Sen o odkryciu obcego życia znajduje nową nadzieję

Jeden z wielu razy Lisy KalteneggerSen, który nieco zbliżył się do rzeczywistości, miał miejsce w zimny kwietniowy poranek dziesięć lat temu na konferencji astronomicznej. Trzymała w dłoniach, jak wspomina, okropną, po prostu okropną filiżankę kawy, nie dlatego, że zamierzała ją wypić więcej, ale dlatego, że czekała w kolejce i była ciepła w jej dłoniach. Wtedy Bill Borucki skręcił w jej kierunku.

Przygotowała się, by powiedzieć mu, żeby unikał kawy. Ale Borucki, szef misji NASA Kepler, teleskopu kosmicznego zaprojektowanego do polowania na planety krążące wokół innych gwiazd (lub „egzoplanet”), miał coś innego do omówienia. Kepler mignął jego pierwsze dwie egzoplanety wielkości Ziemi z przyzwoitą szansą na posiadanie ciekłej wody na ich powierzchni. Były to dziwne nowe światy, które wszyscy uczestnicy konferencji — i prawdopodobnie większość rasy ludzkiej — przynajmniej raz sobie wyobrażali. Czy Kaltenegger potwierdzi, że planety mogą nadawać się do zamieszkania?

Kaltenegger, w tym czasie astrofizyk w Instytucie Astronomii im. Maxa Plancka w Heidelbergu w Niemczech, zaczął opracowywać nowe modele klimatyczne przed zakończeniem konferencji, uwzględniając podstawowe fakty, takie jak średnice planet i letni blask ich gwiazdy. Jej ostateczna odpowiedź: kwalifikowane tak. Planety mogą nadawać się do życia, a przynajmniej do płynnej wody; mogą nawet być światami wodnymi, zamkniętymi w niekończących się oceanach bez ani jednej skalistej wychodni wystającej ponad fale. Zastrzeżenie polegało na tym, że aby się upewnić, potrzebowałaby bardziej zaawansowanych obserwacji.

Kaltenegger od tego czasu stał się prawdopodobnie wiodącym na świecie komputerowym modelarzem potencjalnie zamieszkałych światów. W 2019 roku, kiedy inny statek kosmiczny NASA polujący na egzoplanety, o nazwie TESS, znalazł swój własny pierwsze skaliste, umiarkowane światy, została ponownie wezwana do roli inspektora kosmicznego domu. Niedawno w belgijskim badaniu SPECULOOS zwróciła się o pomoc w zrozumieniu nowo odkryta planeta wielkości Ziemi nazwany SPECULOOS-2c, który jest niebezpiecznie blisko swojej gwiazdy. Ona i jej współpracownicy zakończyli analizę, przesłaną jako wydruk wstępny we wrześniu, pokazując, że woda ze SPECULOOS-2c może być w trakcie parowania jak para z sauny, tak jak dawno temu zrobiły wszystkie morza Wenus, a oceany na Ziemi zaczną to robić za pół miliarda lat. Obserwacje teleskopowe powinny być w stanie stwierdzić w ciągu kilku lat, czy tak się dzieje, co pomoże ujawnić przyszłość naszej własnej planety i jeszcze bardziej wytyczyć granicę między wrogimi i nadającymi się do zamieszkania światami w całej galaktyce.

Symulując namiastkę Ziemi i bardziej spekulatywne wizje żywych planet, Kaltenegger wykorzystuje dziwaczne życie i geologię na Ziemi, aby opracować bardziej systematyczny zestaw oczekiwań dotyczących tego, co może być możliwe gdzie indziej. „Próbuję zrobić podstawy”, powiedziała mi podczas niedawnej wizyty na Cornell University, gdzie prowadzi instytut nazwany imieniem Carla Sagana, innego charyzmatycznego astronoma z Itaki, który ma wielkie pomysły na zakończenie samotnego pobytu ludzkości w kosmosie.

