaa.
Minun on myönnettävä, että olen ollut aika aika paha tässä. Vanhoissa jaksoissa tähtitieteen näyttelijöistä ja viikoittaisesta avaruushangoutista, jopa täällä Avaruusoppaassa, olen sanonut, että jos voisimme vain näytteillä kaukaisen maailman ilmapiiristä, voisimme vakuuttavasti sanoa, onko siellä elämää.
Tunnista vain otsonin ilmakehässä, metaani tai jopa pilaantuminen ja voisit sanoa: "siellä on elämää". No, tulevaisuuden Fraser on täällä korjataksesi aiemman Fraserin. Ihailen hänen naivia innostustaan ulkomaalaisten etsimisestä, mutta osoittautuu, kuten aina, että asiat ovat vaikeampia kuin aiemmin ajattelimme.
Astrobiologit todella pyrkivät selvittämään yhden tupakointipisteen allekirjoituksen, jonka avulla voitaisiin sanoa, että siellä on elämää. Ja se johtuu siitä, että luonnollisilla prosesseilla näyttää olevan taitavia tapoja huijata meitä.
Mitkä ovat mahdolliset biosignaalit, miksi ne ovat ongelmallisia, ja mitä tarvitaan vahvistuksen saamiseksi?
Aloitetaan kodin lähellä olevalta maailmalta: Mars.
Tähtitieteilijät ovat havainneet melkein kahden vuosikymmenen ajan Marsin ilmakehässä suuria metaanipilviä. Täällä maan päällä metaania tulee elävistä olennoista, kuten bakteereista ja pierulehmistä. Lisäksi auringonvalo hajottaa metaanin helposti, mikä tarkoittaa, että tämä ei ole muinainen metaanijäämä miljardien vuosien takaa. Jotkut Marsissa tapahtuvat prosessit täydentävät sitä jatkuvasti.
Mutta mitä?
No, elämän lisäksi metaania voi muodostua luonnollisesti tulivuoren kautta, kun kivet ovat vuorovaikutuksessa lämmitetyn veden kanssa.
NASA yritti päästä tämän kysymyksen pohjalle Spirit and Opportunity -reittien avulla, ja odotettiin, että Curiositylla tulisi olla työkaluja aluksella metaanilähteen löytämiseksi.
Useiden kuukausien aikana Curiosity havaitsi metaanin lisääntymisen siellä pinnalla, mutta jopa tämä on johtanut kiistoihin. Osoittautuu, että itse rover kuljetti metaania ja olisi saastuttanut alueensa itsensä ympärille. Ehkä se havaitsi metaanin tulevan itsestään. On myös mahdollista, että kallioinen meteoriitti putosi lähelle ja vapautti tuloksia saastuttavaa kaasua.
Euroopan avaruusjärjestön ExoMars-operaatio saapui Marsiin lokakuussa 2016. Vaikka Schiaparelli Lander tuhottiin, Trace Gas Orbiter selvisi matkan aikana ja alkoi kartoittaa Marsin ilmapiiriä yksityiskohtaisesti etsimässä paikkoja, jotka voisivat purkaa metaania, ja niin toistaiseksi meillä ei ole vakuuttavia tuloksia.
Toisin sanoen, meillä on Marsilla kiertäjä- ja laskeutumiskanta, joka on varustettu välineillä, jotka on suunniteltu tukahduttamaan Marsin matalamman metaanin tuiskahdus.
Siellä on todella kiehtovia vinkkejä siitä, kuinka Marsin metaanitasot näyttävät nousevan ja laskevan vuodenaikojen mukana, mikä osoittaa elämää, mutta astrobiologit eivät vieläkään ole samaa mieltä.
Satunnaiset vaatimukset vaativat ylimääräisiä todisteita ja kaikki nämä.
Jotkut kaukoputket voivat jo mitata muiden tähtiä kiertävien planeettojen ilmakehän. Viimeisen vuosikymmenen ajan NASA: n Spitzer-avaruusteleskooppi on kartoittanut eri maailmojen ilmapiiriä. Tässä on esimerkiksi kartta kuumasta jupiterista HD 189733b
. Paikka imee, mutta vau, mitata toisen planeetan ilmakehän, joka on aika mahtava.
