رویای کشف زندگی بیگانه امید جدیدی پیدا می کند

یکی از چندین بار لیزا کالتنگررویای او که کمی به واقعیت نزدیکتر شد، در یک صبح سرد آوریل یک دهه پیش در یک کنفرانس نجوم بود. او چنگ می‌زد که به یاد می‌آورد یک فنجان قهوه وحشتناک و افتضاح بود، نه به این دلیل که قرار بود بیشتر از آن بنوشد، بلکه به این دلیل که در صف منتظر مانده بود و در دستانش گرم بود. سپس بیل بوروکی به سمت او منحرف شد.

خودش را آماده کرد تا به او بگوید از خوردن قهوه خودداری کند. اما بوروکی، رئیس مأموریت کپلر ناسا، یک تلسکوپ فضایی که برای شکار سیاراتی که به دور ستارگان دیگر (یا "سیارات فراخورشیدی") می گردند، طراحی شده بود، چیز دیگری برای بحث داشت. کپلر نیم نگاهی انداخته بود دو سیاره فراخورشیدی اول آن به اندازه زمین با شانس مناسبی برای داشتن آب مایع روی سطوحشان. اینها نوعی از جهان های جدید عجیب و غریبی بودند که همه حاضران در کنفرانس - و احتمالاً بیشتر نژاد بشر - حداقل یک بار تصور کرده بودند. آیا کالتنگر تایید می کند که سیارات ممکن است قابل سکونت باشند؟

کالتنگر که در آن زمان یک اخترفیزیکدان در مؤسسه نجوم ماکس پلانک در هایدلبرگ آلمان بود، قبل از پایان کنفرانس شروع به اجرای مدل‌های آب و هوایی جدید کرد که شامل حقایق اساسی مانند قطر سیارات و درخشش ولرم ستاره آنها بود. پاسخ نهایی او: بله واجد شرایط. سیارات ممکن است برای حیات یا حداقل برای آب مایع مناسب باشند. آنها حتی می توانند جهان های آبی باشند که در اقیانوس های بی انتها محصور شده اند بدون اینکه حتی یک رخنمون صخره ای بر فراز امواج فرود آید. هشدار این بود که او برای اطمینان به مشاهدات پیشرفته تری نیاز دارد.

کالتنگر از آن زمان به بعد شاید به مدل ساز کامپیوتری پیشرو در جهان های بالقوه قابل سکونت تبدیل شده است. در سال 2019، زمانی که فضاپیمای دیگر ناسا برای شکار سیاره فراخورشیدی به نام TESS فضاپیمای خود را پیدا کرد. اولین جهان های صخره ای و معتدل، دوباره از او خواسته شد تا نقش بازرس خانه کیهانی را بازی کند. اخیراً، نظرسنجی SPECULOOS مستقر در بلژیک برای درک کمک از او کمک گرفت یک سیاره جدید به اندازه زمین SPECULOOS-2c نام دارد که به طور نامطمئنی به ستاره خود نزدیک است. او و همکارانش تحلیلی را تکمیل کردند که به عنوان آپلود شد یک پیش چاپ در ماه سپتامبر، نشان داد که آب SPECULOOS-2c می‌تواند مانند بخار سونا در حال بخار شدن باشد، همانطور که هر دریای زهره مدت‌ها پیش انجام می‌داد و اقیانوس‌های زمین تا نیم میلیارد سال دیگر شروع به این کار خواهند کرد. رصدهای تلسکوپ باید ظرف چند سال نشان دهند که آیا این اتفاق می افتد یا خیر، که به آشکار شدن آینده سیاره خودمان کمک می کند و تمایز لبه چاقویی بین جهان های متخاصم و قابل سکونت در سراسر کهکشان را مشخص می کند.

کالتنگر در شبیه‌سازی زمین‌های ersatz و دیدگاه‌های گمانه‌زنی‌تر از سیارات زنده، از حیات و زمین‌شناسی عجیبی که روی زمین یافت می‌شود، استفاده می‌کند تا مجموعه‌ای منظم‌تر از انتظارات را درباره آنچه ممکن است در جاهای دیگر ممکن باشد، ایجاد کند. او در جریان بازدید اخیر از دانشگاه کرنل، جایی که او مؤسسه‌ای به نام کارل ساگان، ستاره‌شناس کاریزماتیک ساکن ایتاکا با ایده‌های بزرگ درباره پایان دادن به اقامت تنهایی بشر در کیهان، را رهبری می‌کند، به من گفت: «در تلاشم اصول اولیه را انجام دهم».

