חלום של גילוי חיי חייזרים מוצא תקווה חדשה

אחת מהפעמים הרבות ליסה קלטנגרהחלום של התקרב קצת יותר למציאות היה בבוקר קר של אפריל לפני עשור בוועידת אסטרונומיה. היא אחזה במה שהיא זוכרת שהיה כוס קפה נוראית, פשוט נוראית, לא בגלל שהיא התכוונה לשתות ממנו עוד, אלא בגלל שהיא חיכתה בתור והיה חם בידיה. ואז ביל בורוקי סטה לכיוונה.

היא הכינה את עצמה לומר לו להימנע מהקפה. אבל לבורוקי, ראש משימת קפלר של נאס"א, טלסקופ חלל שנועד לצוד כוכבי לכת המקיפים כוכבים אחרים (או "אקסו-כוכבים"), היה משהו אחר לדון בו. קפלר הבחין בכך שני כוכבי הלכת הראשונים שלו בגודל כדור הארץ עם סיכוי סביר שיהיו מים נוזליים על פני השטח שלהם. אלה היו מסוג העולמות החדשים והמוזרים שכולם בכנס - ואולי רוב המין האנושי - דמיינו לפחות פעם אחת. האם קלטנגר יאשר שכוכבי הלכת עשויים להיות ראויים למגורים?

קלטנגר, בזמנו אסטרופיזיקאי במכון מקס פלאנק לאסטרונומיה בהיידלברג, גרמניה, החל להפעיל מודלים אקלים חדשים לפני שהוועידה הסתיימה, תוך שילוב עובדות בסיסיות כמו קוטר כוכבי הלכת והזוהר הפושר של הכוכב שלהם. התשובה הסופית שלה: כן מוסמך. כוכבי הלכת עשויים להתאים לחיים, או לפחות למים נוזליים; הם יכולים אפילו להיות עולמות מים, עטופים באוקיינוסים אינסופיים ללא מחשוף סלע אחד שיחטט מעל הגלים. האזהרה הייתה שהיא תזדקק לתצפיות מתקדמות יותר כדי להיות בטוחה.

מאז קלטנגר הפך אולי למעצב המחשבים המוביל בעולם של עולמות פוטנציאליים למגורים. בשנת 2019, כאשר חללית נוספת של נאס"א שצודת כוכבי לכת, בשם TESS, מצאה את שלה העולמות הסלעיים והמתונים הראשונים, היא נקראה שוב למלא את התפקיד של מפקחת בית קוסמי. לאחרונה, סקר SPECULOOS שבסיסו בבלגיה פנה לעזרתה בהבנתה כוכב לכת חדש בגודל כדור הארץ המכונה SPECULOOS-2c שקרוב באופן מדאיג לכוכב שלו. היא ועמיתיה השלימו ניתוח, שהועלה כ הדפס מקדים בספטמבר, המראה שהמים של SPECULOOS-2c עשויים להיות בתהליך של אדים כמו אדי סאונה, כפי שעשו כל ימי נוגה לפני זמן רב וכפי שהאוקיינוסים של כדור הארץ עצמו יתחילו לעשות בעוד חצי מיליארד שנה. תצפיות טלסקופ אמורות להיות מסוגלות לדעת תוך שנים ספורות אם זה קורה, מה שיעזור לחשוף את עתידו של כוכב הלכת שלנו ולתחם עוד יותר את ההבחנה של קצה הסכין בין עולמות עוינים למגורים ברחבי הגלקסיה.

בהדמיית כדורי ארץ מושחתים וחזיונות ספקולטיביים יותר של כוכבי לכת חיים, קלטנגר ממנף את החיים והגיאולוגיה המוזרים שנמצאו על פני כדור הארץ כדי לפתח מערך ציפיות שיטתי יותר לגבי מה שעשוי להיות אפשרי במקומות אחרים. "אני מנסה לעשות את היסודות", היא אמרה לי במהלך ביקור לאחרונה באוניברסיטת קורנל, שם היא מובילה מכון על שמו של קארל סייגן, אסטרונום כריזמטי נוסף מבוסס איתקה עם רעיונות גדולים לגבי סיום השהות הבודדת של האנושות בקוסמוס.