He suorittavat tämän saavutuksen mittaamalla tähden kemikaalit, kun planeetta kulkee sen edessä, ja mittaavat sen sitten, kun planeettaa ei ole. Se kertoo mitä kemikaaleja planeetta tuo juhliin.
He myös pystyivät mittaamaan HAT-P-26b: n, joka on suhteellisen pieni Neptunuksen kokoinen maailma, joka kiertää lähellä olevaa tähtiä, ilmakehän. He olivat yllättyneitä löydettäessä vesihöyryä planeetan ilmakehään.
Tarkoittaako se elämää? Mistä löysimme vettä maan päällä, löydämme elämän. Ei, voit saada vettä täysin ilman elämää.
Kun se käynnistyy vuonna 2019, NASA: n James Webbin avaruusteleskooppi aikoo viedä tämän ilmakehän tunnistuksen seuraavalle tasolle, jolloin tähtitieteilijät voivat tutkia monien muiden maailmojen ilmapiiriä huomattavasti korkeammalla resoluutiolla.
Yksi Webbin ensimmäisistä kohteista on TRAPPIST-1 -järjestelmä, jonka puolikymmentä planeettaa kiertää punaisen kääpiötähden asumisalueella. Webbin pitäisi pystyä havaitsemaan otsoni, metaani ja muut mahdolliset biosignaatit koko elämän ajan.
Joten mitä tarvitaan, jotta pystymme katsomaan kaukaista maailmaa ja tietämään varmasti, että siellä on elämää.
Astrobiologi John Lee Grenfell Saksan ilmailukeskuksesta loi äskettäin raportin, jossa käydään läpi kaikki olemassa olevat eksoplanetaariset biosignaatit ja tarkasteltiin niitä, kuinka todennäköisesti niiden oli tarkoitus osoittaa elämästä toisessa maailmassa.
Ensimmäinen kohde on molekyylin happi tai 02. Hengit nyt. No, joka tapauksessa hengityksestä 21%. Happi kestää toisen maailman ilmakehässä tuhansia vuosia ilman lähdettä.
Sitä tuotetaan täällä maan päällä fotosynteesillä, mutta jos tähti on pahoinpidelty ja ilmakehä menee, vety puhalletaan avaruuteen ja molekyylin happi voi jäädä. Toisin sanoen, et voi olla varma kummastakaan suunnasta.
Entä otsoni, aka O3? O2 muuttuu O3: ksi ilmakehän kemiallisen prosessin kautta. Se kuulostaa hyvältä ehdokkaalta, mutta ongelmana on, että on olemassa luonnollisia prosesseja, jotka voivat tuottaa myös otsonia. Venuksessa on otsonikerros, yksi Marsissa, ja niitä on havaittu jopa aurinkokunnan jäisten kuukausien ympärillä.
Siellä on typpioksidia, joka tunnetaan myös nimellä naurava kaasu. Sitä tuottaa bakteereina maaperään ja se auttaa osaltaan maapallon typpisyklissä. Ja siellä on hyviä uutisia, Maa näyttää olevan aurinkokunnan ainoa maailma, jonka ilmakehässä on typpioksidia.
Mutta tutkijat ovat myös kehittäneet malleja, kuinka tämä kemikaali olisi voinut syntyä maapallon varhaisessa historiassa, kun sen rikkipitoinen valtameri olisi vuorovaikutuksessa planeetan typen kanssa. Itse asiassa sekä Venus että Mars olisivat voineet käydä läpi samanlaisen syklin.
Toisin sanoen saatat nähdä elämää tai saatat nähdä nuoren planeetan.
Sitten on metaani, kemikaali, josta vietimme niin paljon aikaa puhumme. Ja kuten mainitsin, siellä maan päällä on elämän tuottamaa metaania, mutta se on myös Marsissa, ja Titanilla on nestemäisiä metaanivaltameriä.
Astrobiologit ovat ehdottaneet muita hiilivetyjä, kuten etaania, isopreeniä, mutta myös näillä on omat ongelmansa.