تلاش فراگیر او - جستجوی حیات بیگانه - وارد مرحله بی سابقه ای می شود. بسیاری از ستاره شناسان معتقدند که بهترین شانس کوتاه مدت ما برای رویارویی با حیات دیگر در کیهان، بدون ورود پیچ ​​از آبی چیزی مانند پخش رادیویی فرازمینی، تشخیص گازهای با امضای زیستی است - گازهایی که فقط می توانستند از حیات آمده باشند. شناور در جو سیارات فراخورشیدی نوع اندازه‌گیری از راه دور لازم برای انجام این نوع تشخیص، توانایی‌های حتی پیشرفته‌ترین رصدخانه‌های بشری را تحت فشار قرار داده است. اما با توجه به اینکه تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) اکنون در چند ماه اول رصد خود قرار دارد، چنین کشفی ممکن شده است.

طی چند سال آینده، این تلسکوپ فضایی عظیم تعدادی از جهان‌های صخره‌ای را که احتمالاً قابل سکونت هستند، از نزدیک بررسی خواهد کرد، احتمالاً از جمله SPECULOOS-2c جدید. حداقل، مطالعات JWST باید تشخیص دهد که آیا این سیارات دارای جو هستند یا خیر. آنها همچنین ممکن است نشان دهند که برخی از آنها با آب مایع چکه می کنند. در خوشبینانه ترین حالت - اگر زیست کره ها به راحتی از جهان های مشابه زمین شکوفا شوند - تلسکوپ ممکن است نسبت های عجیبی از مثلاً دی اکسید کربن، اکسیژن و متان را در یکی از این سیارات تشخیص دهد. ستاره شناسان ممکن است به شدت وسوسه شوند که این معجون را به وجود یک اکوسیستم فرازمینی نسبت دهند.

یافتن امضاهای زیستی به کالتنگر و گروه کوچکی از همتایانش نیاز دارد تا اطمینان را از فوتون‌های بسیار کمی جمع کنند. نه تنها سیگنال های جوی که آنها به دنبال آن هستند ضعیف هستند، بلکه او و همکارانش باید تعامل احتمالی یک سیاره از نور ستاره، سنگ و هوا را به اندازه کافی دقیق مدل کنند تا مطمئن شوند که هیچ چیز غیر از حیات نمی تواند وجود یک گاز جوی خاص را توضیح دهد. هر تحلیلی از این دست باید بین یک Scylla و Charybdis حرکت کند و از هر دو منفی کاذب اجتناب کند - زندگی وجود داشت اما شما آن را از دست دادید - و مثبت های کاذبی که زندگی را در جایی که وجود ندارد، پیدا می کنند.

اشتباه گرفتن عواقبی دارد. بر خلاف بسیاری از تلاش‌های علمی، جستجو برای نشانه‌های حیات فرازمینی زیر یک نورافکن اجتناب‌ناپذیر و در یک اکوسیستم اطلاعاتی توربوشارژ انجام می‌شود که در آن هر دانشمندی با فریاد "زندگی!" ساختار بودجه، توجه و اعتماد عمومی را منحرف می کند. خود کالتنگر اخیراً در ردیف جلویی در چنین قسمتی قرار داشت.

نسل او با فشار دیگری مواجه است، فشاری که من قصد داشتم با ظرافت ژست بگیرم اما تنها یک ساعت پس از ملاقات با او، در نهایت آن را رد کردم. او و همکارانش کار خود را در طلوع عصر سیارات فراخورشیدی آغاز کردند. حالا آنها در یک مسابقه هستند تا زندگی را قبل از مرگ کشف کنند.

رویاپردازان سیاره ای

جستجوی مدرن برای امضاهای زیستی تقریباً بلافاصله پس از کشف اولین سیاره فراخورشیدی - یک غول گازی - در سال 1995 آغاز شد که به دور ستاره ای شبیه به خورشید می چرخید. شکار سیاره‌ها به زودی تبدیل به رقابتی و رقابتی شد و رقابتی برای سرفصل‌ها. برخی از اخترشناسان ارشد تردید داشتند که این زیرزمینۀ پر زرق و برق و تشنه منابع بتواند بسیار بیشتر از اندازه گیری های یکباره از چند سیاره منحصر به فرد باشد. گفت: "مردم آشکارا بدبین بودند و برخی از مردم با عصبانیت مخالف بودند." سارا سیگر، ستاره شناس سیاره فراخورشیدی در موسسه فناوری ماساچوست. در همین حال، گروه‌هایی از محققان همفکر شروع به جمع‌آوری در کارگاه‌های آموزشی کردند تا ارزش پرسش‌های جدید آسمان باز را بررسی کنند. سیگر که در آن زمان دانشجوی کارشناسی ارشد بود، گفت: «ما هرگز به هیچ ایده ای نه نگفتیم.