המסע הכולל שלה - החיפוש אחר חיי חייזרים - נכנס לשלב חסר תקדים. ללא הגעת בריח מהכחול של משהו כמו שידור רדיו מחוץ לכדור הארץ, רוב האסטרונומים מאמינים שהסיכוי הטוב ביותר שלנו בטווח הקרוב לפגוש חיים אחרים בקוסמוס הוא לזהות גזים ביולוגיים - גזים שיכלו להגיע רק מהחיים - צף באטמוספרות של כוכבי לכת. סוג המדידה מרחוק הנחוצה כדי לבצע גילוי מסוג זה הלחיץ ​​את היכולות של אפילו מצפי הכוכבים המתקדמים ביותר של האנושות. אבל עם טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST) שנמצא כעת בחודשי התצפיות הראשונים שלו, גילוי כזה הפך לאפשרי.

במהלך השנים הקרובות, טלסקופ החלל העצום יבחן מקרוב קומץ עולמות סלעיים הנחשבים כראויים למגורים, ככל הנראה כולל ה-SPECULOOS-2c החדש. לכל הפחות, המחקרים של JWST צריכים להבחין אם לכוכבי הלכת הללו יש אטמוספרות; הם עשויים גם להראות שחלקם נוטפים מים נוזליים. באופן אופטימי ביותר - אם ביוספרות פורחות בקלות מעולמות דמויי כדור הארץ - הטלסקופ עשוי לזהות יחסים מוזרים של, למשל, פחמן דו חמצני, חמצן ומתאן באחד מכוכבי הלכת הללו. אז אסטרונומים עשויים להתפתות מאוד לייחס את המרקחת לנוכחות של מערכת אקולוגית מחוץ לכדור הארץ.

מציאת חתימות ביולוגיות תדרוש מקלטנגר וקבוצה קטנה מבני גילה לסחוט ודאות ממעט מאוד פוטונים. לא רק שהאותות האטמוספריים שהם מחפשים יהיו חלשים, אלא שהיא ועמיתיה חייבים לדגמן את משחק הגומלין האפשרי של כוכב לכת של אור כוכבים, סלע ואוויר בצורה מדויקת מספיק כדי להיות בטוחים ששום דבר מלבד החיים לא יכול להסביר את נוכחותו של גז אטמוספרי מסוים. כל ניתוח כזה חייב לנווט בין Scylla ו-Charybdis, ולהימנע הן משליליות שגויות - החיים היו שם אבל פספסתם אותם - והן חיוביות שגויות שמוצאות חיים היכן שאין כאלה.

לטעות יש השלכות. שלא כמו רוב המאמצים המדעיים, החיפוש אחר סימנים לחיים מחוץ לכדור הארץ מתרחש תחת זרקור בלתי נמנע, ובמערכת אקולוגית מידע מוגדשת טורבו שבה כל מדען בוכה "חיים!" מעוות את מרקם המימון, תשומת הלב ואמון הציבור. לקלטנגר עצמה היה לאחרונה מושב בשורה הראשונה בדיוק לפרק כזה.

הדור שלה מתמודד עם לחץ נוסף, כזה שהתכוונתי להצטלם בעדינות אבל בסופו של דבר פלטתי רק שעה אחרי שפגשתי אותה. היא ועמיתיה החלו את הקריירה שלהם בשחר עידן כוכבי הלכת החיצוניים. עכשיו הם במרוץ לגלות חיים על אחד לפני שהם מתים.

חולמים פלנטריים

החיפוש המודרני אחר חתימות ביולוגיות החל כמעט מיד לאחר הגילוי ב-1995 של כוכב הלכת הראשון - ענק גז - שהקיף כוכב דמוי שמש. ציד כוכבי הלכת הפך עד מהרה לפרוע ותחרותי, מרוץ אחר כותרות. כמה אסטרונומים בכירים הטילו ספק בכך שתת-התחום הראוותני וצאב המשאבים יכול לספק הרבה יותר ממדידות חד-פעמיות של כמה כוכבי לכת ייחודיים. "אנשים היו סקפטיים בגלוי, וכמה אנשים התנגדו לזה בכעס", אמר שרה סיגר, אסטרונום אקסופלנט במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס. בינתיים, מובלעות של חוקרים בעלי דעות דומות החלו להתאסף בסדנאות כדי לחקור שאלות חדשות בשמיים פתוחים. "מעולם לא אמרנו לא לשום רעיון", אמר סיגר, שהיה אז סטודנט לתואר שני.