Entä edistyneiden sivilisaatioiden päästöt? Astrobiologit kutsuvat näitä "allekirjoituksiksi", ja niihin voisi sisältyä esimerkiksi kloorifluorihiilivetyjä tai ydinlaskeumia. Mutta jälleen kerran, näitä kemikaaleja olisi vaikea havaita valovuosien päässä.
Tähtitieteilijät ovat ehdottaneet, että meidän pitäisi etsiä kuolleita maita, vain asettaa perustaso. Nämä olisivat asutettavalla alueella sijaitsevia maailmoja, mutta selvästi elämä ei koskaan mennyt. Vain kallio, vesi ja ei-biologisesti luotu ilmapiiri.
Ongelmana on, että emme todennäköisesti edes keksivät tapaa vahvistaa, että maailma on myös kuollut. Sellaiset kemikaalit, joiden olet odottanut näkevän ilmakehässä, kuten valtameret voivat absorboida hiilidioksidia, joten et voi edes antaa negatiivista vahvistusta.
Yksi menetelmä ei ehkä edes koske ilmakehän skannaamista ollenkaan. Täällä maan päällä oleva kasvillisuus heijastaa hyvin erityistä valon aallonpituutta 700–750 nanometrin alueella. Astrobiologit kutsuvat tätä "punaiseksi reunaksi", koska heijastuskyky lisääntyy 5-kertaisesti verrattuna muihin pintoihin.
Vaikka meillä ei tällä hetkellä ole kaukoputkia tämän tekemiseen, on olemassa joitain todella fiksuja ideoita, kuten katsoa, kuinka planeetan valo heijastuu lähellä olevaan kuuhun, ja analysoida sitä. Etsitään eksoplaneetan maapalloa.
Itse asiassa takaisin maan alkuhistoriaan, se olisi näyttänyt purppuraisemmalta arkeanbakteerien takia.
Verkossa on tulossa koko avaruusalusten ja maan observatorioiden laivasto, joka auttaa meitä etenemään edelleen tähän kysymykseen.
ESA: n Gaia-operaatio aikoo kartoittaa ja karakterisoida 1% Linnunradan tähtiä, kertoa meille, millaisia tähtiä siellä on, sekä havaita tuhansia planeettoja tarkkailua varten.
Transiting Exoplanet Space Survey eli TESS käynnistyy vuonna 2018, ja se löytää kaikki lähiympäristöstämme kulkevat maapallon ja suuremmat eksoplaneetit.
PLATO 2 -operaatio löytää kallioiset maailmat asuttavalta alueelta, ja James Webb pystyy tutkimaan ilmapiiriään. Puhuimme myös massiivisesta LUVOIR-kaukoputkesta, joka voisi tulla verkkoon 2030-luvulla, ja viedä nämä havainnot seuraavalle tasolle.
Ja teoksissa on paljon enemmän avaruus- ja maanpäällisiä observatorioita.
Kun tämä seuraava teleskooppikierros tulee verkkoon, joka pystyy suoraan mittaamaan toisen tähden kiertävän maapallon maailman ilmakehän, astrobiologit pyrkivät löytämään biosignaalin, joka antaa selkeän merkin siellä tapahtuvasta elämästä.
Varmuuden sijasta näyttää siltä, että meillä on sama taistelu ymmärtääksemme sitä, mitä näemme. Tähtitieteilijät ovat erimielisiä toistensa kanssa, kehittämällä uusia tekniikoita ja uusia välineitä vastaamaan ratkaisemattomiin kysymyksiin.
Se vie hetken, ja epävarmuudesta tulee vaikea käsitellä. Mutta muista, tämä on luultavasti tärkein tieteellinen kysymys, jota kuka tahansa voi kysyä: olemmeko yksin universumissa?
Vastausta kannattaa odottaa.
Lähde: John Lee Grenfell: Katsaus eksoplanetaarisiin biosignaatioihin.
Hattukärki tohtori Kimberly Cartierille ohjaamasta minut tälle paperille. Seuraa hänen töitään EOS-lehdessä.
