Εισαγωγή
Μία από τις πολλές φορές Λίζα ΚαλτενέγκερΤο όνειρο του που έτρεξε λίγο πιο κοντά στην πραγματικότητα ήταν ένα κρύο πρωινό του Απριλίου πριν από μια δεκαετία σε ένα συνέδριο αστρονομίας. Κρατούσε αυτό που θυμάται ότι ήταν ένα φρικτό, απλώς απαίσιο φλιτζάνι καφέ, όχι επειδή επρόκειτο να πιει άλλο από αυτόν, αλλά επειδή περίμενε στην ουρά και ήταν ζεστός στα χέρια της. Τότε ο Μπιλ Μπορούκι στράφηκε προς την κατεύθυνση της.
Ετοιμάστηκε να του πει να αποφύγει τον καφέ. Αλλά ο Borucki, επικεφαλής της αποστολής Kepler της NASA, ενός διαστημικού τηλεσκοπίου που σχεδιάστηκε για να κυνηγά πλανήτες που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από άλλα αστέρια (ή «εξωπλανήτες»), είχε κάτι άλλο να συζητήσει. Ο Κέπλερ είχε δει μια ματιά Οι δύο πρώτοι εξωπλανήτες του μεγέθους της Γης με μια αξιοπρεπή πιθανότητα να έχουν υγρό νερό στην επιφάνειά τους. Αυτοί ήταν το είδος των περίεργων νέων κόσμων που όλοι στο συνέδριο - και πιθανώς το μεγαλύτερο μέρος της ανθρώπινης φυλής - είχαν φανταστεί τουλάχιστον μια φορά. Θα επιβεβαίωνε ο Καλτενέγκερ ότι οι πλανήτες μπορεί να είναι κατοικήσιμοι;
Ο Καλτενέγκερ, τότε αστροφυσικός στο Ινστιτούτο Αστρονομίας Max Planck στη Χαϊδελβέργη της Γερμανίας, άρχισε να τρέχει νέα κλιματικά μοντέλα πριν τελειώσει το συνέδριο, ενσωματώνοντας βασικά στοιχεία όπως οι διάμετροι των πλανητών και η χλιαρή λάμψη του αστεριού τους. Η απόλυτη απάντησή της: ένα προσόν ναι. Οι πλανήτες μπορεί να είναι κατάλληλοι για ζωή, ή τουλάχιστον για υγρό νερό. Θα μπορούσαν ακόμη και να είναι υδάτινοι κόσμοι, εγκλωβισμένοι σε ατελείωτους ωκεανούς χωρίς ούτε μια βραχώδη προεξοχή να σκάει πάνω από τα κύματα. Η προειδοποίηση ήταν ότι θα χρειαζόταν πιο προηγμένες παρατηρήσεις για να είναι σίγουρη.
Ο Kaltenegger έχει γίνει από τότε ίσως ο κορυφαίος σχεδιαστής υπολογιστών στον κόσμο για δυνητικά κατοικήσιμους κόσμους. Το 2019, όταν ένα άλλο διαστημόπλοιο της NASA που κυνηγούσε εξωπλανήτες με το όνομα TESS βρήκε το δικό του πρώτοι βραχώδεις, εύκρατοι κόσμοι, κλήθηκε ξανά να παίξει το ρόλο της κοσμικής επιθεωρήτριας σπιτιού. Πιο πρόσφατα, η έρευνα SPECULOOS με έδρα το Βέλγιο ζήτησε τη βοήθειά της να κατανοήσει ένας νέος πλανήτης στο μέγεθος της Γης ονομάστηκε SPECULOOS-2c που είναι επισφαλώς κοντά στο αστέρι του. Αυτή και οι συνάδελφοί της ολοκλήρωσαν μια ανάλυση, που ανέβηκε ως ένα προτύπωμα τον Σεπτέμβριο, δείχνοντας ότι το νερό του SPECULOOS-2c θα μπορούσε να είναι σε διαδικασία ατμίσματος όπως ο ατμός της σάουνας, όπως έκαναν όλες οι θάλασσες της Αφροδίτης πριν από πολύ καιρό και όπως οι ωκεανοί της Γης θα αρχίσουν να κάνουν σε μισό δισεκατομμύριο χρόνια. Οι παρατηρήσεις με τηλεσκόπιο θα είναι σε θέση να πουν μέσα σε λίγα χρόνια εάν συμβαίνει αυτό, κάτι που θα βοηθήσει στην αποκάλυψη του μέλλοντος του πλανήτη μας και θα οριοθετήσει περαιτέρω τη διάκριση μεταξύ εχθρικών και κατοικήσιμων κόσμων σε ολόκληρο τον γαλαξία.
Στην προσομοίωση των ersatz Earths και των πιο εικαστικών οραμάτων ζωντανών πλανητών, ο Kaltenegger αξιοποιεί την παράξενη ζωή και τη γεωλογία που βρίσκεται στη Γη για να αναπτύξει ένα πιο συστηματικό σύνολο προσδοκιών σχετικά με το τι μπορεί να είναι δυνατό αλλού. «Προσπαθώ να κάνω τα θεμελιώδη», μου είπε κατά τη διάρκεια μιας πρόσφατης επίσκεψης στο Πανεπιστήμιο Cornell, όπου ηγείται ενός ινστιτούτου που ονομάστηκε για τον Carl Sagan, έναν άλλο χαρισματικό αστρονόμο με έδρα την Ιθάκη με μεγάλες ιδέες για τον τερματισμό της μοναχικής παραμονής της ανθρωπότητας στον κόσμο.
Εισαγωγή
Η πρωταρχική της αναζήτηση - η αναζήτηση εξωγήινης ζωής - εισέρχεται σε μια άνευ προηγουμένου φάση. Αποκλείοντας την άφιξη μιας εξωγήινης ραδιοφωνικής εκπομπής, οι περισσότεροι αστρονόμοι πιστεύουν ότι η καλύτερη βραχυπρόθεσμη ευκαιρία μας να συναντήσουμε άλλη ζωή στο σύμπαν είναι να ανιχνεύσουμε αέρια βιουπογραφής - αέρια που θα μπορούσαν να έχουν προέλθει μόνο από τη ζωή - επιπλέουν σε ατμόσφαιρες εξωπλανητών. Το είδος της απομακρυσμένης μέτρησης που απαιτείται για να γίνει αυτό το είδος ανίχνευσης έχει καταπονήσει τις δυνατότητες ακόμη και των πιο προηγμένων παρατηρητηρίων της ανθρωπότητας. Αλλά με το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) τώρα στους πρώτους μήνες των παρατηρήσεών του, μια τέτοια ανακάλυψη έγινε δυνατή.
