Een droom om buitenaards leven te ontdekken, vindt nieuwe hoop

Een van de vele keren Lisa KalteneggerDe droom die een beetje dichter bij de realiteit kwam, was op een koude aprilochtend tien jaar geleden op een astronomieconferentie. Ze greep wat ze zich herinnert een vreselijke, gewoon vreselijke kop koffie vast, niet omdat ze er nog meer van wilde drinken, maar omdat ze in de rij had gewacht en het warm was in haar handen. Toen draaide Bill Borucki in haar richting.

Ze bereidde zich voor om hem te vertellen de koffie te vermijden. Maar Borucki, hoofd van NASA's Kepler-missie, een ruimtetelescoop die is ontworpen om te jagen op planeten die rond andere sterren draaien (of 'exoplaneten'), had iets anders te bespreken. Kepler had een glimp opgevangen de eerste twee exoplaneten ter grootte van de aarde met een behoorlijke kans om vloeibaar water op hun oppervlak te hebben. Dit waren het soort vreemde nieuwe werelden die iedereen op de conferentie - en mogelijk het grootste deel van de mensheid - zich minstens één keer had voorgesteld. Zou Kaltenegger bevestigen dat de planeten mogelijk bewoonbaar zijn?

Kaltenegger, destijds een astrofysicus aan het Max Planck Instituut voor Astronomie in Heidelberg, Duitsland, begon met het uitvoeren van nieuwe klimaatmodellen voordat de conferentie voorbij was, met basisfeiten zoals de diameters van de planeten en de lauwe gloed van hun ster. Haar ultieme antwoord: een gekwalificeerd ja. De planeten zijn misschien geschikt voor leven, of in ieder geval voor vloeibaar water; het kunnen zelfs waterwerelden zijn, ingekapseld in eindeloze oceanen zonder een enkele rots die boven de golven uitsteekt. Het voorbehoud was dat ze meer geavanceerde observaties nodig had om zeker te zijn.

Kaltenegger is sindsdien misschien wel 's werelds toonaangevende computermodelleur van potentieel bewoonbare werelden geworden. In 2019, toen een ander op exoplaneten jagend NASA-ruimtevaartuig genaamd TESS zijn eigen ruimte vond eerste rotsachtige, gematigde werelden, werd ze opnieuw opgeroepen om de rol van kosmisch huisinspecteur te spelen. Meest recentelijk heeft de in België gevestigde SPECULOOS-enquête haar hulp gevraagd een pas ontdekte planeet ter grootte van de aarde genaamd SPECULOOS-2c die gevaarlijk dicht bij zijn ster is. Zij en haar collega's voltooiden een analyse, geüpload als een voordruk in september, wat aantoont dat het water van SPECULOOS-2c bezig kan zijn weg te stomen als saunadamp, zoals alle zeeën van Venus lang geleden deden en zoals de eigen oceanen van de aarde over een half miljard jaar zullen beginnen te doen. Telescoopwaarnemingen zouden binnen een paar jaar moeten kunnen uitwijzen of dat gebeurt, wat de toekomst van onze eigen planeet zal helpen onthullen en het scherpe onderscheid tussen vijandige en bewoonbare werelden in de melkweg verder zal afbakenen.

Bij het simuleren van ersatz-aarde en meer speculatieve visioenen van levende planeten, maakt Kaltenegger gebruik van het bizarre leven en de geologie die op aarde worden gevonden om een ​​meer systematische reeks verwachtingen te ontwikkelen over wat elders mogelijk zou kunnen zijn. "Ik probeer de basis te leggen", vertelde ze me tijdens een recent bezoek aan Cornell University, waar ze een instituut leidt dat vernoemd is naar Carl Sagan, een andere charismatische astronoom uit Ithaca met grote ideeën over het beëindigen van het eenzame verblijf van de mensheid in de kosmos.