Jej nadrzędne zadanie — poszukiwanie obcego życia — wkracza w bezprecedensową fazę. Pomijając przybycie czegoś w rodzaju pozaziemskiej audycji radiowej, większość astronomów uważa, że ​​naszą najlepszą krótkoterminową szansą na spotkanie innego życia w kosmosie jest wykrycie gazów biosygnaturowych – gazów, które mogły pochodzić tylko z życia – unoszący się w atmosferach egzoplanet. Rodzaj zdalnego pomiaru niezbędny do tego rodzaju wykrywania nadwyrężył możliwości nawet najbardziej zaawansowanych obserwatoriów ludzkości. Ale dzięki Kosmicznemu Teleskopowi Jamesa Webba (JWST) obecnie w pierwszych kilku miesiącach obserwacji, takie odkrycie stało się możliwe.

W ciągu najbliższych kilku lat ogromny teleskop kosmiczny będzie uważnie przyglądał się kilku skalistym światom, które są uważane za najbardziej nadające się do zamieszkania, w tym prawdopodobnie nowy SPECULOOS-2c. Badania JWST powinny co najmniej ustalić, czy planety te mają atmosfery; mogą również pokazać, że niektóre kapią ciekłą wodą. Najbardziej optymistycznie – jeśli biosfery łatwo kwitną ze światów podobnych do Ziemi – teleskop może wykryć dziwne proporcje, powiedzmy, dwutlenku węgla, tlenu i metanu na jednej z tych planet. Astronomowie mogą wówczas odczuwać wielką pokusę, by przypisać tę miksturę obecności pozaziemskiego ekosystemu.

Znalezienie biosygnatur będzie wymagało od Kaltenegger i niewielkiej grupy jej rówieśników pewności z bardzo małej liczby fotonów. Nie tylko sygnały atmosferyczne, których szukają, będą słabe, ale ona i jej koledzy muszą modelować możliwe wzajemne oddziaływanie światła gwiazd, skał i powietrza na planecie na tyle dokładnie, aby mieć pewność, że nic poza życiem nie może wyjaśnić obecności konkretnego gazu atmosferycznego. Każda taka analiza musi poruszać się między Scyllą a Charybdą, unikając zarówno fałszywych negatywów – życie tam było, ale przeoczyłeś je – i fałszywych trafień, które znajdują życie tam, gdzie go nie ma.

Pomyłka pociąga za sobą konsekwencje. W przeciwieństwie do większości przedsięwzięć naukowych, poszukiwanie oznak życia pozaziemskiego odbywa się w nieuniknionym świetle reflektorów i w turbodoładowanym ekosystemie informacyjnym, w którym każdy naukowiec krzyczy „Życie!” wypacza tkankę finansowania, uwagi i zaufania publicznego. Sama Kaltenegger miała ostatnio miejsce w pierwszym rzędzie do takiego właśnie odcinka.

Jej pokolenie staje w obliczu kolejnej presji, którą zamierzałem delikatnie pozować, ale skończyło się na tym, że wygadałam się zaledwie godzinę po spotkaniu z nią. Ona i jej koledzy rozpoczęli karierę u progu ery egzoplanet. Teraz ścigają się, aby odkryć życie na jednym przed śmiercią.

Planetarni marzyciele

Współczesne poszukiwania biosygnatur rozpoczęły się niemal natychmiast po odkryciu w 1995 roku pierwszej egzoplanety – gazowego olbrzyma – krążącej wokół gwiazdy podobnej do Słońca. Polowanie na planety wkrótce stało się krnąbrne i konkurencyjne, wyścig o nagłówki. Niektórzy starsi astronomowie wątpili, czy błyskotliwe, zasobożerne podpole może dostarczyć znacznie więcej niż jednorazowe pomiary kilku unikalnych planet. „Ludzie byli otwarcie sceptyczni, a niektórzy byli przeciwko temu gniewnie” – powiedział Sara Seger, astronom egzoplanet w Massachusetts Institute of Technology. W międzyczasie enklawy naukowców o podobnych poglądach zaczęły gromadzić się na warsztatach, aby zbadać nowe pytania na otwartym niebie. „Nigdy nie odmówiliśmy żadnego pomysłu”, powiedział Seager, który był wówczas absolwentem.

