Unelma muukalaisen elämän löytämisestä löytää uutta toivoa

Yksi monista kertoista Lisa KalteneggerHänen unelmansa tärisi hieman lähemmäksi todellisuutta kylmänä huhtikuun aamuna kymmenen vuotta sitten tähtitieteen konferenssissa. Hän puristi muistelemaansa kauheaa, aivan kauheaa kuppia kahvia, ei siksi, että hän aikoi juoda sitä lisää, vaan koska hän oli odottanut jonossa ja se oli lämmin hänen käsissään. Sitten Bill Borucki kääntyi hänen suuntaansa.

Hän valmistautui käskemään häntä välttämään kahvia. Mutta Boruckilla, NASAn Kepler-tehtävän, avaruusteleskoopin, joka on suunniteltu metsästämään muita tähtiä (tai "eksoplaneettoja") kiertäviä planeettoja, johtajalla oli muutakin keskusteltavaa. Kepler oli nähnyt välähdyksen sen kaksi ensimmäistä Maan kokoista eksoplaneettaa, joiden pinnalle on hyvä mahdollisuus saada nestemäistä vettä. Nämä olivat sellaisia ​​outoja uusia maailmoja, joita kaikki konferenssissa olleet – ja mahdollisesti suurin osa ihmiskunnasta – olivat kuvitelleet ainakin kerran. Voisiko Kaltenegger vahvistaa, että planeetat voivat olla asumiskelpoisia?

Kaltenegger, tuolloin astrofyysikko Max Planck Institute for Astronomyssa Heidelbergissä, Saksassa, alkoi ajaa uusia ilmastomalleja ennen konferenssin päättymistä sisältäen perusasiat, kuten planeettojen halkaisijat ja niiden tähden haalean hehkun. Hänen lopullinen vastauksensa: pätevä kyllä. Planeetat saattavat olla sopivia elämälle tai ainakin nestemäiselle vedelle; ne voisivat olla jopa vesimaailmoja loputtomien valtamerten ympäröimänä ilman, että aaltojen yläpuolella olisi ainuttakaan kivipaljastuma. Varoitus oli, että hän tarvitsee tarkempia havaintoja ollakseen varma.

Kalteneggeristä on sittemmin tullut ehkä maailman johtava mahdollisesti asumiskelpoisten maailmojen tietokonemallintaja. Vuonna 2019, kun toinen eksoplaneettoja metsästävä NASA-avaruusalus nimeltä TESS löysi oman ensimmäiset kiviset, lauhkeat maailmat, hänet kutsuttiin jälleen näyttelemään kosmisen kodin tarkastajaa. Viimeksi belgialainen SPECULOOS-kysely pyysi häntä ymmärtämään vasta löydetty Maan kokoinen planeetta nimeltä SPECULOOS-2c, joka on epävarman lähellä tähteään. Hän ja hänen kollegansa suorittivat analyysin, joka ladattiin nimellä esipainos syyskuussa osoittaen, että SPECULOOS-2c:n vesi saattaa olla höyryämässä pois kuin saunahöyry, kuten kaikki Venuksen meret tekivät kauan sitten ja kuten Maan omat valtameret alkavat tehdä puolen miljardin vuoden kuluttua. Teleskooppihavaintojen pitäisi kyetä kertomaan muutaman vuoden sisällä, jos näin tapahtuu, mikä auttaa paljastamaan oman planeettamme tulevaisuuden ja rajaa entisestään veitsenterän eroa vihamielisten ja asumiskelpoisten maailmojen välillä galaksissa.

Simuloiessaan ersatz-maita ja spekulatiivisempia visioita elävistä planeetoista Kaltenegger hyödyntää maapallon omituista elämää ja geologiaa kehittääkseen systemaattisemman joukon odotuksia siitä, mikä voisi olla mahdollista muualla. "Yritän tehdä perusasiat", hän kertoi minulle vieraillessaan äskettäin Cornellin yliopistossa, jossa hän johtaa instituuttia, jonka nimi on Carl Sagan, toinen karismaattinen Ithaca-tähtitieteilijä, jolla on suuria ideoita ihmiskunnan yksinäisen kosmoksen oleskelun lopettamisesta.