Haar overkoepelende zoektocht - de zoektocht naar buitenaards leven - gaat een ongekende fase in. Afgezien van de bliksemsnelle komst van zoiets als een buitenaardse radio-uitzending, geloven de meeste astronomen dat onze beste kans op korte termijn om ander leven in de kosmos tegen te komen, is om biosignatuurgassen te detecteren - gassen die alleen uit leven kunnen komen - zwevend in de atmosfeer van exoplaneten. Het soort metingen op afstand dat nodig is om dat soort detectie uit te voeren, heeft de capaciteiten van zelfs de meest geavanceerde observatoria van de mensheid onder druk gezet. Maar met de James Webb Space Telescope (JWST) die nu in de eerste paar maanden van waarnemingen zit, is een dergelijke ontdekking mogelijk geworden.

De komende jaren zal de enorme ruimtetelescoop een handvol rotsachtige werelden die als meest waarschijnlijk bewoonbaar worden beschouwd, nauwkeurig onderzoeken, waaronder waarschijnlijk de nieuwe SPECULOOS-2c. De studies van JWST zouden op zijn minst moeten uitwijzen of deze planeten een atmosfeer hebben; ze kunnen ook laten zien dat sommige van vloeibaar water druipen. Het meest optimistisch is - als biosferen gemakkelijk kunnen bloeien vanuit aardachtige werelden - de telescoop vreemde verhoudingen van bijvoorbeeld koolstofdioxide, zuurstof en methaan op een van deze planeten kan detecteren. Astronomen kunnen dan sterk in de verleiding komen om het brouwsel toe te schrijven aan de aanwezigheid van een buitenaards ecosysteem.

Het vinden van biosignaturen vereist dat Kaltenegger en een kleine groep van haar collega's zekerheid persen uit buitengewoon weinig fotonen. Niet alleen zullen de atmosferische signalen waarnaar ze op zoek zijn zwak zijn, maar zij en haar collega's moeten het mogelijke samenspel van sterrenlicht, gesteente en lucht op een planeet nauwkeurig genoeg modelleren om er zeker van te zijn dat niets anders dan leven de aanwezigheid van een bepaald atmosferisch gas zou kunnen verklaren. Elke dergelijke analyse moet navigeren tussen een Scylla en Charybdis, waarbij zowel valse negatieven - het leven was er maar je hebt het gemist - en valse positieven die leven vinden waar er geen is, worden vermeden.

Het verkeerd doen heeft consequenties. In tegenstelling tot de meeste wetenschappelijke inspanningen, vindt de zoektocht naar tekenen van buitenaards leven plaats onder een onvermijdelijke schijnwerper en in een turbogeladen informatie-ecosysteem waar elke wetenschapper "Leven!" roept. vervormt het weefsel van financiering, aandacht en vertrouwen van het publiek. Kaltenegger zat onlangs zelf op de eerste rij bij zo'n aflevering.

Haar generatie wordt geconfronteerd met een andere druk, een die ik subtiel wilde poseren, maar die ik er uiteindelijk uit flapte, slechts een uur nadat ze haar had ontmoet. Zij en haar collega's begonnen hun carrière aan het begin van het tijdperk van exoplaneten. Nu zijn ze in een race om het leven op één te ontdekken voordat ze sterven.

Planetaire dromers

De moderne zoektocht naar biosignaturen begon bijna onmiddellijk na de ontdekking in 1995 van de eerste exoplaneet - een gasreus - die rond een zonachtige ster draaide. Het jagen op de planeet werd al snel hectisch en competitief, een race om de krantenkoppen. Sommige senior astronomen betwijfelden of het flitsende, hulpbronnenverslindende subveld veel meer zou kunnen opleveren dan eenmalige metingen van een paar unieke planeten. "Mensen waren openlijk sceptisch en sommige mensen waren er boos op", zei Sarah Seager, een exoplaneet-astronoom aan het Massachusetts Institute of Technology. Ondertussen begonnen enclaves van gelijkgestemde onderzoekers zich te verzamelen in workshops om de nieuwe vragen van een open lucht te verkennen. "We hebben nooit nee gezegd tegen enig idee", zegt Seager, die destijds een afgestudeerde student was.