Kaltenegger był studentem pierwszego roku na uniwersytecie, kiedy pojawiły się wieści o pierwszych gigantycznych egzoplanetach. Dorastała w małym miasteczku w Austrii, z rodzicami, którzy wspierali jej zainteresowania matematyką, fizyką i językami; bibliotekarze z miasta znali ją tak dobrze, że dawali jej nowe książki, których jeszcze nie sklasyfikowali. „Wszystko było możliwe” – powiedziała o swoim wychowaniu. Na Uniwersytecie w Grazu pociągnęło ją nowe poszukiwanie nowych światów. Seager, który poznał Kalteneggera na programie szkoły letniej w 1997 roku, chwali teraz niezwykłą śmiałość, która doprowadziła studenta do dołączenia do subdyscypliny, która wciąż była tak marginalna i efemeryczna. „Możliwość bycia tam na początku — to nie był tylko zbieg okoliczności” — powiedział Seager. Pod koniec studiów licencjackich Kaltenegger pozyskała fundusze z Unii Europejskiej i zaprosiła się na otwarte miejsce do obserwatorium na Teneryfie na Wyspach Kanaryjskich. Spędziła tam długie, pełne kawy noce, polując na egzoplanety, słuchając w kółko albumu doktora Dire Straits, zanim wyszła na zewnątrz, by zobaczyć wschód słońca nad zasłanym lawą krajobrazem.

W międzyczasie do akcji wkraczały agencje kosmiczne. W 1996 roku administrator NASA, Dan Goldin, opublikował plan, który skutecznie przyspieszył prosto od odkrycia pierwszych egzoplanet gazowych, aż do strefy końcowej. Jego plan wymagał stworzenia ogromnych kosmicznych obserwatoriów, nazwanych Terrestrial Planet Finders, które mogłyby wykonywać szczegółowe pomiary spektroskopowe obcych Ziemi, rozbijając ich światło na składowe kolory, aby zrozumieć ich skład chemiczny.

Co więcej, Goldin chciał prawdziwych zdjęć planet. W 1990 roku sonda Voyager NASA, na polecenie Sagana, zrobiła zdjęcie domu spoza orbity Neptuna, redukując cały nasz żyjący, oddychający, kruchy świat do bladoniebieskiej kropki zawieszonej w pustce. A co, gdybyśmy mogli zobaczyć kolejną jasnoniebieską kropkę migoczącą w czerni?

Europejska Agencja Kosmiczna opracowała własną wersję bliźniaczej misji zwiadowczej na Ziemi i poszukiwania życia, zwanej Darwin. Kaltenegger, wówczas 24-letni, zgłosił się do pracy i dostał pracę. „Zadawałem sobie pytanie: czy żyjesz w czasach, w których możesz dowiedzieć się, czy jesteśmy sami we wszechświecie i czy mogę pomóc?” powiedziała w Cornell, nosząc turkusowy naszyjnik z klejnotów symbolizujący jasnoniebieską kropkę i trzymając filiżankę herbaty na kolanie. „Patrząc wstecz na moje życie, prawdopodobnie to właśnie chcę zrobić”. Jej zadaniem było rozważenie kompromisów projektowych misji i sporządzenie listy gwiazd, które flota teleskopów Darwina powinna przeszukiwać w poszukiwaniu planet; równolegle realizowała doktorat.

Ale w 2000 roku wizje wielkich teleskopów do polowania na kosmitów rozpadły się po obu stronach Atlantyku. Badania Darwina zakończyły się fiaskiem w 2007 roku. Jednym z powodów był słabiący harmonogram prac rozwojowych JWST, który pochłonął budżety i skupił uwagę. Inna była wątpliwość naukowa: w tamtym czasie astronomowie nie mieli pojęcia, jaka część gwiazd Drogi Mlecznej ma planety skaliste z możliwością stabilnego, umiarkowanego klimatu.

Ta frakcja okazałaby się wynosić około jednej piątej, jak ujawnił teleskop kosmiczny Kepler, który wystrzelił w 2009 roku i odkrył tysiące egzoplanet. Misja Terrestrial Planet Finder, gdyby ktoś został wskrzeszony, miałaby wiele miejsc do wskazania.

Jednak od czasu wprowadzenia Keplera, pragmatyczne kompromisy sprawiły, że astrobiologowie zaczęli marzyć o mniejszych wartościach, kierując swoje zasoby na skromniejszą ścieżkę. Obserwatorium takie jak Darwin mogło wykryć sygnał skalistej planety obok znacznie jaśniejszej gwiazdy – wyzwanie często porównywane do robienia zdjęcia świetlika przemykającego wokół reflektora. Ale teraz jest inny, tańszy sposób.