کالتنگر دانشجوی سال اول دانشگاه بود که خبر اولین سیاره فراخورشیدی غول پیکر منتشر شد. او در یک شهر کوچک در اتریش با والدینی بزرگ شده بود که از علایق او در ریاضیات، فیزیک و زبان حمایت می کردند. کتابداران شهر آنقدر او را می شناختند که کتاب های جدیدی را که هنوز طبقه بندی نکرده بودند به او می دادند. او درباره تربیتش گفت: «همه چیز ممکن بود. در دانشگاه گراتس، او به جستجوی جدید برای جهان های جدید کشیده شد. سیگر که در سال 1997 در یک برنامه مدرسه تابستانی با کالتنگر آشنا شد، اکنون جسارت قابل توجهی را که باعث شد یک دانشجوی مقطع کارشناسی به رشته فرعی ملحق شود که هنوز بسیار پرحاشیه و زودگذر بود، تحسین می کند. سیگر گفت: «توانایی در ابتدا آنجا بودن - این فقط یک تصادف نبود. در پایان تحصیلات لیسانس کالتنگر، او از اتحادیه اروپا حمایت مالی کرد و خود را به یک مکان باز در رصدخانه ای در تنریف در جزایر قناری دعوت کرد. او در آنجا شب‌های طولانی و پر از قهوه را به شکار سیاره‌های فراخورشیدی گذراند و به آلبوم «تنگه‌های وحشتناک» یک پسادکتر گوش می‌کرد، قبل از اینکه به بیرون بیفتد تا طلوع خورشید را بر فراز منظره‌ای پر از گدازه ببیند.

در همین حین، آژانس های فضایی وارد عمل شدند. در سال 1996، یکی از مدیران ناسا، دن گلدین، طرحی را منتشر کرد که عملاً مستقیماً از کشف اولین سیارات فراخورشیدی غول‌پیکر گازی تا منطقه انتهایی سرعت می‌گرفت. طرح او مستلزم ایجاد رصدخانه‌های عظیم فضایی به نام «سیاره‌یاب‌های زمینی» بود که می‌توانستند اندازه‌گیری‌های طیف‌سنجی دقیقی از زمین‌های بیگانه انجام دهند و نور آن‌ها را به رنگ‌های اجزای آن بشکنند تا ترکیب شیمیایی آن‌ها را بفهمند.

بهتر از این، گلدین تصاویر واقعی از سیارات را می خواست. در سال 1990، کاوشگر وویجر ناسا، به دستور ساگان، عکسی از خانه را از خارج از مدار نپتون گرفت و کل جهان زنده، تنفسی و شکننده ما را به یک نقطه آبی کم رنگ معلق در فضای خالی تبدیل کرد. چه می‌شد اگر می‌توانستیم نقطه آبی کم‌رنگ دیگری را ببینیم که در سیاهی چشمک می‌زند؟

آژانس فضایی اروپا نسخه خود را از یک ماموریت حیات یاب زمین یابی به نام داروین طراحی کرد. کالتنگر که در آن زمان 24 ساله بود، برای کار روی آن درخواست داد و این کار را دریافت کرد. از خودم پرسیدم: اگر در زمانی زندگی می‌کنید که می‌توانید بفهمید که آیا ما در جهان تنها هستیم یا نه، و آیا من می‌توانم کمک کنم؟ او در کرنل گفت، گردنبند فیروزه‌ای که نماد یک نقطه آبی کم‌رنگ است و یک فنجان چای روی زانویش متعادل است. "با نگاهی به زندگی ام، احتمالاً این همان کاری است که می خواهم انجام دهم." او وظیفه داشت تا مبادلات طراحی ماموریت را در نظر بگیرد و فهرستی از ستارگانی را که ناوگان تلسکوپ های داروین باید برای سیارات اسکن کند، تهیه کند. به موازات آن دکترای خود را ادامه داد.

اما در دهه 2000، تلسکوپ‌های بزرگ شکار بیگانگان در دو سوی اقیانوس اطلس فرو ریخت. مطالعات داروین در سال 2007 ناکام ماند. یکی از دلایل آن برنامه توسعه ضعیف خود JWST بود که بودجه و دامنه توجه را از بین برد. یکی دیگر از تردیدهای علمی بود: در آن زمان، اخترشناسان هیچ سرنخی از ستارگان راه شیری نداشتند که دارای سیارات صخره ای با احتمال آب و هوای پایدار و معتدل هستند.

همانطور که توسط تلسکوپ فضایی کپلر که در سال 2009 پرتاب شد و هزاران سیاره فراخورشیدی را کشف کرد، مشخص شد که این کسر تقریباً یک در پنج خواهد بود. ماموریت یاب سیاره زمینی، اگر احیا شود، مکان های زیادی برای نشان دادن خواهد داشت.

با این حال، از زمان پرتاب کپلر، سازش‌های عمل‌گرایانه باعث شده است تا اختر زیست‌شناسان رویای کوچک‌تری داشته باشند و منابع خود را به مسیری فروتن‌تر هدایت کنند. رصدخانه ای مانند داروین می توانست سیگنال یک سیاره صخره ای را در کنار یک ستاره بسیار درخشان تر انتخاب کند - چالشی که اغلب با گرفتن عکس از یک کرم شب تاب در حین چرخش در اطراف نورافکن مقایسه می شود. اما اکنون یک راه ارزانتر دیگر وجود دارد.