Kaltenegger was een eerstejaarsstudent op de universiteit toen het nieuws over de eerste gigantische exoplaneten viel. Ze was opgegroeid in een klein stadje in Oostenrijk, met ouders die haar interesses in wiskunde, natuurkunde en talen ondersteunden; de stadsbibliothecarissen kenden haar zo goed dat ze haar de nieuwe boeken zouden geven die ze nog niet hadden gecategoriseerd. "Alles was mogelijk", zei ze over haar opvoeding. Aan de universiteit van Graz werd ze aangetrokken door de nieuwe zoektocht naar nieuwe werelden. Seager, die Kaltenegger ontmoette tijdens een zomerschoolprogramma in 1997, prijst nu de opmerkelijke durf die een student ertoe bracht zich aan te sluiten bij een subveld dat nog zo marginaal en vluchtig was. "Dat ik er in het begin bij kon zijn - het was niet zomaar een toeval", zei Seager. Tegen het einde van Kalteneggers bachelorstudie had ze financiering van de Europese Unie gekregen en nodigde ze zichzelf uit op een open plek in een observatorium in Tenerife op de Canarische Eilanden. Daar bracht ze lange nachten vol koffie door met jagen op exoplaneten, luisterend naar het album Dire Straits van een postdoc in een lus voordat ze naar buiten strompelde om de zon op te zien komen boven een met lava bezaaid landschap.

Ondertussen kwamen de ruimtevaartorganisaties in actie. In 1996 publiceerde een NASA-beheerder, Dan Goldin, een plan dat in feite rechtstreeks vanaf de ontdekking van de eerste gasreus-exoplaneten helemaal naar de eindzone zou zijn gesprint. Zijn plan riep op tot enorme ruimteobservatoria, genaamd Terrestrial Planet Finders, die gedetailleerde spectroscopische metingen van buitenaardse aardes zouden kunnen doen, hun licht brekend in de samenstellende kleuren om hun chemische samenstelling te begrijpen.

Sterker nog, Goldin wilde echte foto's van planeten. In 1990 had NASA's Voyager-sonde, in opdracht van Sagan, een foto van thuis gemaakt van buiten de baan van Neptunus, waardoor onze hele levende, ademende, fragiele wereld werd gereduceerd tot een lichtblauwe stip die in een leegte hangt. Wat als we daarbuiten nog een lichtblauwe stip zouden kunnen zien fonkelen in het zwart?

De European Space Agency heeft zijn eigen versie van een Earth twin-scouting, life-finding missie, genaamd Darwin, ontwikkeld. Kaltenegger, toen 24, solliciteerde om eraan te werken en kreeg de baan. "Ik vroeg mezelf af: als je in een tijd leeft waarin je kunt achterhalen of we alleen in het universum zijn, en of ik kan helpen?" zei ze tegen Cornell, met een halsketting van turquoise edelsteen die een lichtblauwe stip symboliseerde en een theekopje op haar knie balancerend. "Als ik terugkijk op mijn leven, is dat waarschijnlijk wat ik had willen doen." Ze kreeg de taak om de ontwerptrade-offs van de missie te overwegen en de lijst met sterren op te stellen die Darwins vloot van telescopen zou moeten scannen op planeten; tegelijkertijd zette ze haar doctoraat voort.

Maar in de jaren 2000 brokkelden visioenen van grote buitenaardse jachttelescopen af ​​aan beide zijden van de Atlantische Oceaan. De Darwin-studies liepen in 2007 op een sisser af. Een van de redenen was JWST's eigen verzakkende ontwikkelingsschema, dat budgetten en aandachtsspannes opslokte. Een andere was wetenschappelijke twijfel: in die tijd hadden astronomen geen idee welk deel van de sterren van de Melkweg rotsachtige planeten heeft met de mogelijkheid van een stabiel, gematigd klimaat.

Die fractie zou ongeveer een op de vijf blijken te zijn, zoals onthuld door de Kepler-ruimtetelescoop, die in 2009 werd gelanceerd en duizenden exoplaneten ontdekte. Een Terrestrial Planet Finder-missie, mocht er een worden herrezen, zou tal van plaatsen hebben om te wijzen.

Sinds de lancering van Kepler hebben pragmatische compromissen astrobiologen er echter toe gebracht om kleiner te dromen, waardoor hun middelen op een nederiger pad terechtkwamen. Een observatorium als Darwin had het signaal van een rotsachtige planeet naast een veel helderdere ster kunnen detecteren - een uitdaging die vaak wordt vergeleken met het maken van een foto van een vuurvlieg terwijl deze rond een zoeklicht flitst. Maar nu is er een andere, goedkopere manier.