Seager i astronom z Harvardu Dimitar Sasselow wymarzony alternatywna metoda w 2000 r. — sposób na wąchanie w atmosferę egzoplanety, nawet jeśli światło planety i jej gwiazdy miesza się ze sobą. Po pierwsze, teleskopy szukają planet, które „przechodzą”, przechodząc przed swoją gwiazdą widzianą z perspektywy Ziemi, co powoduje niewielkie osłabienie światła gwiazd. Te tranzyty są bogate w informacje. Podczas tranzytu widmo gwiazdy tworzy nowe wybrzuszenia i drgania, ponieważ część światła gwiazd przebija się przez pierścień atmosfery wokół planety, a cząsteczki w atmosferze pochłaniają światło o określonych częstotliwościach. Umiejętna analiza drgań spektralnych ujawnia odpowiedzialne za to chemię na dużych wysokościach. Kosmiczny Teleskop Hubble'a rozpoczął testowanie tej techniki w 2002 roku, znalezienie pary sodu wokół odległej gazowej planety olbrzyma; wraz z innymi teleskopami powtórzył sztuczkę na dziesiątkach celów.

Teraz wszechświat musiał tylko wykrztusić odpowiednie światy podobne do Ziemi, aby na nie spojrzeć.

Przeglądy egzoplanet wydawały się natrafiać na mnóstwo przegotowanych Jowiszów i zbyt małych Neptunów wokół innych gwiazd, ale planety skaliste z potencjałem ciekłej wody pozostawały rzadkością aż do ery Keplera. W połowie 2010 roku Kepler wykazał, że światy wielkości Ziemi są powszechne; zauważył nawet kilka potencjalnie nadających się do zamieszkania, przechodzących przed swoimi gwiazdami, jak para, którą Kaltenegger wymodelował dla Boruckiego. Jednak konkretne przykłady, które pojawiły się Kepler, były zbyt odległe, aby można było przeprowadzić dalsze badania. Tymczasem w 2016 roku astronomowie odkryli, że najbliższa Ziemi gwiazda, Proxima Centauri, ma potencjalnie nadającą się do zamieszkania planetę o rozmiarach Ziemi. Ale ta planeta nie przechodzi przez swoją gwiazdę.

W 2009 Kaltenegger, a następnie na Harvardzie i samodzielna formacja boiska, oraz współpracownik Wesley Traub, dodali kolejne kwalifikacje. Myśleli o tym, czego potrzeba, by obca cywilizacja… wykrywać gazy biosygnaturowe na Ziemi — planeta ze stosunkowo ciasną atmosferą, przechodząca przez jasną gwiazdę. Zdali sobie sprawę, że teleskop taki jak JWST będzie widział tylko niewielkie sygnały z gazów atmosferycznych podczas każdego tranzytu, więc aby osiągnąć jakąkolwiek pewność statystyczną, astronomowie musieliby obserwować dziesiątki, a nawet setki tranzytów, co zajęłoby lata. Kierując się tym spostrzeżeniem, astronomowie zaczęli szukać Ziemi na bliskich orbitach wokół słabszych, zimniejszych czerwonych karłów, gdzie sygnały atmosferyczne będą mniej zagłuszane przez światło gwiazd, a tranzyty będą się częściej powtarzać.

Kosmos przeszedł. W 2017 roku astronomowie ogłosili odkrycie siedmiu planet skalistych wokół czerwonego karła o nazwie TRAPPIST-1. Następnie we wrześniu jako zapasowy pojawił się system SPECULOOS-2. Te gwiazdy są blisko. Są przyćmione i czerwone. Każdy z nich ma wiele skalistych planet, które tranzytują. A od lata JWST działa jeszcze lepiej niż oczekiwano. Spory ułamek następnych pięciu lat spędzi wpatrując się mocno w te bałaganiarskie kule skalne i chemiczne wirujące wokół ich dziwnych gwiazd. Dla teoretyków, takich jak Kaltenegger, którzy przeszli od marzeń o alternatywnych Ziemiach do masowego tworzenia prognoz dotyczących ich składu chemicznego atmosfery, dziesięciolecia oczekiwania ustąpiły miejsca powolnemu zanikaniu falujących widm na monitorach komputerów.