سیگر و ستاره شناس هاروارد دیمیتار ساسلوف خواب دید روش جایگزین در سال 2000 - راهی برای بو کشیدن در جو یک سیاره فراخورشیدی حتی اگر نور سیاره و ستاره آن با هم ترکیب شوند. اول، تلسکوپ‌ها به دنبال سیاراتی می‌گردند که «ترانزیت» می‌کنند و از جلوی ستاره‌شان عبور می‌کنند، همانطور که از منظر زمین دیده می‌شود، که باعث کاهش جزئی در نور ستاره‌ها می‌شود. این ترانزیت ها سرشار از اطلاعات هستند. در طول یک گذر، طیف ستاره‌ای برآمدگی‌ها و تکان‌های جدید جوانه می‌زند، زیرا مقداری از نور ستاره از طریق حلقه جو در اطراف سیاره می‌تابد و مولکول‌های موجود در جو نور فرکانس‌های خاصی را جذب می‌کنند. تجزیه و تحلیل هنرمندانه تکان های طیفی، شیمی در ارتفاع بالا را نشان می دهد. تلسکوپ فضایی هابل آزمایش این تکنیک را در سال 2002 آغاز کرد. یافتن بخار سدیم در اطراف یک سیاره غول پیکر گازی دور؛ همراه با تلسکوپ های دیگر، از آن زمان این ترفند را روی ده ها هدف تکرار کرده است.

در حال حاضر جهان فقط نیاز به سرفه کردن برخی از جهان های مناسب مانند زمین برای نگاه کردن داشت.

به نظر می‌رسید که بررسی‌های فراسیاره‌ای با مشتری‌های بیش از حد پخته شده و نپتون‌های کوچک‌تر در اطراف ستارگان دیگر مواجه می‌شوند، اما سیارات سنگی با پتانسیل آب مایع تا دوران کپلر کمیاب باقی ماندند. در اواسط دهه 2010، کپلر نشان داده بود که دنیاهایی به اندازه زمین رایج هستند. حتی برخی از آنهایی که بالقوه قابل سکونت هستند را در حال عبور از مقابل ستارگان خود مشاهده کرد، مانند جفت Kaltenegger که برای بوروکی مدل شده بود. با این حال، نمونه‌های خاصی که کپلر معرفی کرد، برای مطالعه بعدی بسیار دور بودند. در همین حال، در سال 2016 ستاره شناسان دریافتند که نزدیک ترین ستاره به زمین، پروکسیما قنطورس، سیاره ای به اندازه زمین بالقوه قابل سکونت دارد. اما آن سیاره از ستاره خود عبور نمی کند.

در سال 2009، کالتنگر، که در آن زمان در هاروارد بود و این رشته را به تنهایی شکل داد، و یکی از همکارانش، وسلی تراب، مدرک دیگری را اضافه کردند. آنها به این فکر کردند که برای یک تمدن بیگانه چه چیزی لازم است گازهای با امضای زیستی روی زمین را شناسایی کنید - سیاره ای با پوشش نسبتاً تنگی از جو، در حال عبور از یک ستاره درخشان. آنها متوجه شدند که تلسکوپی مانند JWST تنها سیگنال‌های کوچکی از گازهای جوی را در طول هر گذر می‌بیند، بنابراین برای دستیابی به قطعیت آماری، ستاره‌شناسان باید ده‌ها یا حتی صدها گذر را رصد کنند که سال‌ها طول می‌کشد. بر اساس این بینش، اخترشناسان شروع به جستجوی زمین در مدارهای نزدیک به دور ستاره‌های کوتوله قرمز سردتر و کم‌نورتر کردند، جایی که سیگنال‌های جوی کمتر توسط نور ستاره‌ها غرق می‌شوند و گذرها بیشتر تکرار می‌شوند.

کیهان از راه رسید. در سال 2017، ستاره شناسان از کشف هفت سیاره سنگی در اطراف یک ستاره کوتوله قرمز به نام TRAPPIST-1 خبر دادند. سپس در سپتامبر، سیستم SPECULOOS-2 به عنوان یک نسخه پشتیبان ظاهر شد. این ستاره ها نزدیک هستند. آنها کم نور و قرمز هستند. هر کدام سیارات سنگی متعددی دارند که در حال عبور هستند. و از تابستان، JWST حتی بهتر از حد انتظار راه‌اندازی می‌شود. بخش قابل توجهی از پنج سال آینده را به شدت به این کره های درهم ریخته سنگ و مواد شیمیایی که به دور ستاره های عجیبشان می چرخند سپری خواهد کرد. برای نظریه‌پردازانی مانند کالتنگر که از رویاپردازی درباره زمین‌های متناوب به پیش‌بینی‌هایی درباره شیمی اتمسفر خود روی آوردند، دهه‌ها پیش‌بینی جای خود را به محو شدن آهسته طیف‌های خمیده در نمایشگرهای رایانه داده است.