Τα επόμενα χρόνια, το τεράστιο διαστημικό τηλεσκόπιο θα εξετάσει προσεκτικά μια χούφτα βραχωδών κόσμων που θεωρούνται πιο πιθανό να είναι κατοικήσιμοι, συμπεριλαμβανομένου πιθανώς του νέου SPECULOOS-2c. Τουλάχιστον, οι μελέτες του JWST θα πρέπει να διακρίνουν εάν αυτοί οι πλανήτες έχουν ατμόσφαιρες. μπορεί επίσης να δείξουν ότι κάποια στάζουν υγρό νερό. Το πιο αισιόδοξο - εάν οι βιόσφαιρες ανθίζουν εύκολα από κόσμους που μοιάζουν με τη Γη - το τηλεσκόπιο μπορεί να ανιχνεύσει περίεργες αναλογίες, για παράδειγμα, διοξειδίου του άνθρακα, οξυγόνου και μεθανίου σε έναν από αυτούς τους πλανήτες. Οι αστρονόμοι μπορεί τότε να μπουν στον πειρασμό να αποδώσουν το παρασκεύασμα στην παρουσία ενός εξωγήινου οικοσυστήματος.
Η εύρεση βιουπογραφών θα απαιτήσει την Καλτενέγκερ και μια μικρή ομάδα συναδέλφων της να αποσπάσουν τη βεβαιότητα από τα εξαιρετικά λίγα φωτόνια. Όχι μόνο τα ατμοσφαιρικά σήματα που αναζητούν θα είναι αδύναμα, αλλά αυτή και οι συνάδελφοί της πρέπει να μοντελοποιήσουν την πιθανή αλληλεπίδραση ενός πλανήτη αστρικού φωτός, βράχου και αέρα με αρκετή ακρίβεια ώστε να είναι σίγουροι ότι τίποτα εκτός από τη ζωή δεν θα μπορούσε να εξηγήσει την παρουσία ενός συγκεκριμένου ατμοσφαιρικού αερίου. Οποιαδήποτε τέτοια ανάλυση πρέπει να περιηγηθεί μεταξύ μιας Σκύλλας και της Χάρυβδης, αποφεύγοντας τόσο τα ψευδώς αρνητικά - η ζωή ήταν εκεί, αλλά τη χάσατε - όσο και τα ψευδώς θετικά που βρίσκουν ζωή όπου δεν υπάρχει.
Η λάθος λήψη έχει συνέπειες. Σε αντίθεση με τις περισσότερες επιστημονικές προσπάθειες, η αναζήτηση για σημάδια εξωγήινης ζωής γίνεται κάτω από ένα αναπόφευκτο προσκήνιο και σε ένα οικοσύστημα πληροφοριών με υπερτροφοδότηση όπου οποιοσδήποτε επιστήμονας φωνάζει «Ζωή!» παραμορφώνει τον ιστό της χρηματοδότησης, της προσοχής και της εμπιστοσύνης του κοινού. Η ίδια η Καλτενέγκερ είχε πρόσφατα μια θέση στην πρώτη σειρά για ένα τέτοιο επεισόδιο.
Η γενιά της αντιμετωπίζει μια άλλη πίεση, μια που σκόπευα να ποζάρω με λεπτότητα, αλλά κατέληξα να ξεστομίζω μόλις μια ώρα μετά τη συνάντησή της. Αυτή και οι συνάδελφοί της ξεκίνησαν την καριέρα τους στην αυγή της εποχής των εξωπλανητών. Τώρα βρίσκονται σε έναν αγώνα δρόμου για να ανακαλύψουν τη ζωή πριν πεθάνουν.
Planetary Dreamers
Η σύγχρονη αναζήτηση για βιουπογραφές ξεκίνησε σχεδόν αμέσως μετά την ανακάλυψη του πρώτου εξωπλανήτη το 1995 - ενός γίγαντα αερίου - που περιφερόταν γύρω από ένα αστέρι που μοιάζει με ήλιο. Το κυνήγι πλανητών έγινε σύντομα σπασμωδικό και ανταγωνιστικό, ένας αγώνας για πρωτοσέλιδα. Μερικοί ανώτεροι αστρονόμοι αμφέβαλλαν ότι το φανταχτερό υποπεδίο που διψούσε για πόρους θα μπορούσε να προσφέρει πολύ περισσότερα από τις εφάπαξ μετρήσεις μερικών μοναδικών πλανητών. «Οι άνθρωποι ήταν ανοιχτά δύσπιστοι και κάποιοι ήταν οργισμένοι εναντίον του», είπε Σάρα Σίγκερ, αστρονόμος εξωπλανητών στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης. Εν τω μεταξύ, θύλακες ομοϊδεατών ερευνητών άρχισαν να συγκεντρώνονται σε εργαστήρια για να εξερευνήσουν νέες ερωτήσεις σε έναν ανοιχτό ουρανό. «Δεν είπαμε ποτέ όχι σε καμία ιδέα», είπε ο Seager, ο οποίος ήταν μεταπτυχιακός φοιτητής εκείνη την εποχή.