Seager en de astronoom van Harvard Dimitar Sasselov gedroomd de alternatieve methode in 2000 - een manier om in de atmosfeer van een exoplaneet te snuffelen, zelfs als het licht van de planeet en zijn ster met elkaar versmolten zijn. Ten eerste zoeken telescopen naar planeten die 'overgaan' en voor hun ster kruisen, gezien vanuit het perspectief van de aarde, wat een lichte vermindering van het sterlicht veroorzaakt. Deze transits zijn rijk aan informatie. Tijdens een transit ontstaan ​​er nieuwe hobbels en kronkels in het spectrum van een ster, omdat een deel van het sterlicht door de ring van de atmosfeer rond de planeet schijnt en moleculen in de atmosfeer licht van specifieke frequenties absorberen. Kunstzinnige analyse van de spectrale wiebels onthult de verantwoordelijke chemie op grote hoogte. De Hubble-ruimtetelescoop begon deze techniek in 2002 te testen, natriumdamp vinden rond een verre gasreuzenplaneet; samen met andere telescopen heeft het sindsdien de truc op tientallen doelen herhaald.

Nu moest het universum alleen nog wat geschikte aardachtige werelden ophoesten om naar te kijken.

Exoplaneetonderzoeken leken veel gaargekookte Jupiters en ondermaatse Neptunussen rond andere sterren tegen te komen, maar rotsachtige planeten met het potentieel voor vloeibaar water bleven schaars tot het Kepler-tijdperk. Tegen het midden van de jaren 2010 had Kepler aangetoond dat werelden ter grootte van de aarde heel gewoon zijn; het zag zelfs een aantal potentieel bewoonbare exemplaren die voor hun sterren doortrokken, zoals het paar dat Kaltenegger modelleerde voor Borucki. Toch waren de specifieke voorbeelden die Kepler opdook te ver weg voor een goed vervolgonderzoek. Ondertussen ontdekten astronomen in 2016 dat de dichtstbijzijnde ster bij de aarde, Proxima Centauri, een potentieel bewoonbare planeet ter grootte van de aarde heeft. Maar die planeet gaat niet door zijn ster.

In 2009 voegde Kaltenegger, toen aan de Harvard en vormgevend het veld in haar eigen recht, en een medewerker, Wesley Traub, nog een andere kwalificatie toe. Ze dachten na over wat er nodig zou zijn voor een buitenaardse beschaving om... biosignatuurgassen op aarde detecteren - een planeet met een relatief strakke deken van atmosfeer, die een heldere ster passeert. Ze realiseerden zich dat een telescoop als JWST tijdens elke transit slechts minuscule signalen van atmosferische gassen zou zien, dus om statistische zekerheid te krijgen, zouden astronomen tientallen of zelfs honderden transits moeten observeren, wat jaren zou duren. Op basis van dit inzicht begonnen astronomen de aarde te zoeken in nauwe banen rond zwakkere, koudere rode dwergsterren, waar atmosferische signalen minder zullen worden overstemd door sterlicht en transits zich vaker herhalen.

De kosmos kwam door. In 2017 kondigden astronomen de ontdekking aan van zeven rotsachtige planeten rond een rode dwergster genaamd TRAPPIST-1. Toen, in september, verscheen het SPECULOOS-2-systeem als back-up. Deze sterren zijn dichtbij. Ze zijn vaag en rood. Ze hebben elk meerdere rotsachtige planeten die passeren. En vanaf de zomer draait de JWST nog beter dan verwacht. Het zal een aanzienlijk deel van de komende vijf jaar besteden aan het staren naar deze rommelige bollen van steen en chemicaliën die rond hun vreemde sterren draaien. Voor theoretici zoals Kaltenegger die van dagdromen over alternatieve aardes gingen naar het maken van voorspellingen over hun atmosferische chemie, hebben decennia van anticipatie plaatsgemaakt voor een langzame fade-in van kronkelige spectra op computermonitoren.