Hänen kaiken kattava etsintä - muukalaisen elämän etsiminen - on siirtymässä ennennäkemättömään vaiheeseen. Lukuun ottamatta jonkin maan ulkopuolisen radiolähetyksen kaltaisen sinisilmäistä saapumista, useimmat tähtitieteilijät uskovat, että paras lähiajan mahdollisuutemme kohdata muuta elämää kosmoksessa on havaita biosignature-kaasuja – kaasuja, jotka olisivat voineet tulla vain elämästä. kelluu eksoplaneettojen ilmakehässä. Sellainen etämittaus, joka tarvitaan tällaisen havainnoinnin tekemiseen, on rasittanut jopa ihmiskunnan edistyneimpien observatorioiden kykyjä. Mutta James Webbin avaruusteleskooppi (JWST) on nyt ensimmäisten kuukausien havainnoissaan, joten tällainen löytö on tullut mahdolliseksi.

Seuraavien vuosien aikana valtava avaruusteleskooppi tarkastelee tarkasti kourallisen kivisiä maailmoja, joita pidetään todennäköisimmin asumiskelpoisina, mukaan lukien luultavasti uusi SPECULOOS-2c. JWST:n tutkimusten tulisi ainakin selvittää, onko näillä planeetoilla ilmakehää; ne saattavat myös osoittaa, että jotkut tippuvat nestemäisestä vedestä. Kaikkein optimistisesti - jos biosfäärit kukkivat helposti Maan kaltaisista maailmoista - kaukoputki voi havaita esimerkiksi hiilidioksidin, hapen ja metaanin parittomat suhteet jollain näistä planeetoista. Tähtitieteilijät voivat sitten kokea kiusauksen syyttää sekoitusta maan ulkopuolisen ekosysteemin olemassaolosta.

Biosignatuurien löytäminen vaatii Kalteneggerin ja pienen ryhmän hänen ikäisensä puristamaan varmuutta erittäin harvoista fotoneista. Sen lisäksi, että he etsivät ilmakehän signaalit eivät ole heikkoja, hänen ja hänen kollegoidensa on mallinnettava planeetan mahdollinen tähtien valon, kiven ja ilman vuorovaikutus riittävän tarkasti varmistaakseen, ettei mikään muu kuin elämä voisi selittää tietyn ilmakehän kaasun läsnäoloa. Jokaisen tällaisen analyysin on navigoitava Scyllan ja Charybdisin välillä, välttäen sekä vääriä negatiivisia asioita – elämää oli olemassa, mutta sinä missasit sen – että vääriä positiivisia, jotka löytävät elämän siellä, missä sitä ei ole.

Väärin johtamisella on seurauksia. Toisin kuin useimmat tieteelliset pyrkimykset, maan ulkopuolisen elämän merkkien etsiminen tapahtuu väistämättömässä valokeilassa ja turboahdetussa informaatioekosysteemissä, jossa kuka tahansa tiedemies huutaa "Elämä!" vääntää rahoituksen, huomion ja yleisön luottamusta. Kalteneggerillä itsellään oli äskettäin eturivin paikka juuri tällaisessa jaksossa.

Hänen sukupolvensa kohtaa toista painetta, jonka aioin poseerata hienovaraisesti, mutta päädyin räjähtämään vain tunnin kuluttua hänen tapaamisestaan. Hän ja hänen kollegansa aloittivat uransa eksoplaneettojen aikakauden kynnyksellä. Nyt he kilpailevat löytääkseen elämän yhdestä ennen kuolemaansa.

Planetaariset unelmoijat

Nykyaikainen biosignatuurien etsintä alkoi melkein heti sen jälkeen, kun vuonna 1995 löydettiin ensimmäinen eksoplaneetta – kaasujättiläinen – joka kiertää auringon kaltaista tähteä. Planeetanmetsästys muuttui pian kireäksi ja kilpailulliseksi kilpailuksi otsikoista. Jotkut vanhemmat tähtitieteilijät epäilivät, voisiko räikeä, resursseja nälkäinen osakenttä tuottaa paljon enemmän kuin yksittäisiä mittauksia muutamista ainutlaatuisista planeetoista. "Ihmiset olivat avoimesti skeptisiä, ja jotkut ihmiset olivat vihaisia ​​sitä vastaan", sanoi Sarah Seager, eksoplaneetan tähtitieteilijä Massachusetts Institute of Technologyssa. Samaan aikaan samanmielisten tutkijoiden erillisalueet alkoivat kokoontua työpajoihin tutkimaan avoimen taivaan arvoisia uusia kysymyksiä. "Emme koskaan sanoneet ei millekään idealle", sanoi Seager, joka oli tuolloin jatko-opiskelija.