קלטנגר היה סטודנט ראשון באוניברסיטה כאשר החדשות על כוכבי לכת ענקיים הראשונים ירדו. היא גדלה בעיירה קטנה באוסטריה, עם הורים שתמכו בתחומי העניין שלה במתמטיקה, בפיזיקה ובשפות; ספרני העיר הכירו אותה כל כך טוב שהם היו מעניקים לה את הספרים החדשים שעדיין לא סיווגו. "הכל היה אפשרי", אמרה על החינוך שלה. באוניברסיטת גראץ היא נמשכה למסע החיפוש החדש אחר עולמות חדשים. סיגר, שפגש את קלטנגר בתכנית לימודי קיץ ב-1997, מברך כעת על התעוזה המדהימה שהובילה סטודנט לתואר ראשון להצטרף לתת-תחום שעדיין היה כל כך שולי וארעי. "היכולת להיות שם בהתחלה - זה לא היה רק ​​צירוף מקרים," אמר סיגר. בתום לימודיה לתואר ראשון של קלטנגר, היא סידלה מימון מהאיחוד האירופי והזמינה את עצמה למקום פתוח במצפה כוכבים בטנריף באיים הקנריים. שם היא בילתה לילות ארוכים ומלאי קפה בציד כוכבי לכת חיצוניים, האזינה לאלבום Dire Straits של פוסט-דוקטור בלופ לפני שנכשלה החוצה לראות את השמש זורחת מעל נוף זרוע לבה.

בינתיים, סוכנויות החלל נכנסו לפעולה. בשנת 1996, מנהל נאס"א, דן גולדין, פרסם תוכנית שלמעשה הייתה דוהרת היישר מגילוי כוכבי הלכת האקסו-כוכבים הראשונים של ענק הגז ועד לאזור הקצה. התוכנית שלו קראה למצפה כוכבים מסיביים מבוססי-חלל, המכונים Terrestrial Planet Finders, שיוכלו לבצע מדידות ספקטרוסקופיות מפורטות של כדור הארץ זר, לשבור את האור שלהם לצבעים המרכיבים שלו כדי להבין את ההרכב הכימי שלהם.

יותר טוב, גולדין רצה תמונות אמיתיות של כוכבי לכת. בשנת 1990, בדיקת וויאג'ר של נאס"א, בהוראתו של סאגאן, צילמה תמונה של הבית מעבר למסלולו של נפטון, והצמצמה את כל העולם החי, הנושם והשביר שלנו לנקודה כחולה חיוורת התלויה בחלל ריק. מה אם היינו יכולים לראות עוד נקודה כחולה חיוורת שם בחוץ מנצנצת בשחור?

סוכנות החלל האירופית פיתחה גרסה משלה למשימת חיפוש תאומי כדור הארץ, מציאת חיים, בשם דרווין. קלטנגר, אז בן 24, הגיש מועמדות לעבוד על זה וקיבל את העבודה. "שאלתי את עצמי: אם אתה חי בתקופה שבה אתה יכול להבין אם אנחנו לבד ביקום, ואם אני יכול לעזור?" היא אמרה לקורנל, כשהיא לובשת שרשרת אבני חן בצבע טורקיז המסמלת נקודה כחולה חיוורת ומאזנת ספל תה על הברך. "במבט לאחור על החיים שלי, זה כנראה מה שאני רוצה לעשות." היא הוטלה לשקול את פשרות התכנון של המשימה ולנסח את רשימת הכוכבים שצי הטלסקופים של דארווין צריך לסרוק אחר כוכבי לכת; במקביל, היא למדה את הדוקטורט שלה.

אבל בשנות ה-2000, חזיונות של טלסקופים גדולים לציד חייזרים התפוררו משני צדי האוקיינוס ​​האטלנטי. מחקרים של דרווין פרצו ב-2007. אחת הסיבות לכך הייתה לוח הזמנים של הפיתוח הנפול של JWST עצמו, שאכל את התקציבים ואת טווחי הקשב. ספק נוסף היה ספק מדעי: בזמנו, לאסטרונומים לא היה מושג באיזה חלק מכוכבי שביל החלב יש כוכבי לכת סלעיים עם אפשרות לאקלים יציב ומתון.

השבר הזה יתברר כאחד מכל חמישה, כפי שנחשף על ידי טלסקופ החלל קפלר, ששוגר ב-2009 והמשיך לגלות אלפי כוכבי לכת חיצוניים. למשימת מוצא כוכבי הלכת יבשתיים, אם אחד יקום לתחייה, יהיו הרבה מקומות להצביע.

עם זאת, מאז השקתו של קפלר, פשרות פרגמטיות הובילו אסטרוביולוגים לחלום קטן יותר, ולהסיט את המשאבים שלהם למסלול צנוע יותר. מצפה כוכבים כמו דארווין יכול היה לבחור את האות של כוכב לכת סלעי ליד כוכב הרבה יותר בהיר - אתגר בהשוואה לעתים קרובות לצילום של גחלילית כשהיא מעיפה סביב זרקור. אבל עכשיו יש דרך אחרת וזולה יותר.