Ο Καλτενέγκερ ήταν πρωτοετής στο πανεπιστήμιο όταν κυκλοφόρησαν τα νέα για τους πρώτους γιγάντιους εξωπλανήτες. Είχε μεγαλώσει σε μια μικρή πόλη στην Αυστρία, με γονείς που υποστήριζαν τα ενδιαφέροντά της στα μαθηματικά, τη φυσική και τις γλώσσες. οι βιβλιοθηκονόμοι της πόλης την ήξεραν τόσο καλά που θα της έδιναν τα νέα βιβλία που δεν είχαν ακόμη κατηγοριοποιήσει. «Όλα ήταν πιθανά», είπε για την ανατροφή της. Στο Πανεπιστήμιο του Γκρατς, την τράβηξε η νέα αναζήτηση για νέους κόσμους. Ο Seager, ο οποίος γνώρισε τον Kaltenegger σε ένα καλοκαιρινό σχολικό πρόγραμμα το 1997, επαινεί τώρα την αξιοσημείωτη τόλμη που οδήγησε έναν προπτυχιακό να ενταχθεί σε ένα υποπεδίο που ήταν ακόμα τόσο περιθωριακό και εφήμερο. "Το να μπορώ να είμαι εκεί στην αρχή - δεν ήταν απλώς μια σύμπτωση", είπε ο Seager. Στο τέλος των προπτυχιακών σπουδών της Καλτενέγκερ, είχε ζητήσει χρηματοδότηση από την Ευρωπαϊκή Ένωση και προσκάλεσε τον εαυτό της σε ένα ανοιχτό σημείο σε ένα παρατηρητήριο στην Τενερίφη των Καναρίων Νήσων. Εκεί πέρασε μεγάλες νύχτες γεμάτες καφέ κυνηγώντας εξωπλανήτες, ακούγοντας το άλμπουμ Dire Straits ενός μεταδιδακτορικού στο loop πριν σκοντάψει έξω για να δει τον ήλιο να ανατέλλει πάνω από ένα τοπίο γεμάτο λάβα.
Εν τω μεταξύ, οι διαστημικές υπηρεσίες μπήκαν στη δράση. Το 1996, ένας διαχειριστής της NASA, ο Νταν Γκόλντιν, δημοσίευσε ένα σχέδιο που ουσιαστικά θα είχε εκτοξευθεί αμέσως από την ανακάλυψη των πρώτων γιγάντων εξωπλανητών αερίου μέχρι την τελική ζώνη. Το σχέδιό του προέβλεπε τεράστια διαστημικά παρατηρητήρια, τα ονομαζόμενα Terrestrial Planet Finders, που θα μπορούσαν να κάνουν λεπτομερείς φασματοσκοπικές μετρήσεις των εξωγήινων Γης, σπάζοντας το φως τους στα συστατικά τους χρώματα για να κατανοήσουν τη χημική τους σύνθεση.
Ακόμα καλύτερα, ο Goldin ήθελε πραγματικές εικόνες πλανητών. Το 1990, ο ανιχνευτής Voyager της NASA, κατόπιν εντολής του Sagan, τράβηξε μια φωτογραφία του σπιτιού πέρα από την τροχιά του Ποσειδώνα, μειώνοντας ολόκληρο τον ζωντανό, αναπνέοντα, εύθραυστο κόσμο μας σε μια ανοιχτό μπλε κουκκίδα που αιωρείται σε ένα κενό. Τι θα γινόταν αν μπορούσαμε να δούμε μια άλλη γαλάζια κουκκίδα εκεί έξω να αστράφτει στο μαύρο;
Εισαγωγή
Ο Ευρωπαϊκός Διαστημικός Οργανισμός δημιούργησε τη δική του εκδοχή μιας αποστολής ανίχνευσης ζωής, διδύμων της Γης, που ονομάζεται Darwin. Ο Καλτενέγκερ, τότε 24 ετών, έκανε αίτηση να δουλέψει σε αυτό και πήρε τη δουλειά. «Ρώτησα τον εαυτό μου: Αν ζεις σε μια εποχή που μπορείς να καταλάβεις αν είμαστε μόνοι στο σύμπαν και αν μπορώ να βοηθήσω;» είπε στο Cornell, φορώντας ένα τιρκουάζ κολιέ που συμβολίζει μια γαλάζια κουκκίδα και ισορροπώντας ένα φλιτζάνι τσαγιού στο γόνατό της. «Κοιτάζοντας πίσω τη ζωή μου, μάλλον αυτό θέλω να έχω κάνει». Της ανατέθηκε να εξετάσει τους σχεδιαστικούς συμβιβασμούς της αποστολής και να συντάξει τη λίστα με τα αστέρια που ο στόλος των τηλεσκοπίων του Δαρβίνου θα έπρεπε να σαρώσει για πλανήτες. Παράλληλα, έκανε το διδακτορικό της.
Αλλά στη δεκαετία του 2000, τα οράματα μεγάλων τηλεσκοπίων που κυνηγούσαν εξωγήινους κατέρρευσαν και στις δύο πλευρές του Ατλαντικού. Οι μελέτες του Δαρβίνου σταμάτησαν το 2007. Ένας λόγος ήταν το χαλαρό πρόγραμμα ανάπτυξης του ίδιου του JWST, το οποίο κατέστρεψε τους προϋπολογισμούς και την προσοχή. Μια άλλη ήταν η επιστημονική αμφιβολία: Εκείνη την εποχή, οι αστρονόμοι δεν είχαν ιδέα ποιο κλάσμα των αστεριών του Γαλαξία έχουν βραχώδεις πλανήτες με πιθανότητα σταθερού, εύκρατου κλίματος.
Αυτό το κλάσμα θα αποδεικνυόταν περίπου ένας στους πέντε, όπως αποκάλυψε το διαστημικό τηλεσκόπιο Kepler, το οποίο εκτοξεύτηκε το 2009 και συνέχισε να ανακαλύπτει χιλιάδες εξωπλανήτες. Μια αποστολή Επίγειου Πλανήτη Finder, εάν κάποιος αναστηθεί, θα είχε πολλά σημεία για να δείξει.
Από την εκτόξευση του Κέπλερ, όμως, οι πραγματιστικοί συμβιβασμοί οδήγησαν τους αστροβιολόγους να ονειρεύονται μικρότερα, εκτρέποντας τους πόρους τους σε ένα πιο ταπεινό μονοπάτι. Ένα παρατηρητήριο όπως ο Δαρβίνος θα μπορούσε να είχε διαλέξει το σήμα ενός βραχώδους πλανήτη δίπλα σε ένα πολύ φωτεινότερο αστέρι - μια πρόκληση που συχνά συγκρίνεται με τη λήψη μιας φωτογραφίας μιας πυγολαμπίδας καθώς περιστρέφεται γύρω από έναν προβολέα. Αλλά τώρα υπάρχει ένας άλλος, φθηνότερος τρόπος.
