O nouă eră în căutarea vieții extraterestre: putem în sfârșit să analizăm atmosferele exoplanetelor

Ingredientele vieții sunt răspândit în tot universul. În timp ce Pământul este singurul loc cunoscut din univers cu viață, detectarea vieții dincolo de Pământ este a obiectiv major of astronomia modernă și stiinta planetara.

Suntem doi oameni de știință care studiem exoplanete și astrobiologie. Mulțumită în mare parte telescoapelor de ultimă generație precum James Webb, cercetătorii ca noi vor putea în curând să măsoare componența chimică a atmosferelor planetelor din jurul altor stele. Speranța este că una sau mai multe dintre aceste planete vor avea o semnătură chimică a vieții.

Exoplanete locuibile

Viaţă ar putea exista în sistemul solar acolo unde există apă lichidă — cum ar fi acviferele subterane de pe Marte sau în oceanele lunii Europa a lui Jupiter. Cu toate acestea, căutarea vieții în aceste locuri este incredibil de dificilă, deoarece acestea sunt greu de atins și detectarea vieții ar necesita trimiterea unei sonde pentru a returna mostre fizice.

Mulți astronomi cred că există o șanse mari ca viață să existe pe planete care orbitează în jurul altor stele, și este posibil să fie acolo viața se va găsi mai întâi.

Calculele teoretice sugerează că există în jur 300 de milioane de planete potenţial locuibile numai în galaxia Calea Lactee şi mai multe planete locuibile de dimensiunea Pământului în numai 30 de ani lumină de Pământ — în esență vecinii galactici ai umanității. Până acum, astronomii au făcut-o a descoperit peste 5,000 de exoplanete, inclusiv sute de potențial locuibile, folosind metode indirecte care măsoară modul în care o planetă își afectează steaua din apropiere. Aceste măsurători pot oferi astronomilor informații despre masa și dimensiunea unei exoplanete, dar nu multe altele.

Caut Biosemnături

Pentru a detecta viața pe o planetă îndepărtată, astrobiologii vor studia lumina stelară care are a interacționat cu suprafața sau atmosfera unei planete. Dacă atmosfera sau suprafața a fost transformată de viață, lumina poate avea un indiciu, numit biosemnătură.

În prima jumătate a existenței sale, Pământul a avut o atmosferă fără oxigen, deși a găzduit viață simplă, unicelulară. Biosemnătura Pământului a fost foarte slabă în această epocă timpurie. Asta s-a schimbat brusc Acum 2.4 miliarde de ani când a evoluat o nouă familie de alge. Algele au folosit un proces de fotosinteză care produce oxigen liber - oxigen care nu este legat chimic de niciun alt element. Din acel moment, atmosfera plină cu oxigen a Pământului a lăsat o semnătură biologică puternică și ușor de detectat asupra luminii care trece prin ea.

Când lumina sare pe suprafața unui material sau trece printr-un gaz, este mai probabil ca anumite lungimi de undă ale luminii să rămână prinse în gaz sau pe suprafața materialului decât altele. Această captare selectivă a lungimilor de undă ale luminii este motivul pentru care obiectele au culori diferite. Frunzele sunt verzi, deoarece clorofila este deosebit de bună la absorbția luminii în lungimile de undă roșii și albastre. Pe măsură ce lumina lovește o frunză, lungimile de undă roșii și albastre sunt absorbite, lăsând în mare parte lumina verde să revină în ochi.

Modelul luminii lipsă este determinat de compoziția specifică a materialului cu care interacționează lumina. Din această cauză, astronomii pot afla ceva despre compoziția atmosferei sau a suprafeței unei exoplanete, în esență, măsurând culoarea specifică a luminii care vine de pe o planetă.

Această metodă poate fi folosită pentru a recunoaște prezența anumitor gaze atmosferice care sunt asociate cu viața, cum ar fi oxigenul sau metanul, deoarece aceste gaze lasă semnături foarte specifice în lumină. De asemenea, ar putea fi folosit pentru a detecta culori deosebite pe suprafața unei planete. Pe Pământ, de exemplu, clorofila și alți pigmenți folosiți de plante și alge pentru fotosinteză captează lungimi de undă specifice ale luminii. Acești pigmenți produce culori caracteristice care poate fi detectat folosind o cameră sensibilă în infraroșu. Dacă ar fi să vedeți această culoare reflectându-se pe suprafața unei planete îndepărtate, ar putea semnifica prezența clorofilei.