بانوی بیگانه درخشان

برای بیش از دو سال، دفتر کالتنگر - همان دفتری که ساگان قبلاً در آن کار می کرد - در زمان یخ زده بود. اول همه گیر آمد، سپس تعطیلی. در ماه آگوست، او برگشته بود و با یک نشانگر در دست، روی تخته سفید خود جلو می رفت و فهرستی از ایده هایی را که در اتاق نویسنده به نظر نمی رسید، مرور می کرد. پیشتازان فضا سلسله. (گایا و SETI. اقیانوس‌های تاریک. اوزون. زمین. اقیانوس‌های کم عمق. آهن؟) او گفت: «این قسمت سرگرم‌کننده است.

کالتنگر در سال 2015 پس از حضور در هاروارد، سپس در هایدلبرگ، جایی که اولین آزمایشگاه خود را اداره کرد، مدیر مؤسس مؤسسه کارل ساگان شد. یک روز در دوران اقامت او در هایدلبرگ، ایمیلی از طرف او آمد جاناتان لونین، رئیس بخش نجوم در کرنل، از او پرسید که آیا می خواهد در مورد فرصت های مهم صحبت کند. "من می روم، خدای من، این یک رویداد "زن در علم" است. در یک نقطه خاص، شما تعداد زیادی از این دعوت‌ها را دریافت می‌کنید.» لونین در عوض به دنبال استخدام یک استاد جدید بود. کالتنگر پاسخ داد که ترجیح می دهد در یک موسسه بین رشته ای و متمرکز بر اختر زیست شناسی کار کند. او پیشنهاد کرد، بنابراین یکی را به اینجا هدایت کنید.

یک روز صبح اخیر در باغی در محوطه دانشگاه نه چندان دور از مؤسسه نشسته بودیم، که در کنار آن رودودندرون ها قرار داشت. در حالی که نور خورشید کمرنگ می شد، پرنده کوچکی از تنه درخت پرید، سیکادا وزوز کرد، و پهپاد یک ماشین چمن زنی نزدیک تر و سپس دورتر شد. بدیهی است که این یک دنیای مسکونی بود.

سهام کالتنگر در تجارت تخیل است: هم نوعی که اخترشناسان هنگام برنامه ریزی تلسکوپ فضایی 10 میلیارد دلاری مانند JWST به آن اعتماد می کنند و هم نوع شاعرانه تری که مخاطبان عمومی را به هیجان می آورد. پس این صحنه برای او چه شکلی بود؟

نگاهی به بالا انداخت. درختان دارای برگهای سبز بودند، مانند بسیاری از موجودات شناخته شده که فتوسنتز را انجام می دهند. آنها تکامل یافته بودند تا از خورشید زرد ما و تابش نور مرئی فراوان آن بهره ببرند، با استفاده از رنگدانه هایی که فوتون های آبی و قرمز را می ربایند در حالی که به طول موج های سبز اجازه می دهند از بین بروند. اما گیاهان اطراف ستارگان سردتر، حریص تر به نور، ممکن است رنگ های تیره تری به خود بگیرند. او گفت: «از نظر ذهن من، اگر بخواهم، با ما در باغ که زیر یک خورشید قرمز نشسته ایم، کاملاً متحول می شود. "همه چیز در اطراف شما، پشت سر شما بنفش است"، از جمله برگها.

نسخه‌های دره‌ی عجیب زمین به‌دلیل تردید آزاردهنده‌ای که او در طول کارش در مأموریت داروین در اوایل دهه ۲۰۰۰ ایجاد کرد، به‌شدت در تفکر کالتنگر به مدت دو دهه به چشم می‌خورد.

هدف در آن زمان مقایسه طیف‌های سیارات صخره‌ای و معتدل با آنچه که طیف زمین از دور به نظر می‌رسد، به دنبال سیگنال‌های آشکاری مانند اکسیژن مازاد به دلیل فتوسنتز گسترده بود. اعتراض کالتنگر این بود که در 2 میلیارد سال اول وجود زمین، جو آن اکسیژن نداشت. سپس میلیاردها سال دیگر طول کشید تا اکسیژن به سطوح بالایی برسد. و این علامت زیستی بالاترین غلظت خود را نه در طیف امروزی زمین، بلکه در طی یک پنجره کوتاه در اواخر دوره کرتاسه زمانی که پرندگان اولیه حشرات غول پیکر را در آسمان تعقیب کردند، به دست آورد.

