Prihajajo superteleskopi, ogromne opazovalnice na tleh in v vesolju, ki nam bodo omogočile neposredno opazovanje atmosfer oddaljenih svetov. Vemo, da na Zemlji živi življenje, in naše ozračje govori o tem, ali lahko storimo isto z ekstrasolarnimi planeti? Izkazalo se je, da je z enim samim biosignaturo, atmosfero v atmosferi, ki pove, da je res, da je življenje na tem svetu resnično težko.
Moram priznati, v preteklosti sem bil precej slab. V starih epizodah Astronomy Cast in Tedenskega vesoljskega klepeta, tudi tukaj v Vodniku po vesolju, sem rekel, da če bi lahko samo vzorčili ozračje oddaljenega sveta, bi lahko prepričano rekli, če je tam življenje.
Samo zaznajte ozon v ozračju, metan ali celo onesnaženje in lahko bi rekli, "tam je življenje." No, prihodnji Fraser je tu, da popravi preteklost Fraserja. Medtem ko občudujem njegovo naivno navdušenje nad iskanjem tujcev, se izkaže, kot vedno, bodo stvari težje, kot smo prej mislili.
Astrobiologi se pravzaprav trudijo, da bi ugotovili eno samo biosignaro pištole za kajenje, za katero bi lahko rekli, da tam živi življenje. In zato, ker se zdi, da imajo naravni procesi pametne načine.
Kateri so potencialni biosignati, zakaj so problematični in kaj bo potrebno za to potrditev?
Začnimo s svetom blizu doma: Mars.
Skoraj dve desetletji astronomi zaznavajo velike oblake metana v atmosferi Marsa. Tu na Zemlji metan prihaja iz živih bitij, kot so bakterije in prdeče krave. Poleg tega se metan zlahka razgradi zaradi sončne svetlobe, kar pomeni, da to ni starodavni metan pred milijardami let. Nekateri procesi na Marsu ga nenehno dopolnjujejo.
Ampak kaj?
No, poleg življenja se lahko metan naravno tvori s pomočjo vulkanizma, ko kamnine medsebojno delujejo z ogrevano vodo.
NASA je skušala priti do dna tega vprašanja z roverji Spirit in Opportunity in pričakovati je bilo, da bi moral Curiosity imeti na krovu orodje, da bi našel vir metana.
V nekaj mesecih je podjetje Curiosity zaznalo povečanje metana tam na površini, a tudi to je privedlo do polemike. Izkazalo se je, da je sam rover nosil metan in bi lahko onesnažil območje okoli sebe. Morda je metan, ki ga je zaznala, prišel sam od sebe. Možno je tudi, da je v bližini padel skalnat meteorit in sprostil nekaj plina, ki je onesnažil rezultate.
Misija Evropske vesoljske agencije ExoMars je prispela na Mars oktobra 2016. Čeprav je bila Lander Schiaparelli uničena, je Orbiter v sledovih preživel pot in začel podrobno preslikati Marsovo atmosfero in iskal mesta, ki bi lahko odvajala metan, in tako daleč nimamo prepričljivih rezultatov.
Z drugimi besedami, na Marsu imamo floto orbiterjev in zemeljskih krožnikov, ki so opremljeni z instrumenti, namenjenimi izluščenju najmanjšega sunka metana na Marsu.
Obstaja nekaj resnično zanimivih namigov o tem, kako se zdi, da se ravni metana na Marsu z letnimi časi dvigajo in znižujejo, kar kaže na življenje, vendar se astrobiologi še vedno ne strinjajo.
Za izredne trditve so potrebni izredni dokazi in vse to.
Nekateri teleskopi že lahko merijo atmosfero planetov, ki krožijo okoli drugih zvezd. V zadnjem desetletju je NASA-in vesoljski teleskop Spitzer preslikaval atmosfere različnih svetov. Tu je na primer zemljevid vročega jupiterja HD 189733b
. Kraj je zanič, a no, meriti atmosfero drugega planeta, kar je zelo spektakularno.
Ta podvig izvajajo tako, da merijo kemikalije zvezde, ko planet mineva pred njo, in jo nato izmerijo, kadar planeta ni. To vam pove, katere kemikalije planet prinaša na zabavo.
Prav tako so lahko izmerili atmosfero HAT-P-26b, ki je sorazmerno majhen svet velikosti Neptuna, ki kroži okoli bližnje zvezde, in presenečeni so našli vodno paro v atmosferi planeta.
Ali to pomeni, da obstaja življenje? Kjer koli na Zemlji najdemo vodo, najdemo življenje. Ne, vodo lahko popolnoma dobiš, ne da bi imel življenje.
Ko se bo leta 2019 predstavil, bo NASA-in vesoljski teleskop James Webb to atmosfersko zaznavanje popeljal na naslednjo raven, kar bo astronomom omogočalo preučevanje atmosfere mnogih več svetov s precej višjo ločljivostjo.
Ena prvih tarč za Webb bo sistem TRAPPIST-1 s svojimi pol ducami planetov, ki krožijo v območju bivalne zvezde rdeče pritlikavke. Webb bi moral biti sposoben odkriti ozon, metan in druge potencialne biosignature za življenje.
Torej, kaj bo potrebno, da si bomo lahko ogledali daljni svet in zagotovo vedeli, da tam živi.
Astrobiolog John Lee Grenfell iz nemškega letališkega vesoljskega centra je pred kratkim ustvaril poročilo, v katerem so pregledali vse zunajplanetarne biosignature, ki bi lahko bile tam zunaj, in jih pregledal, kako verjetno bodo pokazali življenje na drugem svetu.