Kaltenegger oli fuksi yliopistossa, kun uutiset ensimmäisistä jättimäisistä eksoplaneetoista putosivat. Hän oli kasvanut pienessä kaupungissa Itävallassa vanhempiensa kanssa, jotka tukivat hänen kiinnostusta matematiikasta, fysiikasta ja kielistä. kaupungin kirjastonhoitajat tunsivat hänet niin hyvin, että he antoivat hänelle uusia kirjoja, joita he eivät olleet vielä luokitelleet. "Kaikki oli mahdollista", hän sanoi kasvatuksestaan. Grazin yliopistossa hän houkutteli uusien maailmojen etsimiseen. Seager, joka tapasi Kalteneggerin kesäkouluohjelmassa vuonna 1997, ylistää nyt huomattavaa rohkeutta, joka sai opiskelijan liittymään ala-alalle, joka oli vielä niin marginaalinen ja lyhytaikainen. "Se, että sain olla paikalla alussa - se ei ollut vain sattumaa", Seager sanoi. Kalteneggerin perustutkinto-opintojen loppuun mennessä hän oli houkutellut Euroopan unionin rahoitusta ja kutsunut itsensä avoimeen paikkaan Kanariansaarten Teneriffan observatorioon. Siellä hän vietti pitkiä, kahvia sisältäviä öitä metsästäen eksoplaneettoja, kuunnellen postdocin Dire Straits -albumia silmukalla ennen kuin kompastui ulos näkemään auringon nousevan laavan täynnä olevan maiseman yli.

Samaan aikaan avaruusjärjestöt osallistuivat toimintaan. Vuonna 1996 NASA:n ylläpitäjä Dan Goldin julkisti suunnitelman, joka olisi käytännössä jatkunut suoraan ensimmäisten kaasujättiläisten eksoplaneettojen löytämisestä aina päätealueelle asti. Hänen suunnitelmansa vaati massiivisia avaruuteen perustuvia observatorioita, nimeltään Terrestrial Planet Finders, jotka voisivat tehdä yksityiskohtaisia ​​spektroskooppisia mittauksia ulkomaalaismaista ja hajottaa niiden valon komponenttiväreihin ymmärtääkseen niiden kemiallisen koostumuksen.

Mikä parasta, Goldin halusi todellisia kuvia planeetoista. Vuonna 1990 NASA:n Voyager-luotain oli Saganin käskystä ottanut kuvan kodista Neptunuksen kiertoradan takaa, jolloin koko elävä, hengittävä, hauras maailmamme muuttui vaaleansiniseksi pisteeksi, joka oli ripustettu tyhjiöön. Mitä jos näkisimme toisen vaaleansinisen pisteen tuikkivan mustana?

Euroopan avaruusjärjestö selvitti oman versionsa maapallon kaksoispartio-, elämänetsintätehtävästä nimeltä Darwin. Tuolloin 24-vuotias Kaltenegger haki töihin ja sai työpaikan. "Kysyin itseltäni: jos elätte aikana, jolloin voit selvittää, olemmeko yksin maailmankaikkeudessa, ja voinko auttaa?" hän sanoi Cornellissa, pukeutuen turkoosiin jalokivikaulakoruun, joka symboloi vaaleansinistä pistettä ja tasapainotti teekuppia polvellaan. "Kun katson elämääni taaksepäin, niin luultavasti haluan tehdä sen." Hän sai tehtäväkseen pohtia tehtävän suunnittelun kompromisseja ja laatia luettelo tähdistä, joista Darwinin teleskooppilaivaston pitäisi etsiä planeettoja; samanaikaisesti hän suoritti tohtorin tutkintonsa.

Mutta 2000-luvulla visiot suurista avaruusolioiden metsästysteleskooppeista murenivat Atlantin molemmin puolin. Darwinin tutkimukset tyrehtyivät vuonna 2007. Yksi syy oli JWST:n oma heikentynyt kehitysaikataulu, joka söi budjetit ja huomionvälit. Toinen oli tieteellinen epäilys: tuohon aikaan tähtitieteilijöillä ei ollut aavistustakaan, millä osalla Linnunradan tähdistä on kiviplaneettoja, joilla on mahdollisuus vakaaseen, lauhkeaan ilmastoon.

Tämä osuus olisi noin yksi viidestä, kuten Kepler-avaruusteleskooppi paljasti, joka laukaistiin vuonna 2009 ja löysi tuhansia eksoplaneettoja. Terrestrial Planet Finder -operaatiolla, jos sellainen herätetään henkiin, olisi paljon paikkoja osoittaa.

Keplerin käynnistämisen jälkeen käytännölliset kompromissit ovat kuitenkin saaneet astrobiologit haaveilemaan pienemmästä ja ohjaamaan resurssejaan vaatimattomalle tielle. Darwinin kaltainen observatorio olisi voinut poimia kiviplaneetan signaalin paljon kirkkaamman tähden vierestä – haaste usein verrattuna tulikärpäsen kuvaamiseen sen lentää valonheittimen ympärillä. Mutta nyt on toinen, halvempi tapa.