סיגר והאסטרונום של הרווארד דימיטר סאסלוב חלם השיטה האלטרנטיבית בשנת 2000 - דרך לרחרח לתוך האטמוספירה של כוכב לכת, גם אם אור מהכוכב והכוכב שלו מתערבבים יחד. ראשית, טלסקופים מחפשים כוכבי לכת ש"עוברים", חוצים מול הכוכב שלהם כפי שהם רואים מנקודת מבטו של כדור הארץ, מה שגורם להפחתה קלה באור הכוכבים. מעברים אלו עשירים במידע. במהלך מעבר, הספקטרום של כוכב נובט בליטות חדשות ומתנועע, מכיוון שחלק מאור הכוכבים זורח דרך טבעת האטמוספירה מסביב לכוכב הלכת ומולקולות באטמוספירה סופגות אור בתדרים ספציפיים. ניתוח אמנותי של התנועות הספקטרליות חושף את הכימיה בגובה רב האחראית. טלסקופ החלל האבל החל בניסוי טכניקה זו בשנת 2002, מציאת אדי נתרן סביב כוכב הלכת ענק גז רחוק; יחד עם טלסקופים אחרים, הוא חזר מאז על הטריק על עשרות מטרות.

עכשיו היקום רק היה צריך להשתעל כמה עולמות מתאימים דמויי כדור הארץ כדי להסתכל עליהם.

נראה כי סקרים של כוכבי לכת אקסו-כוכבים נתקלו בשפע של צדקים מבושלים מדי ונפטונים בגודל נמוך סביב כוכבים אחרים, אך כוכבי לכת סלעיים עם פוטנציאל למים נוזליים נותרו נדירים עד עידן קפלר. עד אמצע שנות ה-2010, קפלר הראה שעולמות בגודל כדור הארץ הם נפוצים; הוא אפילו הבחין בכמה כאלה שאפשר למגורים במעבר מול הכוכבים שלהם, כמו הזוג קלטנגר שעיצב עבור בורוקי. ובכל זאת, הדוגמאות הספציפיות שהציג קפלר היו רחוקות מדי עבור מחקר המשך טוב. בינתיים, בשנת 2016 אסטרונומים גילו שלכוכב הקרוב ביותר לכדור הארץ, פרוקסימה קנטאורי, יש כוכב לכת בגודל כדור הארץ שעלול להתגורר בו. אבל כוכב הלכת הזה לא עובר את הכוכב שלו.

בשנת 2009, קלטנגר, אז בהרווארד ומעצבת את התחום בזכות עצמה, ומשתף פעולה, ווסלי טראוב, הוסיפו עוד הסמכה. הם חשבו מה יידרש לציוויליזציה חייזרית לזהות גזים ביולוגיים על פני כדור הארץ - כוכב לכת עם שמיכה הדוקה יחסית של אטמוספירה, העובר כוכב בהיר. הם הבינו שטלסקופ כמו JWST יראה רק אותות זעירים מגזים אטמוספריים במהלך כל מעבר, כך שכדי להשיג ודאות סטטיסטית כלשהי, אסטרונומים יצטרכו לצפות בעשרות או אפילו מאות מעברים, שייקחו שנים. בעקבות התובנה הזו, החלו אסטרונומים לחפש את כדור הארץ במסלולים קרובים סביב כוכבי ננס אדומים עמומים וקרים יותר, שבהם האותות האטמוספריים יטבעו פחות באור הכוכבים והמעברים יחזרו על עצמם בתדירות גבוהה יותר.

הקוסמוס עבר. בשנת 2017, אסטרונומים הכריזו על גילוי של שבעה כוכבי לכת סלעיים סביב כוכב ננס אדום בשם TRAPPIST-1. ואז בספטמבר, מערכת SPECULOOS-2 הופיעה כגיבוי. הכוכבים האלה קרובים. הם עמומים ואדומים. לכל אחד מהם יש כוכבי לכת סלעיים מרובים שעוברים. ונכון לקיץ, ה-JWST פועל אפילו טוב מהצפוי. הוא יבלה חלק ניכר מחמש השנים הבאות בבהייה חזקה בגלובוסים המבולגנים האלה של סלע וכימיקלים שמסתובבים סביב הכוכבים המוזרים שלהם. עבור תיאורטיקנים כמו קלטנגר שעברו מחלומות בהקיץ על כדורי ארץ חלופיים לתחזיות לגבי הכימיה האטמוספרית שלהם, עשרות שנים של ציפייה פינו את מקומם לדעיכה איטית של ספקטרום מפותל על מסכי מחשב.