Prva tarča bo molekulski kisik ali O2. Vdihneš ga zdaj No, vseeno 21% vsakega diha. Kisik bo brez vira trajal tisoče let v atmosferi drugega sveta.
Tu se na Zemlji proizvaja s fotosintezo, če pa svet preganja njegova zvezda in izgublja atmosfero, se vodik odpihne v vesolje in molekulski kisik lahko ostane. Z drugimi besedami, ne morete biti prepričani v nobenem primeru.
Kaj pa ozon, aka O3? O2 se pretvori v O3 s kemičnim postopkom v atmosferi. Zveni kot dober kandidat, težava pa je v tem, da obstajajo naravni procesi, ki lahko proizvajajo tudi ozon. Na Veneri je ozonski sloj, eden na Marsu, ki so ga zaznali celo okoli ledenih lunov v Osončju.
Obstaja dušikov oksid, znan tudi kot smejalni plin. Nastane kot izhod bakterij v tleh in pomaga prispevati k zemeljskemu dušikovemu ciklu. In tu je dobra novica, zdi se, da je Zemlja edini svet v Osončju, ki ima v svoji atmosferi dušikov oksid.
Toda znanstveniki so razvili tudi modele, kako je ta kemikalija lahko nastajala v zgodnji zgodovini Zemlje, ko je njen ocean, bogat z žvepla, na planetu sodeloval z dušikom. V resnici bi tako Venera kot Mars lahko šli skozi podoben cikel.
Z drugimi besedami, morda vidite življenje ali morda vidite mladi planet.
Potem je tu še metan, kemikalija, o kateri smo porabili toliko časa. In kot sem že omenil, tam na Zemlji živi metan, ki ga proizvaja življenje, je pa tudi na Marsu, na Titanu pa so tekoči oceani metana.
Astrobiologi predlagajo druge ogljikovodike, kot je etan, izopren, vendar imajo tudi oni svoje težave.
Kaj pa onesnaževala, ki jih oddajajo napredne civilizacije? Astrobiologi pravijo temu "tehnonosignatura" in lahko vključujejo stvari, kot so klorofluoroogljikovodiki ali jedrski izpadi. Toda spet bi te kemikalije težko zaznali svetlobna leta.
Astronomi so predlagali, da bi morali iskati mrtve zemlje, samo da bi postavili izhodišče. To bi bili svetovi, ki se nahajajo v naseljeni coni, a očitno življenje nikoli ni šlo. Samo skala, voda in nebiološko ustvarjena atmosfera.
Težava je v tem, da verjetno sploh ne moremo najti načina, kako potrditi, da je svet tudi mrtev. Vrste kemikalij, ki jih pričakujete v atmosferi, kot bi ogljikov dioksid lahko absorbirali oceani, zato ne morete niti negativno potrditi.
Ena metoda morda sploh ne vključuje skeniranja atmosfere. Vegetacija tukaj na Zemlji odraža nazaj zelo specifično valovno dolžino svetlobe v območju 700-750 nanometrov. Astrobiologi temu pravijo "rdeči rob", saj boste videli odbojnost v 5-kratnem povečanju v primerjavi z drugimi površinami.
Čeprav danes nimamo teleskopov, da bi to storili, obstaja nekaj res pametnih idej, na primer pogled na to, kako se svetloba planeta odbija na bližnjo luno, in to analizirati. Iskanje zemeljskega plašča eksoplaneta.
Pravzaprav bi bilo v zgodnji Zemljini zgodovini videti bolj vijolično zaradi arhejskih bakterij.
Na spletu prihaja celotna flota vesoljskih plovil in zemeljskih opazovalnic, ki nam bodo pomagale spodbuditi to vprašanje.
ESA-jeva misija Gaia bo preslikala in označila 1% zvezd na Mlečni poti in nam povedala, kakšne zvezde so tam, pa tudi zaznala na tisoče planetov za nadaljnje opazovanje.
Vesoljska raziskava tranzitnih eksoplanetov ali TESS se začne leta 2018 in v naši soseščini bodo našli vse tranzitne eksoplanete velikosti Zemlje in večje.
Misija PLATO 2 bo našla skalnate svetove v območju bivanja, James Webb pa bo lahko preučeval njihovo atmosfero. Govorili smo tudi o masivnem teleskopu LUVOIR, ki bi lahko prišel na splet v 2030-ih, in ta opažanja popeljemo na naslednjo raven.
In v delih je veliko več vesoljskih in zemeljskih opazovalnic.
Ko bo naslednji krog teleskopov prišel na spletu, tistih, ki so sposobni neposredno meriti atmosfero sveta velikosti Zemlje, ki kroži okoli druge zvezde, se bodo astrobiologi borili, da bi našli biosignat, ki zagotavlja jasen znak, da je tam življenje.
Namesto gotovosti se zdi, da bomo imeli isti boj, da bomo imeli smisel za to, kar vidimo. Astronomi se med seboj ne strinjajo, razvijali bodo nove tehnike in nove instrumente za odgovor na nerešena vprašanja.
Nekaj časa bo trajalo in negotovost bo težko obvladati. Toda zapomnite si, to je verjetno najpomembnejše znanstveno vprašanje, ki si ga lahko kdo postavi: ali smo sami v vesolju?
Odgovor je vreden počakati.
Vir: John Lee Grenfell: Pregled eksoplanetarnih biosignatov.
Nasvet za klobuk doktorici Kimberly Cartier, ker me je usmerila v ta članek. Spremljajte njeno delo v reviji EOS.