Seager ja Harvardin tähtitieteilijä Dimitar Sasselov haaveillut vaihtoehtoinen menetelmä vuonna 2000 – tapa haistella eksoplaneetan ilmakehään, vaikka planeetalta ja sen tähdestä tuleva valo sekoittuisi yhteen. Ensinnäkin kaukoputket etsivät planeettoja, jotka "kulkevat" ylittäen tähtensä edessä Maan perspektiivistä katsottuna, mikä aiheuttaa tähtien valon pienenemisen. Nämä kauttakulkuyhteydet ovat runsaasti tietoa. Siirron aikana tähden spektri synnyttää uusia kuoppia ja heiluu, koska osa tähtien valosta paistaa planeetan ympärillä olevan ilmakehän läpi ja ilmakehän molekyylit absorboivat tiettyjen taajuuksien valoa. Spektrien heilahtelujen taitava analyysi paljastaa korkean paikan kemian. Hubble-avaruusteleskooppi alkoi testata tätä tekniikkaa vuonna 2002, löytää natriumhöyryä kaukaisen kaasujättiplaneetan ympärillä; muiden kaukoputkien ohella se on sittemmin toistanut tempun kymmeniin kohteisiin.

Nyt universumin täytyi vain yskiä joitain sopivia Maan kaltaisia ​​maailmoja katsottavaksi.

Eksoplaneettojen tutkimukset näyttivät löytäneen runsaasti ylikypsiä Jupitereita ja alakokoisia Neptunuksia muiden tähtien ympärillä, mutta kiviplaneetat, joissa oli potentiaalia nestemäiselle vedelle, olivat niukkoja Keplerin aikakauteen asti. 2010-luvun puoliväliin mennessä Kepler oli osoittanut, että Maan kokoiset maailmat ovat yleisiä; se jopa havaitsi joitain mahdollisesti asumiskelpoisia kulkemassa tähtiensä edessä, kuten Boruckille mallinnetun Kaltenegger-parin. Silti Keplerin löytämät esimerkit olivat liian kaukana hyvään seurantatutkimukseen. Sillä välin vuonna 2016 tähtitieteilijät havaitsivat, että maapalloa lähimmällä tähdellä, Proxima Centaurilla, on mahdollisesti asuttava Maan kokoinen planeetta. Mutta tuo planeetta ei kulje tähtensä kautta.

Vuonna 2009 Kaltenegger, silloin Harvardissa ja muotoili alaa omalla tavallaan, ja yhteistyökumppani Wesley Traub lisäsivät vielä yhden pätevyyden. He miettivät, mitä muukalaissivilisaatio vaatisi havaita biosignature-kaasut maan päällä - planeetta, jolla on suhteellisen tiukka ilmakehä, joka kulkee kirkkaan tähden kautta. He ymmärsivät, että JWST:n kaltainen teleskooppi näkisi vain pieniä signaaleja ilmakehän kaasuista jokaisen kuljetuksen aikana, joten tilastollisen varmuuden saavuttamiseksi tähtitieteilijät joutuisivat tarkkailemaan kymmeniä tai jopa satoja läpikulkuja, mikä kestäisi vuosia. Tämän näkemyksen pohjalta tähtitieteilijät alkoivat etsiä maapalloja läheisillä kiertoradoilla himmeämpien, kylmempien punaisten kääpiötähtien ympärillä, missä tähtien valo ei tukahdu ilmakehän signaaleja ja läpikulku toistuu useammin.

Kosmos tuli läpi. Vuonna 2017 tähtitieteilijät ilmoittivat löytäneensä seitsemän kiviplaneettaa TRAPPIST-1-nimisen punaisen kääpiötähden ympäriltä. Sitten syyskuussa SPECULOOS-2-järjestelmä nousi esiin varmuuskopiona. Nämä tähdet ovat lähellä. Ne ovat himmeitä ja punaisia. Niillä jokaisella on useita kiviplaneettoja, jotka kulkevat. Ja kesästä lähtien JWST on toiminnassa jopa odotettua paremmin. Se viettää huomattavan osan seuraavista viidestä vuodesta tuijottaen lujasti näitä sotkuisia kivi- ja kemikaalipalloja, jotka pyörivät outojen tähtien ympärillä. Kalteneggerin kaltaisille teoreetikoille, jotka siirtyivät haaveilemasta vaihtoehtoisista maapalloista ennusteiden tekemiseen ilmakehän kemiasta, vuosikymmeniä kestänyt odotus on antanut tiensä tietokonenäyttöjen kiharaisten spektrien hitaalle häipymiselle.