Seager και ο αστρονόμος του Χάρβαρντ Ντιμίταρ Σασέλοφ ονειρεύτηκε την εναλλακτική μέθοδο το 2000 — ένας τρόπος για να εισχωρήσει κανείς στην ατμόσφαιρα ενός εξωπλανήτη, ακόμα κι αν το φως από τον πλανήτη και το αστέρι του αναμειγνύονται μεταξύ τους. Πρώτον, τα τηλεσκόπια αναζητούν πλανήτες που «διέρχονται», διασχίζοντας μπροστά από το αστέρι τους, όπως φαίνεται από την προοπτική της Γης, κάτι που προκαλεί μια ελαφρά μείωση του αστρικού φωτός. Αυτές οι διελεύσεις είναι πλούσιες σε πληροφορίες. Κατά τη διάρκεια μιας διέλευσης, το φάσμα ενός αστεριού βλασταίνει νέα εξογκώματα και κουνιέται, επειδή μέρος του αστρικού φωτός λάμπει μέσω του δακτυλίου της ατμόσφαιρας γύρω από τον πλανήτη και τα μόρια στην ατμόσφαιρα απορροφούν φως συγκεκριμένων συχνοτήτων. Η έξυπνη ανάλυση των φασματικών κινήσεων αποκαλύπτει την υπεύθυνη χημεία σε μεγάλο υψόμετρο. Το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble ξεκίνησε να δοκιμάζει αυτήν την τεχνική το 2002. εύρεση ατμών νατρίου γύρω από έναν μακρινό γίγαντα πλανήτη αερίου. μαζί με άλλα τηλεσκόπια, έκτοτε έχει επαναλάβει το κόλπο σε δεκάδες στόχους.
Τώρα το σύμπαν χρειαζόταν απλώς να βήξει μερικούς κατάλληλους κόσμους σαν τη Γη για να δει.
Οι έρευνες για εξωπλανήτες φάνηκαν να συναντούν πολλούς υπερμαγειρεμένους Δία και μικρότερους Ποσειδώνες γύρω από άλλα αστέρια, αλλά οι βραχώδεις πλανήτες με τη δυνατότητα για υγρό νερό παρέμειναν σπάνιοι μέχρι την εποχή του Κέπλερ. Στα μέσα της δεκαετίας του 2010, ο Κέπλερ είχε δείξει ότι οι κόσμοι στο μέγεθος της Γης είναι συνηθισμένοι. εντόπισε ακόμη και μερικά δυνητικά κατοικήσιμα να περνούν μπροστά από τα αστέρια τους, όπως το ζεύγος Kaltenegger που σχεδίασε για τον Borucki. Ωστόσο, τα συγκεκριμένα παραδείγματα που ανέδειξε ο Κέπλερ ήταν πολύ μακριά για καλή μελέτη παρακολούθησης. Εν τω μεταξύ, το 2016 οι αστρονόμοι ανακάλυψαν ότι το πλησιέστερο αστέρι στη Γη, ο Proxima Centauri, έχει έναν δυνητικά κατοικήσιμο πλανήτη στο μέγεθος της Γης. Αλλά αυτός ο πλανήτης δεν διέρχεται από το αστέρι του.
Το 2009, η Kaltenegger, τότε στο Χάρβαρντ και διαμορφώνοντας το πεδίο από μόνη της, και ένας συνεργάτης της, ο Wesley Traub, πρόσθεσαν ακόμη ένα προσόν. Σκέφτηκαν τι θα χρειαζόταν για έναν εξωγήινο πολιτισμό ανίχνευση βιουπογραφή αερίων στη Γη — ένας πλανήτης με μια σχετικά σφιχτή κουβέρτα ατμόσφαιρας, που διέρχεται από ένα φωτεινό αστέρι. Συνειδητοποίησαν ότι ένα τηλεσκόπιο όπως το JWST θα έβλεπε μόνο μικροσκοπικά σήματα από ατμοσφαιρικά αέρια κατά τη διάρκεια κάθε διέλευσης, οπότε για να επιτευχθεί οποιαδήποτε στατιστική βεβαιότητα, οι αστρονόμοι θα έπρεπε να παρατηρήσουν δεκάδες ή και εκατοντάδες διελεύσεις, κάτι που θα χρειαζόταν χρόνια. Ενεργώντας βάσει αυτής της εικόνας, οι αστρονόμοι άρχισαν να αναζητούν Γη σε στενές τροχιές γύρω από πιο αμυδρά, ψυχρότερα ερυθρά νάνους αστέρια, όπου τα ατμοσφαιρικά σήματα θα πνίγονται λιγότερο από το φως των αστεριών και οι διελεύσεις επαναλαμβάνονται πιο συχνά.
Ο Κόσμος πέρασε. Το 2017, οι αστρονόμοι ανακοίνωσαν την ανακάλυψη επτά βραχωδών πλανητών γύρω από ένα αστέρι κόκκινο νάνο που ονομάζεται TRAPPIST-1. Στη συνέχεια, τον Σεπτέμβριο, το σύστημα SPECULOOS-2 εμφανίστηκε ως εφεδρικό. Αυτά τα αστέρια είναι κοντά. Είναι αμυδρά και κόκκινα. Κάθε ένα έχει πολλούς βραχώδεις πλανήτες που διέρχονται. Και από το καλοκαίρι, το JWST λειτουργεί ακόμα καλύτερα από το αναμενόμενο. Θα περάσει ένα αρκετά μεγάλο μέρος των επόμενων πέντε ετών κοιτάζοντας δυνατά αυτές τις ακατάστατες σφαίρες βράχων και χημικών που περιστρέφονται γύρω από τα παράξενα αστέρια τους. Για θεωρητικούς όπως ο Καλτενέγκερ, που από την αφηρημάδα για εναλλακτικές Γες έκαναν προβλέψεις σχετικά με την ατμοσφαιρική τους χημεία, οι δεκαετίες προσμονής έδωσαν τη θέση τους σε μια αργή εξασθένηση των στριμωγμένων φασμάτων στις οθόνες υπολογιστών.