Gloeiende buitenaardse dame

Meer dan twee jaar was het kantoor van Kaltenegger - hetzelfde kantoor waar Sagan werkte - in de tijd bevroren. Eerst kwam de pandemie, toen een sabbatical. In augustus was ze terug en liep met een stift in de hand vooruit op haar whiteboard en nam een ​​lijst met ideeën door die niet zouden misstaan ​​in de schrijverskamer van een Star Trek serie. (Gaia en SETI. Donkere oceanen. Ozon. Land. Ondiepe oceanen. IJzer?) 'Dit is het leuke gedeelte,' zei ze, terwijl ze door de onderwerpen heen bladerde van artikelen die ze al heeft gepubliceerd.

Kaltenegger werd de oprichter en directeur van het Carl Sagan Institute in 2015 na een aantal jaren op Harvard en vervolgens in Heidelberg, waar ze haar eerste laboratorium runde. Op een dag tijdens haar verblijf in Heidelberg kwam er een e-mail binnen van Jonathan Lunine, het hoofd van de afdeling astronomie van Cornell, met de vraag of ze wilde praten over belangrijke kansen. "Ik ga, oh mijn God, het is een 'vrouw in de wetenschap'-evenement. Op een gegeven moment krijg je te veel van die uitnodigingen.” Lunine was in plaats daarvan op zoek naar een nieuwe professor. Kaltenegger antwoordde dat ze liever zou werken bij een interdisciplinair, op astrobiologie gericht instituut. Dus leid er een hierheen, stelde hij voor.

Op een recente ochtend zaten we in een tuin op de campus niet ver van het instituut, geflankeerd door rododendrons. Terwijl het gevlekte zonlicht naar beneden sijpelde, sprong een vogeltje op een boomstam, zoemde een cicade en het gezoem van een grasmaaier kwam dichterbij en toen verder weg. Dit was duidelijk een bewoonde wereld.

De handelsvoorraad van Kaltenegger is verbeelding: zowel het soort dat astronomen vertrouwen bij het plannen van een ruimtetelescoop van $ 10 miljard zoals JWST, als het meer poëtische soort dat het publiek beroert. Dus hoe zag deze scène er voor haar uit?

Ze keek op. De bomen hadden groene bladeren, net als de meeste bekende organismen die fotosynthese uitvoeren. Ze waren geëvolueerd om te profiteren van onze gele zon en zijn overvloedige straling van zichtbaar licht, met behulp van pigmenten die blauwe en rode fotonen oppikten terwijl groene golflengten wegkaatsten. Maar planten rond koudere sterren, gulziger naar licht, kunnen donkerdere tinten krijgen. "In mijn geestesoog, als ik dat wil, transformeert het gewoon volledig met ons in de tuin, zittend onder een rode zon," zei ze. "Alles is paars om je heen, achter je", inclusief de bladeren.

Uncanny-valley-versies van de aarde spelen al twintig jaar een belangrijke rol in Kalteneggers denken, vanwege een knagende twijfel die ze ontwikkelde tijdens haar werk aan de Darwin-missie in de vroege jaren 2000.

Het doel was destijds om spectra van rotsachtige, gematigde planeten te vergelijken met hoe het spectrum van de aarde eruit zou zien van ver weg, op zoek naar opvallende signalen zoals een overschot aan zuurstof als gevolg van wijdverbreide fotosynthese. Kaltenegger's bezwaar was dat gedurende de eerste 2 miljard jaar van het bestaan ​​van de aarde de atmosfeer geen zuurstof had. Daarna duurde het nog een miljard jaar voordat zuurstof zich tot hoge niveaus had opgebouwd. En deze biosignatuur bereikte zijn hoogste concentratie niet in het huidige spectrum van de aarde, maar tijdens een korte periode in het late Krijt, toen proto-vogels gigantische insecten door de lucht joegen.