کالتنگر می ترسید که بدون یک مدل نظری خوب برای چگونگی تغییر طیف خود زمین، مأموریت های بزرگ سیاره یابی به راحتی می توانند دنیای زنده ای را که با یک الگوی زمانی باریک مطابقت ندارد، از دست بدهند. او باید زمین را به عنوان یک سیاره فراخورشیدی در حال تکامل در طول زمان تصور کند. برای انجام این کار، او یکی از اولین مدل‌های آب و هوای جهانی را که توسط زمین‌شناس جیمز کاستینگ توسعه داده شد، اقتباس کرد، که هنوز هم شامل ارجاعاتی به دوران نوار مغناطیسی دهه 1970 است که از آن سرچشمه گرفت. کالتنگر این کد را به ابزاری سفارشی توسعه داد که می‌تواند نه تنها زمین را تجزیه و تحلیل کند. در طول زمان و همچنین سناریوهای کاملاً بیگانه، و این اسب کار آزمایشگاه او باقی می ماند.

روز بعد از گفتگویمان در باغ، در دفتری که در کنار دفتر کالتنگر بود، نشستم و از بالای شانه ربکا پین، دکترای فوق دکترا، نگاه کردم، در حالی که هر دو به خطوط تنگ متن روی پس‌زمینه سیاه چشم دوختیم. او گفت: "اگر با طرح رنگ مشکی نروم، در پایان روز چشمانم می خواهند از سرم بیفتند."

پین و همکارانش به نرم افزار خود حقایق اساسی درباره یک سیاره، مانند شعاع و فاصله مداری آن، و نوع ستاره آن را ارائه می دهند. آن‌ها سپس در مورد ترکیب احتمالی جوی آن حدس می‌زنند و مدل‌های خود را اجرا می‌کنند تا ببینند جو سیاره در طول اعصار چگونه ظاهر می‌شود. هنگامی که آنها این کار را برای SPECULOOS-2c انجام دادند، دیدند که مواد شیمیایی مجازی غرق در نور ستارگان مجازی از طریق واکنش های شیمیایی شبیه سازی شده، یکدیگر را از بین می برند، بالا می روند. فضای خیالی در نهایت به تعادل رسید و نرم افزار از جدول بیرون آمد. پین یکی را روی صفحه نمایش داد. او موش را روی ردیف به ردیف تکان داد و حدس هایی را در مورد دما و شیمی سیاره جدید در ارتفاعات مختلف نشان داد. با استفاده از این اطلاعات، او و همکارانش می‌توانند ترکیبات فراوانی را شناسایی کنند که JWST یا ابزار دیگری ممکن است قادر به دیدن آنها باشد.

از مطالعه زمین در طول زمان بسیاری از مقالات کالتنگر از همین الگو پیروی می کنند. ترفند او این است که آنچه را که از غنای زمین می دانیم در کف دست نظری خود جمع آوری کند، سپس آن را مانند توپ بسکتبال در محورهای مختلف بچرخاند. اگر به موقع آن را برگردانیم چه؟ اگر زمین بیگانه زمین شناسی متفاوتی داشت چه؟ فضای متفاوت؟ یک سطح تمام اقیانوسی؟ اگر دور خورشید قرمز، یا سوزان سوزان و داغ یک کوتوله سفید بچرخد، چه؟

به عنوان مثال در 2010 ، اون پیدا کرد اگر اتفاق مشابهی در یک سیاره فراخورشیدی رخ دهد، JWST آینده باید بتواند وجود گازهای ناشی از فوران آتشفشانی مانند فوران کوه پیناتوبو در سال 1991 در فیلیپین را استنباط کند. یا می‌تواند جهان‌هایی را شناسایی کند که نه با چرخش کربن بین سطح و جو (مانند زمین)، بلکه در عوض توسط گوگرد توسط آتشفشان ها آزاد می شود و سپس توسط نور ستاره ها تجزیه می شود. چنین چرخه‌های آب و هوایی زمانی اهمیت دارند که شما در تلاش برای شناسایی گازهای با امضای زیستی هستید و همچنین به این دلیل که آنها بخشی از فیزیک بزرگتر سیارات هستند. ساسلوف، که در این پروژه‌ها با کالتنگر همکاری می‌کرد، گفت: «امضاهای زیستی فقط به‌عنوان گیلاس روی کیک قرار دارند، اما اساساً کیک زیادی برای خوردن وجود دارد.

کالتنگر خارج از مدل‌سازی جوی خود، دهه گذشته را نیز صرف جست‌وجوی زمین کرده است تا چیزی از کابینه کنجکاوی‌های یک اختر زیست‌شناس را جمع‌آوری کند: یک پایگاه داده عمومی از طیف‌های عجیب. اگر اخترشناسان موفق به یافتن یک تکان غیرعادی در یک طیف سیاره فراخورشیدی شوند، پایگاه داده او می تواند کلید رمزگشایی آن را فراهم کند.