Λαμπερή εξωγήινη κυρία
Για πάνω από δύο χρόνια, το γραφείο του Καλτενέγκερ - το ίδιο στο οποίο δούλευε ο Σάγκαν - ήταν παγωμένο στο χρόνο. Πρώτα ήρθε η πανδημία, μετά ένα σαββατοκύριακο. Τον Αύγουστο, επέστρεψε, προχωρώντας στον πίνακα της με έναν μαρκαδόρο στο χέρι, αναθεωρώντας μια λίστα με ιδέες που δεν θα έμοιαζαν παράταιρες στο δωμάτιο του συγγραφέα ενός Star Trek σειρά. (Gaia και SETI. Σκοτεινοί ωκεανοί. Όζον. Γη. Ρηχοί Ωκεανοί. Σίδηρος;) «Αυτό είναι το διασκεδαστικό μέρος», είπε, εντυπωσιάζοντας τα θέματα των εγγράφων που έχει ήδη δημοσιεύσει.
Η Καλτενέγκερ έγινε η ιδρυτική διευθύντρια του Ινστιτούτου Carl Sagan το 2015 μετά από θητείες στο Χάρβαρντ και στη συνέχεια στη Χαϊδελβέργη, όπου διηύθυνε το πρώτο της εργαστήριο. Μια μέρα κατά τη διάρκεια της παραμονής της στη Χαϊδελβέργη, ήρθε ένα email από Τζόναθαν Λούνιν, η επικεφαλής του τμήματος αστρονομίας στο Cornell, ρωτώντας αν ήθελε να μιλήσει για σημαντικές ευκαιρίες. «Πηγαίνω, ω Θεέ μου, είναι μια εκδήλωση «γυναίκα στην επιστήμη». Σε ένα συγκεκριμένο σημείο, λαμβάνετε πάρα πολλές από αυτές τις προσκλήσεις». Ο Λούνιν έψαχνε να προσλάβει έναν νέο καθηγητή. Η Καλτενέγκερ απάντησε ότι θα προτιμούσε να εργαστεί σε ένα διεπιστημονικό ινστιτούτο με επίκεντρο την αστροβιολογία. Οπότε οδηγήστε έναν εδώ, πρότεινε.
Ένα πρόσφατο πρωί καθίσαμε σε έναν κήπο στην πανεπιστημιούπολη όχι μακριά από το ινστιτούτο, πλαισιωμένος από ροδόδεντρα. Καθώς το χλιαρό ηλιακό φως φιλτράρονταν, ένα μικρό πουλάκι πήδηξε πάνω σε έναν κορμό δέντρου, ένας τζίτζικας βούισε και το drone ενός χλοοκοπτικού κινήθηκε πιο κοντά και μετά πιο μακριά. Αυτός ήταν προφανώς ένας κατοικημένος κόσμος.
Το απόθεμα του Kaltenegger στο εμπόριο είναι φαντασία: τόσο το είδος που εμπιστεύονται οι αστρονόμοι όταν σχεδιάζουν ένα διαστημικό τηλεσκόπιο 10 δισεκατομμυρίων δολαρίων όπως το JWST, όσο και το πιο ποιητικό είδος που ξεσηκώνει το κοινό. Πώς της φάνηκε λοιπόν αυτή η σκηνή;
Εκείνη έριξε μια ματιά. Τα δέντρα είχαν πράσινα φύλλα, όπως και οι περισσότεροι γνωστοί οργανισμοί που πραγματοποιούν φωτοσύνθεση. Είχαν εξελιχθεί για να εκμεταλλευτούν τον κίτρινο ήλιο μας και την πλούσια ακτινοβολία του ορατού φωτός του, χρησιμοποιώντας χρωστικές ουσίες που αρπάζουν μπλε και κόκκινα φωτόνια ενώ αφήνουν τα πράσινα μήκη κύματος να αναπηδούν μακριά. Αλλά τα φυτά γύρω από πιο κρύα αστέρια, πιο άπληστα για το φως, μπορεί να πάρουν πιο σκούρες αποχρώσεις. «Στο μάτι του μυαλού μου, αν το θέλω, απλώς μεταμορφώνεται εντελώς μαζί μας στον κήπο, καθισμένοι κάτω από έναν κόκκινο ήλιο», είπε. «Τα πάντα είναι μωβ γύρω σου, πίσω σου», συμπεριλαμβανομένων των φύλλων.
Οι παράξενες εκδόσεις της Γης στην κοιλάδα έχουν εμφανιστεί σε μεγάλο βαθμό στη σκέψη της Καλτενέγκερ για δύο δεκαετίες, λόγω μιας ενοχλητικής αμφιβολίας που ανέπτυξε κατά τη διάρκεια της εργασίας της στην αποστολή Δαρβίνος στις αρχές της δεκαετίας του 2000.
Ο στόχος εκείνη την εποχή ήταν να συγκριθούν τα φάσματα από βραχώδεις, εύκρατους πλανήτες με το πώς θα έμοιαζε το φάσμα της Γης από μακριά, αναζητώντας εμφανή σήματα σαν πλεόνασμα οξυγόνου λόγω της εκτεταμένης φωτοσύνθεσης. Η αντίρρηση του Kaltenegger ήταν ότι, για τα πρώτα 2 δισεκατομμύρια χρόνια ύπαρξης της Γης, η ατμόσφαιρά της δεν είχε οξυγόνο. Στη συνέχεια χρειάστηκαν άλλα δισεκατομμύρια χρόνια για να συσσωρευτεί το οξυγόνο σε υψηλά επίπεδα. Και αυτή η βιουπογραφή χτύπησε την υψηλότερη συγκέντρωσή της όχι στο σημερινό φάσμα της Γης, αλλά κατά τη διάρκεια ενός σύντομου παραθύρου στην ύστερη Κρητιδική περίοδο, όταν τα πρωτοπούλια κυνήγησαν γιγάντια έντομα στους ουρανούς.
Χωρίς ένα καλό θεωρητικό μοντέλο για το πώς έχει αλλάξει το φάσμα της Γης, φοβόταν ο Καλτενέγκερ, οι μεγάλες αποστολές εύρεσης πλανητών θα μπορούσαν εύκολα να χάσουν έναν ζωντανό κόσμο που δεν ταίριαζε με ένα στενό χρονικό πρότυπο. Έπρεπε να οραματιστεί τη Γη ως έναν εξωπλανήτη που εξελίσσεται μέσα στο χρόνο. Για να το κάνει αυτό, προσάρμοσε ένα από τα πρώτα παγκόσμια κλιματικά μοντέλα, που αναπτύχθηκε από τον γεωεπιστήμονα James Kasting, το οποίο εξακολουθεί να περιλαμβάνει αναφορές στην εποχή της μαγνητικής ταινίας της δεκαετίας του 1970 από την οποία ξεκίνησε. Η Kaltenegger ανέπτυξε αυτόν τον κώδικα σε ένα ειδικό εργαλείο που μπορεί να αναλύσει όχι μόνο τη Γη μέσα στο χρόνο αλλά και σε ριζικά εξωγήινα σενάρια, και παραμένει το άλογο του εργαστηρίου της.