Hehkuva Alien Lady

Yli kahden vuoden ajan Kalteneggerin toimisto – sama, jossa Sagan työskenteli ennen – oli jumissa. Ensin tuli pandemia, sitten sapatti. Elokuussa hän palasi ja eteni taulullaan tussi kädessään ja tarkasteli luetteloa ideoista, jotka eivät näyttäisi sopimattomilta kirjailijan huoneessa. Star Trek sarja. (Gaia ja SETI. Tummat valtameret. Otsoni. Maa. Matalat valtameret. Rauta?) "Tämä on hauskin osa", hän sanoi ja selailee jo julkaisemiensa lehtien aiheita.

Kalteneggerista tuli Carl Sagan -instituutin perustajajohtaja vuonna 2015 Harvardissa, sitten Heidelbergissä, jossa hän johti ensimmäistä laboratoriotaan. Eräänä päivänä hänen ollessaan Heidelbergissä, saapui sähköposti osoitteesta Jonathan Lunine, Cornellin tähtitieteen osaston johtaja, kysyen, halusiko hän puhua tärkeistä mahdollisuuksista. "Menen, voi luoja, se on "nainen tieteessä" -tapahtuma. Jossain vaiheessa saat liian monta kutsua." Lunine halusi sen sijaan palkata uuden professorin. Kaltenegger vastasi, että hän mieluummin työskentelee monitieteisessä, astrobiologiaan keskittyvässä instituutissa. Joten johda yksi tänne, hän ehdotti.

Eräänä äskettäin aamuna istuimme puutarhassa kampuksella, joka ei ole kaukana instituutista, rododendronien reunustamana. Kun pilkullinen auringonvalo suodattui alas, pieni lintu hyppäsi puunrunkoon, laulukaskas surissi ja ruohonleikkurin kuohuminen siirtyi lähemmäs ja sitten kauemmas. Tämä oli ilmeisesti asuttu maailma.

Kalteneggerin kauppatavara on mielikuvitus: sekä sellainen, johon tähtitieteilijät luottavat suunnitellessaan 10 miljardin dollarin avaruusteleskooppia, kuten JWST, että runollisempi laji, joka herättää yleisöä. Miltä tämä kohtaus sitten näytti hänestä?

Hän katsoi ylös. Puilla oli vihreät lehdet, kuten useimmilla tunnetuilla fotosynteesiä suorittavilla organismeilla. Ne olivat kehittyneet hyödyntämään keltaista aurinkoamme ja sen runsasta näkyvän valon säteilyä käyttämällä pigmenttejä, jotka sieppaavat sinisiä ja punaisia ​​fotoneja samalla, kun ne antavat vihreiden aallonpituuksien pomppia pois. Mutta kylmempien tähtien ympärillä olevat kasvit, jotka ovat ahneempia valolle, saattavat saada tummempia sävyjä. "Minun mielessäni, jos haluan, se vain muuttuu täysin meidän kanssamme puutarhassa, istuen punaisen auringon alla", hän sanoi. "Kaikki on violettia ympärilläsi, takanasi", mukaan lukien lehdet.

Kummallisen laakson versiot maasta ovat olleet vahvasti esillä Kalteneggerin ajattelussa kahden vuosikymmenen ajan, johtuen hänestä 2000-luvun alussa Darwin-tehtävässä työskennellessään synnyttämästä kiusallista epäilystä.

Tavoitteena oli tuolloin verrata kivisten, lauhkean ilmaston planeettojen spektrejä siihen, miltä Maan spektri näyttäisi kaukaa katsottuna, etsimällä havaittavia signaaleja, kuten laajalle levinneen fotosynteesin aiheuttamaa hapen ylijäämää. Kaltenegger vastusti sitä, että maapallon olemassaolon ensimmäisen 2 miljardin vuoden aikana sen ilmakehässä ei ollut happea. Sitten kesti vielä miljardi vuotta ennen kuin happi nousi korkealle tasolle. Ja tämä biosignatuuri ei osunut korkeimpaan pitoisuuteensa Maan nykyisessä spektrissä, vaan lyhyen ikkunan aikana myöhäisellä liitukaudella, kun protolinnut jahtasivat jättiläishyönteisiä taivaalla.