Telescoape în spațiu și pe Pământ

Este nevoie de un telescop incredibil de puternic pentru a detecta aceste modificări subtile ale luminii provenite de la o exoplanetă potențial locuibilă. Deocamdată, singurul telescop capabil de o asemenea ispravă este noul Telescopul spațial James Webb. Asa cum a început operațiunile științifice în iulie 2022, James Webb a făcut o lectură a spectrului exoplaneta gigantică gazoasă WASP-96b. Spectrul a arătat prezența apei și a norilor, dar este puțin probabil ca o planetă atât de mare și fierbinte ca WASP-96b să găzduiască viață.

Cu toate acestea, aceste date timpurii arată că James Webb este capabil să detecteze semnături chimice slabe în lumina provenită de la exoplanete. În lunile următoare, Webb urmează să își întoarcă oglinzile spre TRAPPIST-1e, o planetă potențial locuibilă de dimensiunea Pământului, la doar 39 de ani lumină de Pământ.

Webb poate căuta biosemnături studiind planetele în timp ce trec prin fața stelelor gazdă și captând lumina stelelor care se filtrează prin atmosfera planetei. Dar Webb nu a fost conceput pentru a căuta viața, așa că telescopul este capabil să cerceteze doar câteva dintre cele mai apropiate lumi potențial locuibile. De asemenea, poate detecta doar modificări la nivelurile atmosferice de dioxid de carbon, metan și vapori de apă. În timp ce anumite combinații ale acestor gaze poate sugera viata, Webb nu este capabil să detecteze prezența oxigenului nelegat, care este cel mai puternic semnal pentru viață.

Conceptele de vârf pentru telescoapele spațiale viitoare, și mai puternice, includ planuri de a bloca lumina strălucitoare a stelei gazdă a unei planete pentru a dezvălui lumina stelară reflectată înapoi de pe planetă. Această idee este similară cu utilizarea mâinii pentru a bloca lumina soarelui pentru a vedea mai bine ceva în depărtare. Viitoarele telescoape spațiale ar putea folosi măști mici, interne sau nave spațiale mari, externe, asemănătoare umbrelelor pentru a face acest lucru. Odată ce lumina stelelor este blocată, devine mult mai ușor să studiezi lumina care sări de pe o planetă.

Există, de asemenea, trei telescoape enorme, la sol, în prezent în construcție, care vor putea căuta biosemnături: Telescopul gigant Magellen, Telescop de treizeci de metri, Şi Telescopul european extrem de mare. Fiecare este mult mai puternic decât telescoapele existente pe Pământ și, în ciuda handicapului atmosferei Pământului de a distorsiona lumina stelelor, aceste telescoape ar putea fi capabile să sondeze atmosfera celor mai apropiate lumi pentru oxigen.

Este biologie sau geologie?

Chiar și folosind cele mai puternice telescoape ale următoarelor decenii, astrobiologii vor putea detecta doar biosemnături puternice produse de lumi care au fost complet transformate de viață.

Din păcate, majoritatea gazelor eliberate de viața terestră pot fi produse și prin procese non-biologice – vacile și vulcanii eliberează metan. Fotosinteză produce oxigen, dar lumina soarelui o face și atunci când împarte moleculele de apă în oxigen și hidrogen. Este un șanse mari astronomii să detecteze unele fals pozitive când caută o viață îndepărtată. Pentru a ajuta la excluderea rezultatelor false pozitive, astronomii vor trebui să înțeleagă suficient de bine o planetă de interes pentru a înțelege dacă este procesele geologice sau atmosferice ar putea imita o semnătură biologică.

Următoarea generație de studii despre exoplanete are potențialul de a trece ștacheta dovezi extraordinare necesare pentru a dovedi existența vieții. Primele date lansate de telescopul spațial James Webb ne oferă o idee despre progresul interesant care va veni în curând.

Acest articol este republicat de la Conversaţie sub licență Creative Commons. Citeste Articol original.

Credit imagine: NASA/JPL-Caltech/Wikimedia Commons