Την επόμενη μέρα μετά τη συνομιλία μας στον κήπο, κάθισα στο γραφείο δίπλα στο Kaltenegger, κοιτάζοντας πάνω από τον ώμο της μεταδιδάκτορα Rebecca Payne καθώς και οι δύο κοιτάζαμε στενές γραμμές κειμένου σε μαύρο φόντο. «Αν δεν πάω με ένα μαύρο συνδυασμό χρωμάτων, μέχρι το τέλος της ημέρας τα μάτια μου θέλουν να πέσουν έξω από το κεφάλι μου», είπε.
Η Payne και οι συνάδελφοί της τροφοδοτούν το λογισμικό τους βασικά στοιχεία για έναν πλανήτη, όπως η ακτίνα και η τροχιακή του απόσταση, και ο τύπος του αστεριού του. Στη συνέχεια κάνουν εικασίες σχετικά με την πιθανή ατμοσφαιρική του σύνθεση και τρέχουν τα μοντέλα τους για να δουν πώς θα εμφανιζόταν η ατμόσφαιρα του πλανήτη στους αιώνες. Όταν το έκαναν αυτό για το SPECULOOS-2c, είδαν εικονικές χημικές ουσίες λουσμένες στο εικονικό φως των αστεριών να ανεβαίνουν, να πέφτουν και να εξαφανίζονται η μία την άλλη μέσω προσομοιωμένων χημικών αντιδράσεων. Η φανταστική ατμόσφαιρα τελικά εγκαταστάθηκε σε μια ισορροπία και το λογισμικό έσκασε από ένα τραπέζι. Ο Πέιν τράβηξε ένα στην οθόνη. Κούνησε το ποντίκι της σε σειρά σε σειρά, δείχνοντας εικασίες για τη θερμοκρασία και τη χημεία του νέου πλανήτη σε διαφορετικά υψόμετρα. Χρησιμοποιώντας αυτές τις πληροφορίες, αυτή και οι συνάδελφοί της μπορούσαν να εντοπίσουν ιδιαίτερα άφθονες ενώσεις που το JWST ή άλλο όργανο μπορεί να δει.
Από το Μελέτη της Γης μέσα στο χρόνο πολλά από τα χαρτιά του Καλτενέγκερ ακολουθούν το ίδιο μοτίβο. Το κόλπο της είναι να συγκεντρώσει ό,τι γνωρίζουμε για τον πλούτο της ίδιας της Γης στη θεωρητική της παλάμη και μετά να το περιστρέψει σαν μπάλα του μπάσκετ κατά μήκος διαφορετικών αξόνων. Κι αν το ξαναγυρίσουμε έγκαιρα; Τι θα γινόταν αν μια εξωγήινη Γη είχε διαφορετική γεωλογία; Μια διαφορετική ατμόσφαιρα; Μια επιφάνεια ολόκληρου του ωκεανού; Τι θα γινόταν αν γύριζε έναν κόκκινο ήλιο, ή την απίστευτη καυτή στάχτη ενός λευκού νάνου;
Το 2010, για παράδειγμα, αυτή βρήκε ότι το τότε επερχόμενο JWST θα μπορούσε να συμπεράνει την παρουσία αερίων από μια ηφαιστειακή έκρηξη όπως η έκρηξη του όρους Pinatubo το 1991 στις Φιλιππίνες, εάν παρόμοιο γεγονός συνέβαινε σε έναν εξωπλανήτη. Ή θα μπορούσε να αναγνωρίσει κόσμους που δεν κυβερνώνται από τον κύκλο του άνθρακα μεταξύ της επιφάνειας και της ατμόσφαιρας (όπως στη Γη), αλλά από θείο απελευθερώνεται από τα ηφαίστεια και στη συνέχεια διασπάται από το φως των αστεριών. Τέτοιοι κύκλοι του κλίματος έχουν σημασία όταν προσπαθείτε να αναγνωρίσετε αέρια βιουπογραφής, και επίσης επειδή αποτελούν μέρος της μεγαλύτερης φυσικής των πλανητών. «Οι βιουπογραφές είναι απλώς το κεράσι πάνω από το κέικ, αλλά βασικά, υπάρχουν πολλά κέικ για φαγητό», είπε ο Sasselov, ο οποίος συνεργάστηκε με τον Kaltenegger σε αυτά τα έργα.
Εισαγωγή
Εκτός από την ατμοσφαιρική της μοντελοποίηση, η Καλτενέγκερ πέρασε επίσης την τελευταία δεκαετία ψάχνοντας τη Γη για να συγκεντρώσει κάτι από το γραφείο περιέργειας ενός αστροβιολόγου: μια δημόσια βάση δεδομένων περίεργων φασμάτων. Εάν οι αστρονόμοι καταφέρουν να βρουν ένα ανώμαλο κίνημα σε ένα φάσμα εξωπλανήτη, η βάση δεδομένων της θα μπορούσε να παρέχει το κλειδί για την αποκρυπτογράφηση του.
Σε ένα ταξίδι στο Εθνικό Πάρκο Yellowstone, για παράδειγμα, ο Kaltenegger θαύμασε τις πολύχρωμες μικροβιακές κηλίδες στις επιφάνειες των καυτών λιμνών. Αυτό οδήγησε την ίδια και τους συναδέλφους της να καλλιεργήσουν 137 είδη βακτηρίων σε πιάτα Petri δημοσιεύουν τα φάσματα τους. «Μάλλον δεν υπάρχει χρώμα στο ουράνιο τόξο που δεν θα μπορούσατε να βρείτε στη Γη αυτή τη στιγμή», είπε Λιν Ρότσιλντ, συνθετικός βιολόγος στο Ερευνητικό Κέντρο Ames της NASA και συνεργάτης στο έργο. Εμπνευσμένη από τη δουλειά ενός διαφορετικού συναδέλφου για τη διάτρηση πυρήνων πάγου στην Αρκτική, η ομάδα του Kaltenegger απομόνωσε 80 μικρόβια που αγαπούν το κρύο παρόμοια με αυτά που θα μπορούσαν να εξελιχθούν σε έναν πλανήτη πάγου. δημοσίευση βάσης δεδομένων αναφοράς από αυτά τα φάσματα αυτόν τον Μάρτιο.