ליידי חייזרית זוהרת

במשך יותר משנתיים, משרדו של קלטנגר - אותו משרד שסאגן עבד בו - היה קפוא בזמן. תחילה הגיעה המגיפה, ואז שבתון. באוגוסט היא חזרה, התקדמה על הלוח הלבן שלה עם טוש ביד, בוחנת רשימה של רעיונות שלא ייראו לא במקום בחדר הסופר של מסע בין כוכבים סִדרָה. (גאיה ו-SETI. אוקיינוסים אפלים. אוזון. יבשה. אוקיינוסים רדודים. ברזל?) "זה החלק המהנה," היא אמרה, כשהיא מדגישה את נושאי המאמרים שכבר פרסמה.

קלטנגר הפכה למנהלת המייסדת של מכון קארל סאגן ב-2015 בעקבות נסיעות בהרווארד, אז בהיידלברג, שם ניהלה את המעבדה הראשונה שלה. יום אחד במהלך שהותה בהיידלברג, הגיע אימייל ממנו יונתן לונין, ראש המחלקה לאסטרונומיה בקורנל, שואלת אם היא רוצה לדבר על הזדמנויות חשובות. "אני הולך, הו אלוהים, זה אירוע של 'אישה במדע'. בשלב מסוים, אתה מקבל יותר מדי מההזמנות האלה". לונין חיפשה במקום זאת לשכור פרופסור חדש. קלטנגר השיבה שהיא מעדיפה לעבוד במכון בינתחומי, ממוקד אסטרוביולוגיה. אז תוביל אחד לכאן, הוא הציע.

בוקר אחד לא מזמן ישבנו בגן בקמפוס לא רחוק מהמכון, ולצדו רודודנדרונים. כשאור השמש המנומר הסתנן למטה, ציפור קטנה קפצה על גזע עץ, ציקדה זמזמה, והזמזום של מכסחת דשא התקרב, ואז התרחק. זה היה ללא ספק עולם מיושב.

המניה של קלטנגר במסחר היא דמיון: גם מהסוג שאסטרונומים סומכים עליו כשהם מתכננים טלסקופ חלל של 10 מיליארד דולר כמו JWST, וגם הסוג הפיוטי יותר שמסעיר את הקהל הציבורי. אז איך הסצנה הזו נראתה לה?

היא הרימה את מבטה. לעצים היו עלים ירוקים, וכך גם לרוב האורגניזמים הידועים המבצעים פוטוסינתזה. הם התפתחו כדי לנצל את השמש הצהובה שלנו ואת קרינת האור הנראה העצומה שלה, תוך שימוש בפיגמנטים שחוטפים פוטונים כחולים ואדומים תוך שהם נותנים לאורכי גל ירוקים לקפוץ. אבל צמחים סביב כוכבים קרים יותר, חמדנים יותר לאור, עשויים לקבל גוונים כהים יותר. "בעיני רוחי, אם אני רוצה, זה פשוט משתנה לגמרי איתנו בגן, יושבים תחת שמש אדומה", אמרה. "הכל סגול מסביבך, מאחוריך", כולל העלים.

גרסאות מוזרות של כדור הארץ הופיעו רבות בחשיבתו של קלטנגר במשך שני עשורים, עקב ספק מציק שפיתחה במהלך עבודתה במשימת דרווין בתחילת שנות ה-2000.

המטרה באותה תקופה הייתה להשוות ספקטרום מכוכבי לכת סלעיים וממוזגים לאיך שהספקטרום של כדור הארץ ייראה מרחוק, בחיפוש אחר אותות בולטים כמו עודף חמצן עקב פוטוסינתזה נרחבת. ההתנגדות של קלטנגר הייתה שבמשך 2 מיליארד השנים הראשונות לקיומו של כדור הארץ, לאטמוספירה שלו לא היה חמצן. אחר כך לקח עוד מיליארד שנים עד שהחמצן הצטבר לרמות גבוהות. והחתימה הביולוגית הזו פגעה בריכוז הגבוה ביותר שלה לא בספקטרום הנוכחי של כדור הארץ, אלא במהלך חלון קצר בסוף תקופת הקרטיקון, כאשר ציפורים פרוטו רדפו אחרי חרקים ענקיים בשמים.