Świecąca Obca Pani

Przez ponad dwa lata biuro Kalteneggera – to samo, w którym pracował Sagan – było zamrożone w czasie. Najpierw przyszła pandemia, potem urlop naukowy. W sierpniu wróciła, przesuwając się po tablicy z markerem w ręku, przeglądając listę pomysłów, które pasowałyby do pokoju pisarza Star Trek seria. (Gaia i SETI. Ciemne oceany. Ozon. Ziemia. Płytkie oceany. Żelazo?) „To jest zabawna część”, powiedziała, przebijając się przez tematy artykułów, które już opublikowała.

Kaltenegger została dyrektorem-założycielem Instytutu Carla Sagana w 2015 roku po przejściu na Harvard, a następnie w Heidelbergu, gdzie prowadziła swoje pierwsze laboratorium. Pewnego dnia podczas jej pobytu w Heidelbergu przyszedł e-mail z Jonathana Lunina, kierownik wydziału astronomii w Cornell, pytając, czy chce porozmawiać o ważnych możliwościach. „Idę, o mój Boże, to wydarzenie „kobiety w nauce”. W pewnym momencie dostajesz za dużo tych zaproszeń”. Zamiast tego Lunine szukała nowego profesora. Kaltenegger odpowiedziała, że ​​wolałaby pracować w interdyscyplinarnym instytucie skoncentrowanym na astrobiologii. Więc prowadź tutaj jednego, zasugerował.

Pewnego ranka siedzieliśmy w ogrodzie na terenie kampusu niedaleko instytutu, w otoczeniu rododendronów. Kiedy przesączało się pstrokate światło słoneczne, mały ptaszek podskoczył na pień drzewa, brzęczała cykada, a warkot kosiarki zbliżał się, a potem oddalał. To był oczywiście zamieszkały świat.

Udziałem Kalteneggera w handlu jest wyobraźnia: zarówno ta, której ufają astronomowie, planując wart 10 miliardów dolarów teleskop kosmiczny, jak JWST, jak i te bardziej poetyckie, które poruszają publiczność. Więc jak dla niej wyglądała ta scena?

Podniosła wzrok. Drzewa miały zielone liście, podobnie jak większość znanych organizmów wykonujących fotosyntezę. Wyewoluowały, aby wykorzystać nasze żółte słońce i jego obfite promieniowanie światła widzialnego, używając pigmentów, które wychwytują niebieskie i czerwone fotony, jednocześnie pozwalając odbić się zielonym falom. Ale rośliny wokół zimniejszych gwiazd, bardziej żądne światła, mogą przybrać ciemniejsze odcienie. „W moim umyśle, jeśli chcę, to po prostu całkowicie się zmienia wraz z nami w ogrodzie, siedząc pod czerwonym słońcem” – powiedziała. „Wszystko jest fioletowe wokół ciebie, za tobą”, łącznie z liśćmi.

Wersje Ziemi z niesamowitości przez dwie dekady były mocno obecne w myśleniu Kaltenegger, z powodu dokuczliwych wątpliwości, które rozwinęła podczas pracy nad misją Darwina na początku 2000 roku.

Celem w tamtym czasie było porównanie widm ze skalistych planet o umiarkowanym klimacie z tym, jak widmo Ziemi wyglądałoby z daleka, poszukując wyraźnych sygnałów, takich jak nadmiar tlenu z powodu szeroko zakrojonej fotosyntezy. Zastrzeżeniem Kalteneggera było to, że przez pierwsze 2 miliardy lat istnienia Ziemi jej atmosfera nie miała tlenu. Potem zajęło kolejne miliardy lat, zanim tlen nagromadził się do wysokich poziomów. I ta biosygnatura osiągnęła najwyższe stężenie nie w dzisiejszym widmie Ziemi, ale podczas krótkiego okna w późnym okresie kredowym, kiedy proto-ptaki ścigały gigantyczne owady po niebie.