Άλλοι κόσμοι μπορεί να είναι βιοφθορισμού. Στη Γη, βιοφθοριστές οργανισμοί όπως τα κοράλλια προστατεύονται από το υπεριώδες φως απορροφώντας το και εκπέμποντάς το ξανά ως ορατό φως. Δεδομένου ότι πλανήτες σε συστήματα ερυθρών νάνων όπως το TRAPPIST-1 λούζονται από υπεριώδη ακτινοβολία, ο Kaltenegger υποστηρίζει ότι η εξωγήινη ζωή εκεί θα μπορούσε να εξελίξει μια παρόμοια διαδικασία. (Αποκαλείται από τότε ως «αυτή η λαμπερή εξωγήινη κυρία».) Σκοπεύει επίσης να αποκτήσει μια σειρά από φάσματα που αντιπροσωπεύουν πιθανούς κόσμους λάβας. ένας συνάδελφος γεωεπιστήμονας και ένας νεοαφιχθέντος μεταδιδάκτορας θα αρχίσουν σύντομα να λιώνουν πετρώματα.
Καθώς ο κατάλογος των δημοσιεύσεών της μεγάλωνε, η Καλτενέγκερ έχει βιώσει τόσο τις ευκαιρίες όσο και τις ταπεινότητες μιας γυναίκας επιστήμονα με ανερχόμενο αστέρι. Κάποτε, όταν γύριζε ένα μικρού μήκους IMAX στη Χαβάη για την αναζήτηση της ζωής, οι παραγωγοί την έντυσαν με σορτς για να ταιριάξουν με την αντίληψή τους για μια επιστήμονα, τη Λόρα Ντερν. Τζουράσικ Παρκ χαρακτήρας; η απόφαση στη συνέχεια απαιτούσε περισσότερο μακιγιάζ για να καλύψει όλα τα τσιμπήματα των κουνουπιών.
Μέσα σε ένα σφιχτοδεμένο πεδίο που αναγκάζεται να μοιράζεται περιορισμένο χρόνο τηλεσκοπίου, είναι μια λαμπερή, θερμή παρουσία, είπαν οι συνεργάτες της. Τα δάχτυλά της πλέκουν στον αέρα καθώς μιλάει. οι προτάσεις και οι ιστορίες τείνουν να φτάσουν σε μεγάλες εκρήξεις γέλιου. «Μου υπογράφει κάθε κείμενο «αγκαλιές»», είπε ο Ρότσιλντ. «Δεν έχω άλλο συνάδελφο που να το κάνει αυτό».
Πρώτες κουκκίδες στο χάρτη
Οι πρώτες βιουπογραφές θα είναι μικροσκοπικά, διφορούμενα σήματα που θα υπόκεινται σε αντιμαχόμενες ερμηνείες. Μάλιστα, κάποιοι ισχυρισμοί έχουν ήδη προκύψει.
Η πιο σχετική μελέτη περίπτωσης συγκλόνισε τον κόσμο της αστρονομίας το φθινόπωρο του 2020. Μια ομάδα συμπεριλαμβανομένης της Seager ανακοίνωσε ότι είχαν εντοπίσει μια ασυνήθιστη ένωση που ονομάζεται φωσφίνη στην ανώτερη ατμόσφαιρα της Αφροδίτης, ενός φουσκωμένου, πλυμένου με οξύ πλανήτη που συνήθως απορρίπτεται ως στείρος. Στη Γη, η φωσφίνη παράγεται συνήθως από μικρόβια. Ενώ ορισμένες αβιοτικές διεργασίες μπορούν επίσης να κάνουν την ένωση υπό ορισμένες συνθήκες, η ανάλυση της ομάδας έδειξε ότι αυτές οι διεργασίες δεν ήταν πιθανό να συμβούν στην Αφροδίτη. Κατά την άποψή τους, αυτό άφησε μικροσκοπικούς πλωτούς οργανισμούς της Αφροδίτης ως μια εύλογη εξήγηση. «Ζωή στην Αφροδίτη;» ο New York Times επικεφαλίδα αναρωτήθηκε.
Εισαγωγή
Εξωτερικές ομάδες σχημάτισαν αντίπαλα στρατόπεδα. Μερικοί ειδικοί, συμπεριλαμβανομένων Victoria Meadows, ένας μοντελιστής ατμόσφαιρας εξωπλανητών στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον που χρησιμοποιεί παρόμοια προσέγγιση με αυτή του Kaltenegger, ανέλυσε εκ νέου τα δεδομένα της Αφροδίτης και κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το σήμα της φωσφίνης ήταν απλώς ένας αντικατοπτρισμός: Η χημική ουσία δεν υπάρχει καν. Άλλοι, συμπεριλαμβανομένου του Lunine στο Cornell, υποστήριξαν ότι ακόμη και αν υπάρχει φωσφίνη, θα μπορούσε, στην πραγματικότητα, να προέρχεται από γεωλογικές πηγές.
Ο Καλτενέγκερ θεωρεί αυτές τις κριτικές έγκυρες. Κατά την άποψή της, το έπος της φωσφίνης υπογραμμίζει έναν βρόχο ανατροφοδότησης μεταξύ της επιστήμης και της χρηματοδότησης της επιστήμης που θα μπορούσε να εμπλέξει και τις μελλοντικές βιουπογραφές υποψηφίων. Την εποχή της ανακοίνωσης της φωσφίνης, η NASA βρισκόταν στα τελικά στάδια επιλογής μεταξύ τεσσάρων μικρών αποστολών ηλιακού συστήματος, δύο από τις οποίες ήταν δεσμευμένες στην Αφροδίτη. Το επόμενο καλοκαίρι η NASA ανακοίνωσε ότι αυτοί οι δύο είχαν επιλεγεί για να πετάξουν. Η μελέτη για τη φωσφίνη «ήταν ένας πολύ καλός τρόπος για να εγκριθούν οι αποστολές στην Αφροδίτη», είπε ο Καλτενέγκερ ξεσπώντας στα γέλια. «Αυτή είναι η σαρκαστική άποψη». (Η Τζέιν Γκριβς, η επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης για τη φωσφίνη, είπε ότι η ομάδα της δεν εξέτασε τη διαδικασία επιλογής αποστολής και ότι η χρονική στιγμή της εργασίας ήταν σύμπτωση.)