ללא מודל תיאורטי טוב לאופן שבו הספקטרום של כדור הארץ השתנה, חשש קלטנגר, המשימות הגדולות לאיתור כוכבי לכת עלולות בקלות להחמיץ עולם חי שלא תואם תבנית זמנית צרה. היא הייתה צריכה לדמיין את כדור הארץ ככוכב לכת שמתפתח לאורך זמן. לשם כך, היא התאימה את אחד מדגמי האקלים הגלובליים הראשונים, שפותח על ידי מדען הגיאוגרפיה ג'יימס קסטינג, שעדיין כולל התייחסות לעידן הסרט המגנטי של שנות ה-1970 שבו הוא מקורו. קלטנגר פיתח את הקוד הזה לכלי מותאם אישית שיכול לנתח לא רק את כדור הארץ לאורך זמן אבל גם תרחישים זרים באופן קיצוני, וזה נשאר סוס העבודה של המעבדה שלה.

למחרת השיחה שלנו בגן, ישבתי במשרד שליד קלטנגר, והסתכלתי מעבר לכתפה של הפוסט-דוקטורט רבקה פיין כששנינו מצמצנים אל שורות טקסט הדוקות על רקע שחור. "אם אני לא אלך עם ערכת צבעים שחורה, עד סוף היום העיניים שלי רוצות ליפול מהראש שלי", אמרה.

פיין ועמיתיה מאכילים את התוכנה שלהם בעובדות בסיסיות על כוכב לכת, כמו רדיוס ומרחק מסלול, וסוג הכוכב שלו. לאחר מכן הם מנחשים לגבי ההרכב האטמוספרי האפשרי שלו, ומפעילים את המודלים שלהם כדי לראות כיצד האטמוספירה של כוכב הלכת תופיע לאורך העידנים. כאשר הם עשו זאת עבור SPECULOOS-2c, הם ראו כימיקלים וירטואליים שטופים באור כוכבים וירטואלי עולים, נופלים ומחסלים זה את זה באמצעות תגובות כימיות מדומה. האווירה הדמיונית בסופו של דבר התייצבה בשיווי משקל, והתוכנה צצה מטבלה. פיין הרים אחד על המסך. היא העבירה את העכבר על שורה אחר שורה, והראתה ניחושים לגבי הטמפרטורה והכימיה של כוכב הלכת החדש בגבהים שונים. באמצעות המידע הזה, היא ועמיתיה יכלו לזהות תרכובות בשפע במיוחד ש-JWST או מכשיר אחר יוכלו לראות.

מ מחקר כדור הארץ דרך זמן על, רבים ממאמריו של קלטנגר עוקבים אחר אותו דפוס. הטריק שלה הוא לאסוף את מה שאנחנו יודעים על העושר של כדור הארץ בכף היד התיאורטית שלה, ואז לסובב אותו כמו כדורסל לאורך צירים שונים. מה אם נסובב אותו בזמן? מה אם לכדור הארץ זר הייתה גיאולוגיה שונה? אווירה אחרת? משטח על כל האוקיינוס? מה אם הוא הקיף שמש אדומה, או אבן לוהטת של גמד לבן?

בשנת 2010, למשל, היא מצאה שה-JWST הקרוב אז יוכל להסיק נוכחות של גזים מהתפרצות געשית כמו התפרצות הר פינטובו ב-1991 בפיליפינים, אם אירוע דומה התרחש על כוכב לכת. או שהוא יכול לזהות עולמות שנשלטים לא על ידי מחזור הפחמן בין פני השטח לאטמוספירה (כמו בכדור הארץ), אלא במקום זאת על ידי גופרית שוחררו על ידי הרי געש ואז מפורקים על ידי אור כוכבים. מחזורי אקלים כאלה חשובים כאשר אתה מנסה לזהות גזים ביולוגיים, וגם בגלל שהם חלק מהפיזיקה הגדולה יותר של כוכבי לכת. "החתימות הביולוגיות פשוט יושבות שם בתור הדובדבן על גבי העוגה, אבל בעצם, יש הרבה עוגה לאכול", אמר סאסלוב, ששיתף פעולה עם קלטנגר בפרויקטים האלה.

מחוץ לדוגמנות האטמוספירה שלה, קלטנגר גם בילתה את העשור האחרון בסריקת כדור הארץ כדי להרכיב משהו מארון הסקרנות של אסטרוביולוג: מסד נתונים ציבורי של ספקטרום מוזר. אם אסטרונומים אכן יצליחו למצוא תנודות חריגות בספקטרום של כוכבי לכת, בסיס הנתונים שלה יכול לספק את המפתח לפענוחו.