Ilman hyvää teoreettista mallia siitä, miten Maan oma spektri on muuttunut, Kaltenegger pelkäsi, että suuret planeettojen etsintätehtävät voisivat helposti unohtaa elävän maailman, joka ei vastannut kapeaa ajallista mallia. Hänen täytyi kuvitella Maa eksoplaneetana, joka kehittyy ajan myötä. Tätä varten hän mukautti yhtä ensimmäisistä geotieteilijä James Kastingin kehittämistä globaaleista ilmastomalleista, joka sisältää edelleen viittauksia 1970-luvun magneettinauhan aikakauteen, jolta se sai alkunsa. Kaltenegger kehitti tästä koodista mittatilaustyönä tehdyn työkalun, joka pystyy analysoimaan maan lisäksi. läpi ajan mutta myös radikaalisti vieraita skenaarioita, ja se on edelleen hänen laboratorion työhevonen.

Puutarhakeskustelumme jälkeisenä päivänä istuin toimistossa Kalteneggerin vieressä ja katsoin postdoc Rebecca Paynen olkapään yli, kun me molemmat tuijottelimme tiukkoja tekstirivejä mustalla taustalla. "Jos en valitse mustaa värimaailmaa, päivän lopussa silmäni haluavat pudota pois päästäni", hän sanoi.

Payne ja hänen kollegansa syöttävät ohjelmistoonsa perustietoa planeettasta, kuten sen säteen ja kiertoradan etäisyyden sekä sen tähden tyypin. Sitten he tekevät arvauksia sen mahdollisesta ilmakehän koostumuksesta ja ajavat mallejaan nähdäkseen, miltä planeetan ilmakehä näyttäisi aikojen kuluessa. Kun he tekivät tämän SPECULOOS-2c:lle, he näkivät virtuaalisen tähtien valossa kylpevät virtuaaliset kemikaalit nousevan, putoavan ja tuhoavan toisensa simuloitujen kemiallisten reaktioiden kautta. Kuvitteellinen ilmapiiri asettui lopulta tasapainoon, ja ohjelmisto ponnahti esiin taulukosta. Payne nosti yhden näytölle. Hän pyyhkäisi hiirtä rivi toisensa jälkeen ja näytti arvauksia uuden planeetan lämpötilasta ja kemiasta eri korkeuksissa. Näiden tietojen avulla hän ja hänen kollegansa pystyivät tunnistamaan erityisen runsaasti yhdisteitä, joita JWST tai jokin muu instrumentti voisi nähdä.

Vuodesta Maan läpi kulkeva tutkimus monet Kalteneggerin paperit noudattavat samaa kaavaa. Hänen temppunsa on kerätä teoreettiseen kämmenensä mitä tiedämme Maan omasta rikkaudesta, ja sitten pyörittää sitä koripallon tavoin eri akseleita pitkin. Entä jos kelaamme sen takaisin ajoissa? Entä jos muukalaisella maapallolla olisi erilainen geologia? Erilainen tunnelma? Koko valtameren pinta? Entä jos se kiertäisi punaisen auringon tai valkoisen kääpiön paahtavan kuuman tuhkan?

Esimerkiksi 2010: ssä hän löysi että tuolloin tulevan JWST:n pitäisi pystyä päättelemään kaasujen läsnäoloa tulivuorenpurkauksesta, kuten vuoden 1991 Mount Pinatubo -purkauksesta Filippiineillä, jos vastaava tapahtuma tapahtuisi eksoplaneetalla. Tai se voisi tunnistaa maailmoja, joita ei hallitse hiilen kierto pinnan ja ilmakehän välillä (kuten maan päällä), vaan sen sijaan rikillä tulivuoret vapauttavat ja sitten hajottavat tähtien valon. Tällaisilla ilmastosykleillä on merkitystä, kun yrität tunnistaa biosignature-kaasuja, ja myös siksi, että ne ovat osa laajempaa planeettojen fysiikkaa. "Biosignatuurit vain istuvat siellä kirsikkana kakun päällä, mutta periaatteessa kakkua on paljon syötävää", sanoi Sasselov, joka teki yhteistyötä Kalteneggerin kanssa näissä projekteissa.

Ilmakehän mallinnuksensa lisäksi Kaltenegger on viime vuosikymmenen aikana myös tutkinut maapalloa kootakseen jotain astrobiologin uteliaisuuskaappia: julkisen tietokannan oudoista spektreistä. Jos tähtitieteilijät onnistuvat löytämään epänormaalin heilutuksen eksoplaneetan spektristä, hänen tietokantansa voisi tarjota avaimen sen tulkitsemiseen.