برای مثال، در سفری به پارک ملی یلوستون، کالتنگر از لکه‌های میکروبی رنگارنگ بر روی سطوح حوضچه‌های داغ شگفت زده شد. این امر باعث شد که او و همکارانش 137 گونه باکتری را در ظروف پتری کشت کنند طیف های خود را منتشر کنند. گفت: "احتمالاً رنگی در رنگین کمان وجود ندارد که شما در حال حاضر نتوانید آن را روی زمین پیدا کنید." لین روچیلد، یک زیست شناس مصنوعی در مرکز تحقیقات ایمز ناسا و یکی از همکاران این پروژه. گروه کالتنگر با الهام از کار یک همکار دیگر در حفاری هسته های یخی در قطب شمال، 80 میکروب سرد دوست مشابه آنچه ممکن است در یک سیاره یخی تکامل یابد، جدا کردند. انتشار پایگاه داده مرجع از این طیف ها در ماه مارس امسال

دنیاهای دیگر ممکن است بیوفلورسانس باشد. بر روی زمین، موجودات فلورسنت زیستی مانند مرجان ها با جذب نور ماوراء بنفش و انتشار مجدد آن به عنوان نور مرئی، از خود در برابر اشعه ماوراء بنفش محافظت می کنند. با توجه به اینکه سیاراتی در منظومه‌های ستاره‌ای کوتوله قرمز مانند TRAPPIST-1 در تابش اشعه ماوراء بنفش غوطه‌ور هستند، کالتنگر استدلال می‌کند که حیات بیگانه در آنجا می‌تواند فرآیند مشابهی را ایجاد کند. (از آن زمان به او به عنوان "آن بانوی درخشان بیگانه" یاد می شود.) او همچنین قصد دارد مجموعه ای از طیف ها را به دست آورد که نشان دهنده جهان های گدازه ای ممکن است. یک همکار زمین شناس و یک فوق دکتری تازه وارد به زودی شروع به ذوب سنگ ها خواهند کرد.

با افزایش فهرست نشریات او، کالتنگر هم فرصت ها و هم حقارت های یک دانشمند زن ستاره نوظهور را تجربه کرده است. یک بار، زمانی که او در هاوایی در حال فیلمبرداری کوتاهی از آی‌مکس در جستجوی زندگی بود، تهیه‌کنندگان او را لباس کوتاهی پوشاندند تا با تصورشان از دانشمندی به نام لورا درن مطابقت داشته باشد. پارک ژوراسیک شخصیت؛ سپس این تصمیم نیاز به آرایش بیشتر برای پوشاندن تمام نیش پشه ها داشت.

همکاران می گویند که در یک میدان تنگ که مجبور به اشتراک گذاری زمان محدودی از تلسکوپ است، او یک حضور پرشور و گرم کننده است. انگشتان او در هوا می بافند که او صحبت می کند. جملات و داستان‌ها معمولاً به خنده‌های بزرگ می‌رسند. روچیلد می‌گوید: «او هر متنی را به من امضا می‌کند «بغل». "من هیچ همکار دیگری ندارم که این کار را انجام دهد."

اولین نقطه روی نقشه

اولین امضاهای زیستی، سیگنال های ریز و مبهم خواهند بود که در معرض تفاسیر متخاصم قرار می گیرند. در واقع، برخی ادعاها قبلاً ظاهر شده است.

مرتبط ترین مطالعه موردی دنیای نجوم را در پاییز 2020 تکان داد. تیمی از سیگر اعلام کرد آنها یک ترکیب غیرمعمول به نام فسفین را در اتمسفر فوقانی زهره مشاهده کردند، سیاره ای متورم و اسیدی که معمولا به عنوان عقیم رد می شود. روی زمین، فسفین معمولاً توسط میکروب ها تولید می شود. در حالی که برخی از فرآیندهای غیرزیست نیز می توانند این ترکیب را تحت شرایط خاصی بسازند، تجزیه و تحلیل تیم نشان داد که این فرآیندها به احتمال زیاد در زهره رخ نمی دهد. به نظر آنها، این امر باعث شد که موجودات کوچک شناور زهره به عنوان یک توضیح قابل قبول باقی بماند. "زندگی در زهره؟" را نیویورک تایمز عنوان شگفت زده.

گروه های بیرونی اردوگاه های متضاد تشکیل دادند. برخی از کارشناسان از جمله ویکتوریا میدوزیک مدلساز جو سیاره فراخورشیدی در دانشگاه واشنگتن که از رویکردی مشابه با کالتنگر استفاده می کند، داده های زهره را دوباره تحلیل کرد و به این نتیجه رسید که سیگنال فسفین فقط یک سراب است: ماده شیمیایی حتی وجود ندارد. دیگران، از جمله Lunine در کورنل، استدلال کردند که حتی اگر فسفین وجود داشته باشد، در واقع می تواند از منابع زمین شناسی باشد.