בטיול בפארק הלאומי ילוסטון, למשל, התפעל קלטנגר מכתמי חיידקים ססגוניים על פני בריכות חמות. זה הוביל אותה ועמיתיה לטפח 137 מיני חיידקים בצלחות פטרי לפרסם את הספקטרום שלהם. "כנראה אין צבע בקשת שלא יכולת למצוא על כדור הארץ כרגע", אמר לין רוטשילד, ביולוג סינתטי במרכז המחקר איימס של נאס"א ומשתף פעולה בפרויקט. בהשראת עבודתו של עמית אחר בקידוח ליבות קרח בקוטב הצפוני, הקבוצה של קלטנגר בודדה 80 חיידקים אוהבי קור הדומים למה שעשוי להתפתח על כוכב קרח, פרסום מאגר מידע מהספקטרום הללו במרץ הקרוב.

עולמות אחרים עשוי להיות ביולוגי פלואורסצנטי. על פני כדור הארץ, אורגניזמים ביולוגיים כמו אלמוגים מגנים על עצמם מפני אור אולטרה סגול על ידי קליטתו ופליטתו מחדש כאור נראה. בהתחשב בכך שכוכבי לכת במערכות כוכבים ננסיים אדומים כמו TRAPPIST-1 שטופים בקרינה אולטרה סגולה, קלטנגר טוען שחיים חייזרים שם יכולים להתפתח תהליך דומה. (מאז היא כונתה "האישה החייזרית הזוהרת ההיא"). היא גם מתכננת להשיג סדרה של ספקטרים ​​המייצגים עולמות לבה אפשריים; עמית מדען גיאוגרפי ופוסט דוקטורט שזה עתה הגיע יתחילו בקרוב להמיס סלעים.

ככל שרשימת הפרסומים שלה גדלה, קלטנגר חוותה הן את ההזדמנויות והן את השפלות של מדענית כוכבת עולה. פעם, כשהיא צילמה סרט IMAX קצר בהוואי על חיפוש החיים, המפיקים הלבישו אותה במכנסיים קצרים כדי להתאים לתפיסה שלהם של מדענית, לורה דרן. פרק יורה אופי; ההחלטה אז חייבה יותר איפור כדי לכסות את כל עקיצות היתושים.

בתוך שדה מהודק שנאלץ לחלוק כמויות מוגבלות של זמן טלסקופ, היא מהווה נוכחות שוקקת ומחממת, אמרו משתפי פעולה. אצבעותיה מתרוצצות באוויר כשהיא מדברת; משפטים וסיפורים נוטים להתגבר לפרצי צחוק גדולים. "היא חותמת לי על כל הודעת 'חיבוקים'", אמר רוטשילד. "אין לי אף עמית אחר שעושה את זה."

הנקודות הראשונות על המפה

החתימות הביולוגיות הראשונות יהיו אותות זעירים ומעורפלים הנתונים לפרשנויות לוחמות. למעשה, כמה טענות כבר הופיעו.

מקרה המקרה הרלוונטי ביותר הרעיד את עולם האסטרונומיה בסתיו 2020. צוות כולל סיגר הודיע שהם הבחינו בתרכובת יוצאת דופן בשם פוספין באטמוספירה העליונה של נוגה, כוכב לכת לוהט, שטוף חומצה, הנחשב בדרך כלל כסטרילית. על פני כדור הארץ, פוספין מיוצר בדרך כלל על ידי חיידקים. בעוד שתהליכים אביוטיים מסוימים יכולים גם ליצור את התרכובת בתנאים מסוימים, הניתוח של הצוות הצביע על כך שתהליכים אלה אינם צפויים להתרחש על נוגה. לדעתם, זה הותיר אורגניזמים ונוסיים זעירים צפים כהסבר הגיוני. "החיים על נוגה?" ה ניו יורק טיימס כותרת תהה.

קבוצות חיצוניות יצרו מחנות מנוגדים. כמה מומחים, כולל ויקטוריה מדוז, מעצב אטמוספרה אקסופלנט מאוניברסיטת וושינגטון שמשתמש בגישה דומה לזו של קלטנגר, ניתח מחדש את נתוני ונוס והגיע למסקנה שאות הפוספין הוא רק תעתוע: הכימיקל אפילו לא שם. אחרים, כולל לונין בקורנל, טענו שגם אם פוספין קיים, הוא יכול, למעשה, להגיע ממקורות גיאולוגיים.