Esimerkiksi matkalla Yellowstonen kansallispuistoon Kaltenegger ihmetteli monivärisiä mikrobiviivoja kuumien lampien pinnoilla. Tämä sai hänet ja kollegansa viljelemään 137 bakteerilajia petrimaljoissa julkaista spektrinsä. "Sateenkaaressa ei todennäköisesti ole väriä, jota et löytäisi maapallolta juuri nyt", sanoi Lynn Rothschild, synteettinen biologi NASAn Ames Research Centerissä ja yhteistyökumppani projektissa. Kalteneggerin ryhmä on saanut inspiraationsa toisen kollegan työstä porattaessa jääsydämiä arktisella alueella, ja se eristi 80 kylmää rakastavaa mikrobia, jotka ovat samanlaisia ​​kuin jääplaneetalla, viitetietokannan julkaiseminen näistä spektreista maaliskuussa.

Toiset maailmat saattaa olla biofluoresoivaa. Maapallolla biofluoresoivat organismit, kuten korallit, suojaavat itseään ultraviolettivalolta absorboimalla sitä ja lähettämällä sen uudelleen näkyvänä valona. Ottaen huomioon, että TRAPPIST-1:n kaltaisten punaisten kääpiötähtijärjestelmien planeetat kylpevät ultraviolettisäteilyssä, Kaltenegger väittää, että muukalainen elämä siellä voisi kehittää samanlaisen prosessin. (Häntä on sittemmin sanottu "sä hehkuvana muukalaisnaisena".) Hän aikoo myös hankkia sarjan spektrejä, jotka edustavat mahdollisia laavamaailmoja; geotieteilijäkollega ja vasta saapunut postdoc alkavat pian sulattaa kiviä.

Julkaisulistansa kasvaessa Kaltenegger on kokenut sekä nousevan tähden naistutkijan mahdollisuudet että nöyryytykset. Kerran, kun hän kuvasi Havaijilla IMAX-lyhytfilmiä elämän etsinnästä, tuottajat pukivat hänet shortseihin vastaamaan heidän käsitystään tiedemiehestä, Laura Dernin. Jurassic Park merkki; päätös vaati sitten lisää meikkiä kaikkien hyttysten puremien peittämiseksi.

Tiukassa kentässä, joka on pakotettu jakamaan rajoitetun määrän teleskooppiaikaa, hän on piristävä, lämmittävä läsnäolo, yhteistyökumppanit sanoivat. Hänen sormensa kutovat ilmassa hänen puhuessaan; lauseilla ja tarinoilla on taipumus nousta suuriin naurunpurskeisiin. "Hän allekirjoittaa jokaisen tekstin minulle "halauksia", sanoi Rothschild. "Minulla ei ole toista kollegaa, joka tekisi niin."

Ensimmäiset pisteet kartalla

Ensimmäiset biosignatuurit ovat pieniä, moniselitteisiä signaaleja, jotka altistetaan ristiriitaisille tulkinnoille. Itse asiassa joitain väitteitä on jo esitetty.

Asiaankuuluvin tapaustutkimus järkytti tähtitieteen maailmaa syksyllä 2020. Tiimi, johon kuuluu Seager ilmoitti että he olivat havainneet epätavallisen yhdisteen nimeltä fosfiini Venuksen yläilmakehässä, paisuvalla, hapolla pestyllä planeetalla, jota tyypillisesti pidettiin steriilinä. Maapallolla fosfiinia tuottavat yleensä mikrobit. Vaikka jotkin abioottiset prosessit voivat myös tuottaa yhdistettä tietyissä olosuhteissa, ryhmän analyysi ehdotti, että näitä prosesseja ei todennäköisesti tapahdu Venuksella. Heidän mielestään tämä jätti pienet kelluvat Venuksen organismit uskottavaksi selitykseksi. "Elämää Venuksella?" the New York Times otsikko ihmetteli.

Ulkopuoliset ryhmät muodostivat vastakkaisia ​​leirejä. Jotkut asiantuntijat, mukaan lukien Victoria Meadows, Washingtonin yliopiston eksoplaneetan ilmakehän mallintaja, joka käyttää samanlaista lähestymistapaa kuin Kalteneggerin, analysoi Venuksen tiedot uudelleen ja päätteli, että fosfiinisignaali oli vain harhaa: kemikaalia ei ole edes olemassa. Toiset, mukaan lukien Lunine Cornellissa, väittivät, että vaikka fosfiinia olisi läsnä, se voisi itse asiassa olla peräisin geologisista lähteistä.