Zonder een goed theoretisch model voor hoe het eigen spectrum van de aarde is veranderd, vreesde Kaltenegger, zouden de grote planeetzoekmissies gemakkelijk een levende wereld kunnen missen die niet overeenkwam met een smal temporeel sjabloon. Ze moest zich de aarde voorstellen als een exoplaneet die door de tijd evolueerde. Om dit te doen, paste ze een van de eerste wereldwijde klimaatmodellen aan, ontwikkeld door de geowetenschapper James Kasting, die nog steeds verwijzingen bevat naar het magneetbandtijdperk van de jaren 1970 waarin het is ontstaan. Kaltenegger ontwikkelde deze code tot een op maat gemaakt hulpmiddel dat niet alleen de aarde kan analyseren door de tijd heen, maar ook door radicaal vreemde scenario's, en het blijft het werkpaard van haar lab.

De dag na ons gesprek in de tuin zat ik in het kantoor naast dat van Kaltenegger, over de schouder van postdoc Rebecca Payne mee te kijken terwijl we allebei naar strakke regels tekst op een zwarte achtergrond tuurden. "Als ik niet voor een zwart kleurenschema ga, willen mijn ogen aan het eind van de dag uit mijn hoofd vallen", zei ze.

Payne en haar collega's geven hun software basisfeiten over een planeet, zoals de straal en de baanafstand, en het type ster. Vervolgens doen ze gissingen over de mogelijke samenstelling van de atmosfeer en laten ze hun modellen uitvoeren om te zien hoe de atmosfeer van de planeet er door de eonen uit zou zien. Toen ze dit deden voor SPECULOOS-2c, zagen ze virtuele chemicaliën badend in virtueel sterrenlicht opkomen, vallen en elkaar vernietigen door gesimuleerde chemische reacties. De denkbeeldige atmosfeer kwam uiteindelijk tot een evenwicht en de software dook uit een tafel. Payne trok er een op het scherm. Ze bewoog haar muis over rij na rij en liet gissen naar de temperatuur en chemie van de nieuwe planeet op verschillende hoogten. Met behulp van die informatie konden zij en haar collega's bijzonder overvloedige verbindingen identificeren die JWST of een ander instrument mogelijk zou kunnen zien.

Van de Aarde-door-tijd studie verder volgen veel van Kalteneggers papieren hetzelfde patroon. Haar truc is om wat we weten over de rijkdom van de aarde in haar theoretische handpalm te verzamelen en die dan als een basketbal langs verschillende assen te laten draaien. Wat als we het op tijd terugspoelen? Wat als een buitenaardse aarde een andere geologie had? Een andere sfeer? Een all-ocean oppervlak? Wat als het om een ​​rode zon cirkelde, of om de gloeiend hete sintels van een witte dwerg?

In 2010 bijvoorbeeld, ze vond dat de op dat moment komende JWST in staat zou moeten zijn om de aanwezigheid van gassen af ​​te leiden van een vulkaanuitbarsting zoals de uitbarsting van Mount Pinatubo in 1991 op de Filippijnen, als een soortgelijke gebeurtenis plaatsvond op een exoplaneet. Of het kan werelden identificeren die niet worden geregeerd door de kringloop van koolstof tussen het oppervlak en de atmosfeer (zoals op aarde), maar in plaats daarvan door zwavel vrijgegeven door vulkanen en vervolgens afgebroken door sterrenlicht. Dergelijke klimaatcycli zijn van belang wanneer je biosignature-gassen probeert te identificeren, en ook omdat ze deel uitmaken van de grotere fysica van planeten. "Biosignaturen zijn gewoon de kers op de taart, maar eigenlijk is er veel taart om te eten", zegt Sasselov, die met Kaltenegger samenwerkte aan deze projecten.

Naast haar atmosferische modellering heeft Kaltenegger het afgelopen decennium ook de aarde doorzocht om iets van een rariteitenkabinet van een astrobioloog samen te stellen: een openbare database met vreemde spectra. Als astronomen erin slagen om een ​​afwijkende beweging in het spectrum van een exoplaneet te vinden, kan haar database de sleutel zijn om het te ontcijferen.