Kaltenegger obawiał się, że bez dobrego teoretycznego modelu tego, jak zmieniło się widmo Ziemi, wielkie misje poszukiwania planet mogą łatwo przeoczyć żywy świat, który nie pasowałby do wąskiego szablonu czasowego. Musiała wyobrazić sobie Ziemię jako egzoplanetę ewoluującą w czasie. W tym celu zaadaptowała jeden z pierwszych globalnych modeli klimatycznych, opracowany przez geologa Jamesa Kastinga, który wciąż zawiera odniesienia do epoki taśmy magnetycznej z lat 1970. XX wieku. Kaltenegger rozwinął ten kod w narzędzie, które może analizować nie tylko Ziemię. przez czas, ale także radykalnie obce scenariusze, i pozostaje koniem roboczym jej laboratorium.

Dzień po naszej rozmowie w ogrodzie siedziałem w gabinecie obok Kalteneggera, oglądając przez ramię postdoktorkę Rebeccę Payne, gdy oboje zerkaliśmy na ciasne linijki tekstu na czarnym tle. „Jeśli nie zdecyduję się na czarną kolorystykę, pod koniec dnia moje oczy będą chciały wypaść mi z głowy” – powiedziała.

Payne i jej koledzy dostarczają swojemu oprogramowaniu podstawowe fakty dotyczące planety, takie jak promień i odległość orbitalna oraz typ jej gwiazdy. Następnie domyślają się możliwego składu atmosfery i uruchamiają swoje modele, aby zobaczyć, jak atmosfera planety będzie wyglądała na przestrzeni eonów. Kiedy zrobili to dla SPECULOOS-2c, zobaczyli wirtualne związki chemiczne skąpane w wirtualnym świetle gwiazd, unoszą się, opadają i anihilują nawzajem poprzez symulowane reakcje chemiczne. Wyimaginowana atmosfera w końcu ustaliła się w równowadze, a oprogramowanie wyłoniło tabelę. Payne wyciągnął jeden na ekranie. Przesuwała myszką wiersz po wierszu, pokazując domysły na temat temperatury i składu chemicznego nowej planety na różnych wysokościach. Korzystając z tych informacji, ona i jej koledzy mogli zidentyfikować szczególnie liczne związki, które JWST lub inny instrument może zobaczyć.

Z Badanie Ziemi w czasie dalej, wiele artykułów Kalteneggera ma ten sam wzór. Jej sztuczka polega na zebraniu w teoretycznej dłoni tego, co wiemy o bogactwie Ziemi, a następnie kręceniu tym jak piłką do koszykówki wzdłuż różnych osi. A jeśli przewiniemy to na czas? A gdyby obca Ziemia miała inną geologię? Inna atmosfera? Powierzchnia całego oceanu? A jeśli okrąży czerwone słońce lub rozżarzony żużel białego karła?

Na przykład w 2010 r. ona znalazła że nadchodzący wówczas JWST powinien być w stanie wywnioskować obecność gazów z erupcji wulkanu, takiej jak erupcja Mount Pinatubo w 1991 roku na Filipinach, gdyby podobne zdarzenie miało miejsce na egzoplanecie. Lub może identyfikować światy rządzone nie przez krążenie węgla między powierzchnią a atmosferą (jak na Ziemi), ale zamiast tego przez siarkę uwalniane przez wulkany, a następnie rozkładane przez światło gwiazd. Takie cykle klimatyczne mają znaczenie, gdy próbujesz zidentyfikować gazy o biosygnaturze, a także dlatego, że są one częścią większej fizyki planet. „Biopodpisy są po prostu wisienką na torcie, ale w zasadzie jest dużo ciasta do jedzenia” – powiedział Sasselov, który współpracował z Kalteneggerem przy tych projektach.

Poza modelowaniem atmosfery Kaltenegger spędziła także ostatnią dekadę na przeszukiwaniu Ziemi, aby zebrać coś w rodzaju gabinetu osobliwości astrobiologa: publiczną bazę danych dziwnych widm. Jeśli astronomom uda się znaleźć anomalne ruchy w widmie egzoplanet, jej baza danych może dostarczyć klucza do jego rozszyfrowania.