کالتنگر این نقدها را معتبر می داند. به نظر او، حماسه فسفین یک حلقه بازخورد بین علم و بودجه علمی را برجسته می کند که ممکن است امضاهای زیستی نامزدهای آینده را نیز درگیر کند. در زمان اعلام فسفین، ناسا در آخرین مراحل انتخاب بین چهار ماموریت کوچک منظومه شمسی بود که دو مورد از آنها به زهره متصل بودند. در تابستان بعد، ناسا اعلام کرد که آن دو برای پرواز انتخاب شده اند. کالتنگر با خنده گفت: مطالعه فسفین "روشی عالی برای تایید ماموریت ها در زهره بود." "این برداشت کنایه آمیز است." (جین گریوز، نویسنده اصلی مطالعه فسفین، گفت که تیم او فرآیند انتخاب ماموریت را در نظر نگرفت و زمان بندی مقاله تصادفی بود.)

مرحله بعدی در جستجوی امضاهای زیستی سیارات فراخورشیدی به آنچه که JWST در مورد سیارات TRAPPIST-1 فاش می کند، بستگی دارد. دیدن امضاهای واقعی زیستی در آسمان آنها ممکن است بعید باشد. اما این تلسکوپ می تواند دی اکسید کربن و بخار آب را در انواع نسبت هایی که مدل های مبتنی بر زمین و زهره پیش بینی می کنند، شناسایی کند. این امر تأیید می‌کند که مدل‌سازان دارای یک دسته مناسب برای چرخه‌های ژئوشیمیایی در سراسر کهکشان هستند و کدام جهان‌ها ممکن است واقعاً قابل سکونت باشند. دیدن چیزی غیرمنتظره تر به محققان کمک می کند مدل های خود را اصلاح کنند.

یک احتمال تلخ تر این است که این سیارات اصلاً جو ندارند. ستاره‌های کوتوله‌ی سرخ مانند TRAPPIST-1 شعله‌های خورشیدی از خود ساطع می‌کنند که می‌تواند همه چیز را به جز سنگ خالی کند. (کالتنگر در این مورد تردید دارد و استدلال می کند که انتشار گازی سیارات باید همچنان آسمان آنها را دوباره پر کند.)

تا نیمه دوم این دهه، داده‌های حاصل از گذر سیاره‌های متعدد روی هم انباشته می‌شود، که برای اخترشناسان کافی است تا نه تنها به دنبال شیمی در این دنیاها بگردند، بلکه همچنین بررسی کنند که چگونه مولکول‌های داده شده از فصلی به فصل دیگر موم می‌شوند و از بین می‌روند. در آن زمان مشاهدات تکمیلی می توانند به داده ها اضافه کنند. چندین رصدخانه جدید و بسیار بزرگ قرار است از سال 2027 آینه هایی به اندازه حوضه را به روی کیهان باز کنند - از جمله بزرگترین آنها، تلسکوپ بسیار بزرگ در شیلی. این تلسکوپ‌ها نسبت به JWST نسبت به طول موج‌های مختلف نور حساس خواهند بود و مجموعه‌ای از ویژگی‌های طیفی جایگزین را بررسی می‌کنند و همچنین باید بتوانند سیارات خارج از گذر را مطالعه کنند.

همه این ابزارها هنوز از آنچه شکارچیان امضای زیستی واقعاً می‌خواهند، چیزی که همیشه می‌خواستند، کوتاهی می‌کنند: یکی از آن سیاره‌یاب‌های غول پیکر فضایی. در اوایل سال جاری، زمانی که آکادمی ملی علوم یک گزارش تأثیرگذار و تعیین دستور کار به نام بررسی دهه‌ای را منتشر کرد که ایده‌های جامعه نجوم را در مورد آنچه ناسا باید در اولویت قرار دهد خلاصه می‌کند، آنها عملاً یک فشار عمده در مورد این موضوع را به دهه 2030 موکول کردند.

"من به این فکر کرده ام: اگر ما نباشیم چه می شود؟" کالتنگر گفت. "اگر نسل ما نباشد چه؟" او بر اساس سریع‌ترین فرصتی که تلسکوپ شکار سیاره‌ای نسل بعدی واقعی می‌تواند پرواز کند، تخمین می‌زند که محتمل‌ترین نامزد برای رهبری چنین مأموریتی احتمالاً اکنون در مقطع کارشناسی ارشد است.

او گفت که دوباره، گروه دانشمندان اولیه سیاره‌های فراخورشیدی او همیشه رویاپرداز بوده‌اند. و علم همیشه یک فعالیت بین نسلی بوده است.

او در دفترش که مال ساگان بود نشسته بود، صحنه ای خاص را ترسیم کرد. یک مسافر در آینده دور از پل یک فضاپیمای در حال خروج مانند آن بالا می رود سرمایه گذاری، آماده سفر به دنیای جدید. کالتنگر مطمئن است که خودش در کشتی نخواهد بود، اما، او گفت، "در چشمانم، آنها را با این نمودار ستاره قدیمی می بینم." نقشه عتیقه مکان سیارات زنده نامزد را مشخص می کند. احتمالاً منسوخ شده باشد و فقط به دلایل احساسی همراه باشد. اما من می‌خواهم کسی باشم که اولین نقطه‌ها را روی این نقشه قرار می‌دهد.»