Kaltenegger pitää näitä kritiikkiä pätevinä. Hänen mukaansa fosfiinisaaga korostaa tieteen ja tiederahoituksen välistä palautesilmukkaa, joka saattaa sotkeutua myös tuleviin ehdokkaiden biosignatuureihin. Fosfiiniilmoituksen aikaan NASA oli viimeisessä vaiheessa valinnut neljän pienen aurinkokunnan tehtävän välillä, joista kaksi oli sidottu Venukseen. Seuraavana kesänä NASA ilmoitti, että nämä kaksi oli valittu lentämään. Fosfiinitutkimus "oli loistava tapa saada hyväksynnät Venuksen lennolle", Kaltenegger sanoi nauraen. "Se on sarkastinen näkemys." (Jane Greaves, fosfiinitutkimuksen johtava kirjoittaja, sanoi, että hänen tiiminsä ei ottanut huomioon tehtävän valintaprosessia ja paperin ajoitus oli sattumaa.)

Seuraava vaihe eksoplaneettojen biosignatuurien metsästämisessä riippuu siitä, mitä JWST paljastaa TRAPPIST-1-planeetoista. Todellisten biosignatuurien näkeminen heidän taivaalla saattaa olla epätodennäköistä. Mutta teleskooppi pystyi havaitsemaan hiilidioksidia ja vesihöyryä sellaisissa suhteissa kuin Maa- ja Venus-pohjaiset mallit ennustavat. Tämä vahvistaisi, että mallintajilla on kunnollinen käsitys siitä, mitkä geokemialliset syklit ovat tärkeitä galaksissa ja mitkä maailmat voivat todella olla asumiskelpoisia. Jotain odottamattomampaa näkeminen auttaisi tutkijoita korjaamaan malliaan.

Synkkä mahdollisuus on, että näillä planeetoilla ei ole lainkaan ilmakehää. Punaisten kääpiötähtien, kuten TRAPPIST-1:n, tiedetään lähettävän auringonpurkauksia, jotka voisivat riisua kaiken paitsi paljaan kiven. (Kaltenegger epäilee tätä väittäen, että planeettojen kaasupäästöjen pitäisi jatkuvasti täydentää taivaansa.)

Tämän vuosikymmenen jälkipuoliskolla dataa useista planeettojen kauttakulkuista on kertynyt, mikä riittää, jotta tähtitieteilijät eivät vain etsi kemiaa näistä maailmoista, vaan myös voivat tutkia, kuinka tietyt molekyylit vahantuvat ja heikkenevät vuodenajasta toiseen. Siihen mennessä täydentävät havainnot voisivat lisätä tietoja. Useat uudet, hämmästyttävän suuret observatoriot on määrä avata altaan kokoisia peilejä kosmokseen vuodesta 2027 alkaen – mukaan lukien suurin kaikista, Chilen Extremely Large Telescope. Nämä teleskoopit ovat herkkiä erilaisille valon aallonpituuksille kuin JWST, ja ne tutkivat vaihtoehtoisia spektriominaisuuksia, ja niiden pitäisi myös pystyä tutkimaan planeettoja kuljetuksen ulkopuolella.

Kaikki nämä instrumentit eivät vieläkään vastaa sitä, mitä biosignatuurien metsästäjät todella haluavat, mitä he ovat aina halunneet: yksi niistä jättimäisistä avaruuspohjaisista maanpäällisten planeettojen löytäjistä. Aiemmin tänä vuonna, kun National Academy of Sciences julkaisi vaikutusvaltaisen, asialistaa asettavan raportin nimeltä decadal survey, joka tiivistää tähtitiedeyhteisön ajatukset siitä, mitä NASA:n pitäisi priorisoida, he käytännössä siirsivät suuren sysäyksen asiaan 2030-luvulle.

"Olen miettinyt tätä: entä jos se ei ole me?" Kaltenegger sanoi. "Entä jos se ei ole meidän sukupolvemme?" Sen perusteella, kuinka pian todellinen seuraavan sukupolven planeettoja etsivä teleskooppi voisi lentää, hän arvioi, että todennäköisin ehdokas tällaisen tehtävän johtamiseen on luultavasti nyt ylioppilas.

Toisaalta hänen varhaisten eksoplaneettojen tutkijoiden joukko on aina ollut haaveilijoita, hän sanoi. Ja tiede on aina ollut sukupolvien välistä toimintaa.

Istuessaan toimistossaan, joka oli Saganin, hän piirsi tietyn kohtauksen. Kaukana tuleva matkailija kävelee lähtevän avaruusaluksen sillalla yritys, valmis matkustamaan uuteen maailmaan. Kaltenegger on varma, ettei hän itse ole laivalla, mutta "mielestäni näen heidät tällä vanhalla tähtikartalla", hän sanoi. Antiikkikartta merkitsisi ehdokkaiden elävien planeettojen sijainnit. Se olisi todennäköisesti vanhentunut, tuotu mukanaan vain tunteellisista syistä. "Mutta haluan olla se henkilö, joka laittaa ensimmäiset pisteet tälle kartalle."