Tijdens een reis naar Yellowstone National Park bijvoorbeeld, verwonderde Kaltenegger zich over veelkleurige microbiële slicks op het oppervlak van hete vijvers. Dat bracht haar en haar collega's ertoe om 137 bacteriesoorten te kweken in petrischalen, toen publiceren hun spectra. "Er is waarschijnlijk geen kleur in de regenboog die je nu niet op aarde zou kunnen vinden," zei Lynn Rothschild, een synthetisch bioloog bij NASA's Ames Research Center en een medewerker aan het project. Geïnspireerd door het werk van een andere collega die ijskernen boort in het noordpoolgebied, isoleerde de groep van Kaltenegger 80 koudeminnende microben vergelijkbaar met wat zou kunnen evolueren op een ijsplaneet, een referentiedatabase publiceren van deze spectra in maart.

andere werelden kan biofluorescerend zijn. Op aarde beschermen biofluorescerende organismen zoals koralen zichzelf tegen ultraviolet licht door het te absorberen en het opnieuw uit te zenden als zichtbaar licht. Gezien het feit dat planeten in rode dwergsterrensystemen zoals TRAPPIST-1 baden in ultraviolette straling, stelt Kaltenegger dat buitenaards leven daar een soortgelijk proces zou kunnen ontwikkelen. (Sindsdien wordt ze "die gloeiende buitenaardse dame" genoemd.) Ze is ook van plan een reeks spectra te verkrijgen die mogelijke lavawerelden vertegenwoordigen; een geowetenschapper-collega en een pas aangekomen postdoc gaan binnenkort stenen smelten.

Naarmate haar publicatielijst groeide, heeft Kaltenegger zowel de kansen als de vernederingen van een rijzende vrouwelijke wetenschapper ervaren. Op een keer, toen ze een IMAX-film aan het filmen was in Hawaï over de zoektocht naar leven, kleedden producenten haar in korte broeken om te passen bij hun idee van een wetenschapper, Laura Dern's Jurassic Park karakter; de beslissing vereiste vervolgens meer make-up om alle muggenbeten te bedekken.

Binnen een hecht veld dat gedwongen wordt om beperkte hoeveelheden telescooptijd te delen, is ze een uitbundige, verwarmende aanwezigheid, zeiden medewerkers. Haar vingers weven door de lucht terwijl ze praat; zinnen en verhalen hebben de neiging om uit te monden in grote lachsalvo's. "Ze ondertekent elke sms met 'knuffels'", zei Rothschild. “Ik heb geen andere collega die dat doet.”

Eerste stippen op de kaart

De eerste biosignaturen zullen kleine, ambigue signalen zijn die onderhevig zijn aan tegenstrijdige interpretaties. Sommige claims zijn zelfs al naar voren gekomen.

De meest relevante case study schokte de astronomiewereld in de herfst van 2020. Een team waaronder Seager aangekondigd dat ze in de bovenste atmosfeer van Venus een ongewone verbinding hadden ontdekt die fosfine wordt genoemd, een zinderende, met zuur gewassen planeet die doorgaans als steriel wordt afgedaan. Op aarde wordt fosfine gewoonlijk geproduceerd door microben. Hoewel sommige abiotische processen de verbinding onder bepaalde omstandigheden ook kunnen maken, suggereerde de analyse van het team dat die processen waarschijnlijk niet op Venus zouden plaatsvinden. Volgens hen was dat een plausibele verklaring voor kleine drijvende Venusiaanse organismen. "Leven op Venus?" de New York Times opschrift vroeg me af.

Externe groepen vormden tegengestelde kampen. Sommige experts, waaronder: Victoria Weiden, een exoplaneet-atmosfeermodeller aan de Universiteit van Washington die een vergelijkbare benadering als die van Kaltenegger gebruikt, de Venus-gegevens opnieuw analyseerde en concludeerde dat het fosfinesignaal slechts een luchtspiegeling was: de chemische stof is er niet eens. Anderen, waaronder Lunine van Cornell, voerden aan dat zelfs als fosfine aanwezig is, het in feite uit geologische bronnen zou kunnen komen.

Kaltenegger acht deze kritieken gegrond. Volgens haar benadrukt de fosfine-saga een feedbacklus tussen wetenschap en wetenschapsfinanciering die ook toekomstige kandidaat-biosignaturen zou kunnen verstrikken. Op het moment van de fosfineaankondiging bevond NASA zich in de laatste fase van de keuze tussen vier kleine zonnestelselmissies, waarvan er twee Venus-gebonden waren. Tegen de volgende zomer kondigde NASA aan dat die twee waren uitgekozen om te vliegen. De fosfinestudie "was een geweldige manier om missies naar Venus goedgekeurd te krijgen", zei Kaltenegger en barstte in lachen uit. "Dat is de sarcastische versie." (Jane Greaves, de hoofdauteur van de fosfinestudie, zei dat haar team het selectieproces van de missie niet in overweging nam en dat de timing van het artikel toeval was.)