קלטנגר רואה בביקורות אלה תקפות. לדעתה, סאגת הפוספין מדגישה לולאת משוב בין מימון למדע, שעלולה לסבך גם את חתימות הביולוגיות העתידיות של מועמדים. בזמן ההכרזה על הפוספין, נאס"א הייתה בשלבים האחרונים של בחירה בין ארבע משימות קטנות של מערכת השמש, שתיים מהן קשורות לנוגה. בקיץ הבא הודיעה נאס"א שהשניים הללו נבחרו לטוס. מחקר הפוספין "היה דרך מצוינת לאשר משימות לנוגה", אמר קלטנגר ונקרע מצחוק. "זו הגישה הסרקסטית." (ג'יין גריבס, המחברת הראשית של מחקר הפוספין, אמרה שהצוות שלה לא שקל את תהליך בחירת המשימה והתזמון של המאמר היה צירוף מקרים).

השלב הבא בחיפוש אחר חתימות ביולוגיות של כוכבי לכת חיצוניים תלוי במה ש-JWST חושף על כוכבי הלכת TRAPPIST-1. לראות חתימות ביולוגיות בשמיים שלהם עשוי להיות לא סביר. אבל הטלסקופ יכול לזהות פחמן דו חמצני ואדי מים בסוגי היחסים שהמודלים מבוססי כדור הארץ ונוגה חוזים. זה יאשר שלמעצבי מודלים יש שליטה הגונה באיזה מחזורים גיאוכימיים חשובים ברחבי הגלקסיה, ואילו עולמות עשויים להיות ראויים למגורים. לראות משהו יותר לא צפוי יעזור לחוקרים לתקן את המודלים שלהם.

אפשרות קודרת יותר היא שלכוכבי הלכת האלה אין אטמוספרות כלל. ידוע כי כוכבי ננס אדומים כמו TRAPPIST-1 פולטים התלקחויות שמש שיכולות להפשיט הכל מלבד סלע חשוף. (קלטנגר מטיל בכך ספק, בטענה שפליטת הגזים של כוכבי הלכת צריכה להמשיך ולחדש את השמים שלהם.)

עד המחצית השנייה של העשור הזה, נתונים ממעברים מרובים של כוכבי לכת ייערמו, מספיק כדי שאסטרונומים לא רק יחפשו כימיה על העולמות האלה, אלא גם כדי לבחון כיצד מולקולות נתונות יורדות ונחלשות מעונה לעונה. עד אז תצפיות משלימות יכולות להוסיף לנתונים. מספר מצפה כוכבים חדשים וגדולים להפליא מתוכננים לפתוח מראות בגודל אגן אל הקוסמוס החל משנת 2027 - כולל הגדול מכולם, הטלסקופ הגדול ביותר בצ'ילה. טלסקופים אלה יהיו רגישים לאורכי גל שונים של אור מאשר JWST, בודקים קבוצה חלופית של מאפיינים ספקטרליים, והם אמורים להיות מסוגלים גם לחקור כוכבי לכת מחוץ למעבר.

כל המכשירים האלה עדיין לא ממה שציידי ביולוגיות באמת רוצים, מה שהם תמיד רצו: אחד מאותם מוצאי כוכבי לכת יבשתיים ענקיים מבוססי-חלל. מוקדם יותר השנה, כשהאקדמיה הלאומית למדעים פרסמה דו"ח משפיע וקובע סדר יום בשם הסקר העשור, המסכם את הרעיונות של קהילת האסטרונומיה לגבי מה נאס"א צריכה לתת עדיפות, הם למעשה דחו דחיפה גדולה בנושא לשנות ה-2030.

"חשבתי על זה: מה אם זה לא אנחנו?" אמר קלטנגר. "מה אם זה לא הדור שלנו?" בהתבסס על המוקדם ביותר שטלסקופ ציד כוכבי לכת אמיתי מהדור הבא יוכל לעוף, היא מניחה שהמועמד הסביר ביותר להוביל משימה כזו הוא כנראה בבית הספר לתואר שני.

שוב, קבוצת המדענים המוקדמים של כוכבי הלכת שלה תמיד היו חולמים, אמרה. והמדע תמיד היה פעילות בין-דורית.

כשהיא יושבת במשרד שלה שהיה של סייגן, היא שרטטה סצנה ספציפית. מטייל עתיד רחוק עולה על הגשר של חללית יוצאת כמו ה- מִפְעָל, מוכן לנסוע לעולם חדש. קלטנגר בטוחה שהיא לא תהיה על הספינה בעצמה, אבל, היא אמרה, "בעיני רוחי, אני רואה אותם עם מפת הכוכבים הישנה הזו". המפה העתיקה תסמן את מיקומם של כוכבי לכת חיים מועמדים. זה כנראה יהיה מיושן, יובא רק מסיבות סנטימנטליות. "אבל אני רוצה להיות האדם ששם את הנקודות הראשונות על המפה הזו."