Na przykład podczas wycieczki do Parku Narodowego Yellowstone Kaltenegger zachwycał się wielobarwnymi plamami drobnoustrojów na powierzchni gorących stawów. To doprowadziło ją i jej współpracowników do wyhodowania 137 gatunków bakterii na szalkach Petriego opublikować swoje widma. „Prawdopodobnie w tęczy nie ma koloru, którego nie można by teraz znaleźć na Ziemi”, powiedział Lynn Rothschild, biolog syntetyczny z NASA Ames Research Center i współpracownik projektu. Zainspirowana pracą innego kolegi wiercącą rdzenie lodowe w Arktyce, grupa Kalteneggera wyizolowała 80 kochających zimno mikrobów podobnych do tych, które mogą ewoluować na lodowej planecie. publikowanie referencyjnej bazy danych tych widm w marcu br.

Inne światy może być biofluorescencyjny. Na Ziemi organizmy biofluorescencyjne, takie jak koralowce, chronią się przed światłem ultrafioletowym, pochłaniając je i ponownie emitując jako światło widzialne. Biorąc pod uwagę, że planety w układach czerwonych karłów, takie jak TRAPPIST-1, są skąpane w promieniowaniu ultrafioletowym, Kaltenegger twierdzi, że obce życie może tam ewoluować w podobny sposób. (Od tego czasu jest określana jako „ta świecąca obca dama”). Planuje również uzyskać serię widm reprezentujących możliwe światy lawy; Kolega geolog i nowo przybyły postdok wkrótce zaczną topić skały.

Wraz z powiększaniem się listy jej publikacji Kaltenegger doświadczyła zarówno możliwości, jak i upokorzeń wschodzącej gwiazdy naukowca. Pewnego razu, kiedy kręciła film krótkometrażowy IMAX na Hawajach w poszukiwaniu życia, producenci ubrali ją w szorty, aby pasowały do ​​ich wyobrażenia naukowca, Laury Dern. Jurassic Park postać; decyzja następnie wymagała więcej makijażu, aby pokryć wszystkie ukąszenia komarów.

W zwartym polu, zmuszonym do dzielenia ograniczonej ilości czasu teleskopu, jest żywiołową, ocieplającą obecnością, powiedzieli współpracownicy. Jej palce splatają się w powietrzu, gdy mówi; zdania i historie mają tendencję do wybuchów śmiechu. „Podpisuje mi każdy tekst »uściski«” – powiedział Rothschild. „Nie mam innego kolegi, który by to robił”.

Pierwsze kropki na mapie

Pierwsze biosygnatury będą drobnymi, niejednoznacznymi sygnałami, poddanymi wojującym interpretacjom. W rzeczywistości pojawiły się już pewne roszczenia.

Najbardziej trafne studium przypadku wstrząsnęło światem astronomii jesienią 2020 roku. Zespół, w tym Seager ogłosił że zauważyli niezwykły związek zwany fosfiną w górnych warstwach atmosfery Wenus, gorącej, oblanej kwasem planecie, którą zazwyczaj uważa się za sterylną. Na Ziemi fosfina jest powszechnie produkowana przez drobnoustroje. Chociaż niektóre procesy abiotyczne mogą również tworzyć związek w określonych warunkach, analiza zespołu sugeruje, że procesy te prawdopodobnie nie zachodzą na Wenus. Ich zdaniem pozostawiało to przekonujące wyjaśnienie maleńkich, pływających organizmów z Wenus. „Życie na Wenus?” ten New York Times nagłówek zastanawiałem się.

Grupy zewnętrzne tworzyły przeciwstawne obozy. Niektórzy eksperci, w tym Łąki Wiktorii, specjalista ds. modelowania atmosfery egzoplanet z Uniwersytetu Waszyngtońskiego, który stosuje podobne podejście do metody Kalteneggera, ponownie przeanalizował dane Wenus i doszedł do wniosku, że sygnał fosfiny był tylko mirażem: tej substancji chemicznej nawet tam nie ma. Inni, w tym Lunine w Cornell, argumentowali, że nawet jeśli fosfina jest obecna, to w rzeczywistości może pochodzić ze źródeł geologicznych.