De volgende fase in de jacht op biosignaturen van exoplaneten hangt af van wat JWST onthult over de TRAPPIST-1-planeten. Het is onwaarschijnlijk dat ze echte biosignaturen in hun lucht zien. Maar de telescoop kon koolstofdioxide en waterdamp detecteren in de soort verhoudingen die de op aarde en Venus gebaseerde modellen voorspellen. Dit zou bevestigen dat modelbouwers een behoorlijke greep hebben op welke geochemische cycli van belang zijn in de melkweg, en welke werelden echt bewoonbaar kunnen zijn. Iets meer onverwachts zien, zou onderzoekers helpen hun modellen te corrigeren.

Een grimmiger mogelijkheid is dat deze planeten helemaal geen atmosfeer hebben. Van rode dwergsterren zoals TRAPPIST-1 is bekend dat ze zonnevlammen uitzenden die alles kunnen wegnemen, behalve kale rotsen. (Kaltenegger betwijfelt dit, met het argument dat de gasvormige emissies van de planeten hun hemel moeten blijven aanvullen.)

Tegen de tweede helft van dit decennium zullen de gegevens van de transits van meerdere planeten zich hebben opgestapeld, genoeg voor astronomen om niet alleen naar chemie op deze werelden te zoeken, maar ook om te onderzoeken hoe bepaalde moleculen van seizoen tot seizoen toenemen en afnemen. Tegen die tijd kunnen aanvullende waarnemingen de gegevens aanvullen. Verschillende nieuwe, verbluffend grote observatoria zijn gepland om vanaf 2027 spiegels ter grootte van een bassin naar de kosmos te openen - waaronder de grootste van allemaal, de Extremely Large Telescope in Chili. Deze telescopen zullen gevoelig zijn voor andere golflengten van licht dan JWST, waarbij ze een alternatieve reeks spectrale kenmerken onderzoeken, en ze zouden ook in staat moeten zijn om planeten buiten transit te bestuderen.

Al deze instrumenten voldoen nog steeds niet aan wat jagers op biosignaturen echt willen, wat ze altijd al hebben gewild: een van die gigantische op de ruimte gebaseerde Terrestrial Planet Finders. Eerder dit jaar, toen de National Academy of Sciences een invloedrijk, agenda-setting rapport uitbracht, de decadale survey genaamd, waarin de ideeën van de astronomiegemeenschap worden samengevat over wat NASA zou moeten prioriteren, stelden ze een grote druk op de kwestie in feite uit tot de jaren 2030.

"Ik heb hier over nagedacht: hoe zit het als wij het niet zijn?" aldus Kaltenegger. "Wat als het niet onze generatie is?" Gebaseerd op het snelste dat een echte telescoop voor de jacht op planeten van de volgende generatie zou kunnen vliegen, denkt ze dat de meest waarschijnlijke kandidaat om zo'n missie te leiden waarschijnlijk nu op de middelbare school zit.

Maar nogmaals, haar cohort van vroege exoplaneetwetenschappers zijn altijd dromers geweest, zei ze. En wetenschap is altijd een intergenerationele activiteit geweest.

Ze zat in haar kantoor dat van Sagan was en schetste een specifieke scène. Een verre toekomstreiziger loopt de brug op van een vertrekkend ruimtevaartuig zoals de Enterprise, klaar om naar een nieuwe wereld te reizen. Kaltenegger weet zeker dat ze zelf niet op het schip zal zijn, maar, zei ze, "in gedachten zie ik ze met deze oude sterrenkaart." De antieke kaart zou de locaties van kandidaat-levende planeten markeren. Het zou waarschijnlijk achterhaald zijn, alleen om sentimentele redenen meegebracht. "Maar ik wil de persoon zijn die de eerste stippen op deze kaart zet."