Η επόμενη φάση στο κυνήγι για βιουπογραφές εξωπλανητών εξαρτάται από το τι αποκαλύπτει το JWST για τους πλανήτες TRAPPIST-1. Το να δούμε πραγματικές βιουπογραφές στον ουρανό τους μπορεί να είναι απίθανο. Αλλά το τηλεσκόπιο θα μπορούσε να ανιχνεύσει διοξείδιο του άνθρακα και υδρατμούς με τις αναλογίες που προβλέπουν τα μοντέλα που βασίζονται στη Γη και την Αφροδίτη. Αυτό θα επιβεβαίωνε ότι οι μοντελιστές έχουν μια αξιοπρεπή λαβή για το ποιοι γεωχημικοί κύκλοι έχουν σημασία σε όλο τον γαλαξία και ποιοι κόσμοι μπορεί να είναι πραγματικά κατοικήσιμοι. Βλέποντας κάτι πιο απροσδόκητο θα βοηθούσε τους ερευνητές να διορθώσουν τα μοντέλα τους.
Μια πιο ζοφερή πιθανότητα είναι ότι αυτοί οι πλανήτες δεν έχουν καθόλου ατμόσφαιρες. Οι κόκκινοι νάνοι αστέρες όπως το TRAPPIST-1 είναι γνωστό ότι εκπέμπουν ηλιακές εκλάμψεις που θα μπορούσαν να αφαιρέσουν τα πάντα εκτός από γυμνούς βράχους. (Ο Kaltenegger αμφιβάλλει για αυτό, υποστηρίζοντας ότι οι αέριες εκπομπές των πλανητών θα πρέπει να συνεχίσουν να αναπληρώνουν τον ουρανό τους.)
Μέχρι το δεύτερο μισό αυτής της δεκαετίας, δεδομένα από πολλαπλές διελεύσεις πλανητών θα έχουν συσσωρευτεί, αρκετά ώστε οι αστρονόμοι όχι μόνο να αναζητήσουν χημεία σε αυτούς τους κόσμους, αλλά και να εξετάσουν πώς τα μόρια κηρώνονται και εξασθενούν από εποχή σε εποχή. Μέχρι τότε, συμπληρωματικές παρατηρήσεις θα μπορούσαν να προσθέσουν στα δεδομένα. Αρκετά νέα, εκπληκτικά μεγάλα παρατηρητήρια έχουν προγραμματιστεί να ανοίξουν καθρέφτες μεγέθους λεκάνης στον κόσμο από το 2027 — συμπεριλαμβανομένου του μεγαλύτερου από όλα, του εξαιρετικά μεγάλου τηλεσκοπίου στη Χιλή. Αυτά τα τηλεσκόπια θα είναι ευαίσθητα σε διαφορετικά μήκη κύματος φωτός από το JWST, διερευνώντας ένα εναλλακτικό σύνολο φασματικών χαρακτηριστικών και θα πρέπει επίσης να μπορούν να μελετούν πλανήτες εκτός διέλευσης.
Όλα αυτά τα όργανα εξακολουθούν να υπολείπονται αυτού που πραγματικά θέλουν οι κυνηγοί βιουπογραφών, αυτό που πάντα ήθελαν: ένα από αυτά τα γιγάντια διαστημικά εύρεσης επίγειων πλανητών. Νωρίτερα αυτό το έτος, όταν η Εθνική Ακαδημία Επιστημών κυκλοφόρησε μια επιδραστική έκθεση που ρυθμίζει την ατζέντα που ονομάζεται δεκαετία, η οποία συνοψίζει τις ιδέες της κοινότητας της αστρονομίας για το τι πρέπει να δώσει προτεραιότητα η NASA, ουσιαστικά ανέβαλαν μια σημαντική ώθηση στο θέμα για τη δεκαετία του 2030.
«Σκέφτηκα αυτό: Τι γίνεται αν δεν είμαστε εμείς;» είπε ο Καλτενέγκερ. «Κι αν δεν είναι η γενιά μας;» Με βάση το συντομότερο δυνατό να πετάξει ένα αληθινό τηλεσκόπιο κυνηγιού πλανητών επόμενης γενιάς, υπολογίζει ότι ο πιο πιθανός υποψήφιος για να ηγηθεί μιας τέτοιας αποστολής είναι πιθανότατα στο μεταπτυχιακό σχολείο τώρα.
Και πάλι, η ομάδα των πρώιμων επιστημόνων εξωπλανητών της ήταν πάντα ονειροπόλοι, είπε. Και η επιστήμη ήταν πάντα μια δραστηριότητα μεταξύ των γενεών.
Καθισμένη στο γραφείο της που ήταν του Sagan, σκιαγράφησε μια συγκεκριμένη σκηνή. Ένας μακρινός ταξιδιώτης περπατά στη γέφυρα ενός διαστημικού σκάφους που αναχωρεί όπως αυτό Εταιρεία, έτοιμο να ταξιδέψει σε έναν νέο κόσμο. Η Καλτενέγκερ είναι σίγουρη ότι δεν θα είναι η ίδια στο πλοίο, αλλά, είπε, «στο μυαλό μου, τους βλέπω με αυτόν τον παλιό χάρτη των αστέρων». Ο αντίκα χάρτης θα σήμαινε τις τοποθεσίες των υποψηφίων ζωντανών πλανητών. Πιθανότατα θα ήταν ξεπερασμένο, θα έφερε μαζί μόνο για συναισθηματικούς λόγους. «Αλλά θέλω να είμαι το άτομο που θα βάλει τις πρώτες κουκκίδες σε αυτόν τον χάρτη».