Kaltenegger uważa tę krytykę za słuszną. Jej zdaniem, saga o fosfinach podkreśla pętlę sprzężenia zwrotnego między nauką a finansowaniem nauki, która może również uwikłać przyszłe biosygnatury kandydatów. W momencie ogłoszenia fosfiny NASA była w końcowej fazie wyboru między czterema małymi misjami Układu Słonecznego, z których dwie były związane z Wenus. Latem następnego roku NASA ogłosiła, że ​​ci dwaj zostali wybrani do latania. Badanie fosfiny „było świetnym sposobem na zatwierdzenie misji na Wenus” – powiedział Kaltenegger, wybuchając śmiechem. „To sarkastyczne podejście”. (Jane Greaves, główna autorka badania nad fosfinami, powiedziała, że ​​jej zespół nie wziął pod uwagę procesu wyboru misji, a czas publikacji był zbiegiem okoliczności.)

Kolejna faza poszukiwania biosygnatur egzoplanet zależy od tego, co JWST ujawnia na temat planet TRAPPIST-1. Widzenie rzeczywistych biosygnatur na ich niebie może być mało prawdopodobne. Ale teleskop może wykryć dwutlenek węgla i parę wodną w proporcjach, które przewidują modele Ziemi i Wenus. Potwierdzałoby to, że modelarze mają przyzwoitą wiedzę o tym, jakie cykle geochemiczne mają znaczenie w całej galaktyce i które światy mogą naprawdę nadawać się do zamieszkania. Zobaczenie czegoś bardziej nieoczekiwanego pomogłoby naukowcom skorygować ich modele.

Ponurą możliwością jest to, że te planety w ogóle nie mają atmosfer. Wiadomo, że czerwone karły, takie jak TRAPPIST-1, emitują rozbłyski słoneczne, które mogą oderwać wszystko poza gołą skałą. (Kaltenegger wątpi w to, twierdząc, że gazowe emisje planet powinny stale uzupełniać swoje niebo).

W drugiej połowie tej dekady dane z tranzytów wielu planet będą się gromadzić, co wystarczy, aby astronomowie nie tylko szukali chemii na tych światach, ale także zbadali, jak dane cząsteczki rosną i maleją z sezonu na sezon. Do tego czasu uzupełniające obserwacje mogą uzupełnić dane. Kilka nowych, oszałamiająco dużych obserwatoriów ma otworzyć zwierciadła wielkości basenu w kosmosie od 2027 roku – w tym największy ze wszystkich, Ekstremalnie Wielki Teleskop w Chile. Teleskopy te będą czułe na różne długości fal światła niż JWST, badając alternatywny zestaw cech widmowych, a także powinny być w stanie badać planety poza tranzytem.

Wszystkie te instrumenty wciąż nie spełniają tego, czego naprawdę chcą łowcy biosygnatur, tego, czego zawsze pragnęli: jednego z tych gigantycznych, kosmicznych wyszukiwarek planet naziemnych. Na początku tego roku, kiedy Narodowa Akademia Nauk opublikowała wpływowy, ustalający agendę raport, zwany ankietą dekadową, który podsumowuje pomysły społeczności astronomicznej dotyczące priorytetów NASA, skutecznie przesunęła poważny impuls w tej sprawie do lat 2030. XX wieku.

„Zastanawiałem się nad tym: A jeśli to nie my?” powiedział Kaltenegger. „A jeśli to nie jest nasze pokolenie?” Opierając się na najwcześniejszym możliwym do lotu teleskopie nowej generacji do polowania na planety, uważa, że ​​najbardziej prawdopodobny kandydat do poprowadzenia takiej misji jest prawdopodobnie w szkole średniej.

Z drugiej strony, jej grupa wczesnych naukowców zajmujących się egzoplanetami zawsze była marzycielami, powiedziała. A nauka zawsze była działalnością międzypokoleniową.

Siedząc w swoim biurze, które należało do Sagana, naszkicowała konkretną scenę. Podróżnik z dalekiej przyszłości wspina się po mostku odlatującego statku kosmicznego, takiego jak Enterprise , gotowy do podróży do nowego świata. Kaltenegger jest pewien, że sama nie będzie na statku, ale, jak powiedziała, „oczywiście oczami widzę je na tej starej mapie gwiezdnej”. Antyczna mapa wskazywałaby lokalizacje kandydujących żyjących planet. Prawdopodobnie byłby przestarzały, przyniesiony tylko z powodów sentymentalnych. „Ale chcę być osobą, która umieści pierwsze kropki na tej mapie”.