Îndoielile cresc cu privire la abordarea biosemnalelor pentru vânătoarea de străini | Revista Quanta

În 2020, oamenii de știință au detectat un gaz numit fosfină în atmosfera unei planete stâncoase de dimensiunea Pământului. Neștiind că fosfina nu ar putea fi produsă decât prin procese biologice, „oamenii de știință susțin că ceva acum viu este singura explicație pentru sursa substanței chimice”, New York Times raportat. După cum merg „gazele biosemnificative”, fosfina părea un home run.

Până nu a fost.

Planeta era Venus, iar afirmația despre o potențială biosemnătură pe cerul venusian este încă înfundată în controverse, chiar și ani mai târziu. Oamenii de știință nu pot fi de acord dacă fosfină este prezentă acolo, cu atât mai puțin dacă ar fi o dovadă puternică a unei biosfere extraterestre pe planeta noastră geamănă.

Ceea ce s-a dovedit a fi greu pentru Venus, va fi mai greu doar pentru exoplanetele aflate la mulți ani lumină distanță.

Telescopul spațial James Webb (JWST) de la NASA, care a fost lansat în 2021, a transmis deja date despre compoziția atmosferică a unei exoplanete de mărime medie numită K2-18 b, pe care unii le-au interpretat – în mod controversat – ca o posibilă dovadă a vieții. Dar chiar și în timp ce speranțele pentru detectarea biosemnăturilor cresc, unii oameni de știință încep să se întrebe deschis dacă gazele din atmosfera unei exoplanete vor fi vreodată dovezi convingătoare pentru extratereștri.

O serie de lucrări recente explorează incertitudinile descurajante în detectarea biosemnăturilor exoplanetelor. O provocare cheie pe care o identifică este ceea ce filosoful științei Peter Vickers la Universitatea Durham apelează la problema alternativelor neconcepute. Mai simplu, cum pot oamenii de știință să fie siguri că au exclus orice explicație non-biologică posibilă pentru prezența unui gaz - mai ales atâta timp cât geologia și chimia exoplanetelor rămân aproape la fel de misterioase ca viața extraterestră?

„Ideile noi sunt explorate tot timpul și ar putea exista un mecanism abiotic pentru acel fenomen care pur și simplu nu a fost conceput încă”, a spus Vickers. „Aceasta este problema alternativelor neconcepute în astrobiologie.”

„Este un pic din acest elefant în cameră”, a spus astronomul Daniel Angerhausen de la Institutul Federal Elvețian de Tehnologie din Zurich, care este un om de știință în cadrul misiunii LIFE, un telescop spațial propus care ar căuta gaze biosemnificative pe exoplanete asemănătoare Pământului.

Dacă sau atunci când oamenii de știință detectează un gaz presupus de semnătură biologică pe o planetă îndepărtată, ei pot folosi o formulă numită teorema lui Bayes pentru a calcula șansa existenței vieții acolo pe baza a trei probabilități. Două au de-a face cu biologia. Prima este probabilitatea ca viața să apară pe acea planetă, având în vedere tot ce se știe despre ea. A doua este probabilitatea ca, dacă există viață, aceasta ar crea biosemnătura pe care o observăm. Ambii factori poartă incertitudini semnificative, potrivit astrobiologilor Cole Mathis de la Universitatea de Stat din Arizona și Harrison Smith al Institutului de Științe Pământului-Viață al Institutului de Tehnologie din Tokyo, care a explorat acest tip de raționament într-un hârtie toamna trecută.

Al treilea factor este probabilitatea ca o planetă fără viață să producă semnalul observat - o provocare la fel de serioasă, își dau seama acum cercetătorii, care se încurcă în problema alternativelor abiotice neconcepute.

„Aceasta este probabilitatea ca noi să argumentăm că nu puteți completa în mod responsabil”, a spus Vickers. „Aproape ar putea varia de la zero la 1.”

Luați în considerare cazul lui K2-18 b, un „mini-Neptun” care are dimensiuni intermediare între Pământ și Neptun. În 2023, datele JWST au dezvăluit un semn statistic slab al sulfurei de dimetil (DMS) în atmosfera sa. Pe Pământ, DMS este produs de organisme marine. Cercetătorii care a detectat-o ​​provizoriu pe K2-18 b au interpretat celelalte gaze descoperite pe cerul său ca însemnând că planeta este o „lume de apă” cu un ocean de suprafață locuibil, susținând teoria lor că DMS-ul de acolo provine din viața marină. Dar alți oameni de știință interpretează aceleași observații ca dovezi ale unei compoziții planetare gazoase, neospitaliere, mai mult asemănătoare cu a lui Neptun.

Alternativele neconcepute i-au forțat deja pe astrobiologi de mai multe ori să-și revizuiască ideile despre ceea ce face o biosemnătură bună. Când fosfina era detectat pe Venus, oamenii de știință nu știau cum ar putea fi produs pe o lume stâncoasă fără viață. De atunci, au identificat mai multe posibile surse abiotice de gaz. Un scenariu este că vulcanii eliberează compuși chimici numiți fosfuri, care ar putea reacționa cu dioxidul de sulf din atmosfera lui Venus pentru a forma fosfină - o explicație plauzibilă, având în vedere că oamenii de știință au găsit dovezi ale vulcanismului activ pe planeta noastră geamănă. De asemenea, oxigenul a fost considerat un gaz biosemnificativ până în anii 2010, când cercetătorii, inclusiv Victoria Meadows de la Laboratorul Planetar Virtual al Institutului de Astrobiologie NASA început pentru a găsi modalități de că planetele stâncoase ar putea acumulează oxigen fără biosferă. De exemplu, se poate forma oxigen din dioxidul de sulf, care abundă în lumi la fel de diverse precum Venus și Europa.

Astăzi, astrobiologii au abandonat în mare măsură ideea că un singur gaz ar putea fi o semnătură biologică. În schimb, ei se concentrează pe identificarea „ansamblurilor” sau seturi de gaze care nu ar putea coexista fără viață. Dacă ceva poate fi numit biosemnătura standard de aur de astăzi, este combinația de oxigen și metan. Metanul se degradează rapid în atmosfere bogate în oxigen. Pe Pământ, cele două gaze coexistă doar pentru că biosfera le reumple continuu.

Până acum, oamenii de știință nu au reușit să vină cu o explicație abiotică pentru biosemnăturile oxigen-metan. Dar Vickers, Smith și Mathis se îndoiesc că această pereche specială - sau poate orice amestec de gaze - va fi vreodată convingătoare. „Nu există nicio modalitate de a fi siguri că ceea ce ne uităm este de fapt o consecință a vieții, spre deosebire de o consecință a unui proces geochimic necunoscut”, a spus Smith.

„JWST nu este un detector de viață. Este un telescop care ne poate spune ce gaze sunt în atmosfera unei planete”, a spus Mathis.

Sarah Rugheimer, un astrobiolog de la Universitatea York care studiază atmosferele exoplanetelor, este mai optimist. Ea caută în mod activ explicații abiotice alternative pentru biosemnăturile de ansamblu, cum ar fi oxigenul și metanul. Totuși, spune ea, „aș deschide o sticlă de șampanie - șampanie foarte scumpă - dacă am vedea oxigen, metan și apă și CO₂” pe o exoplanetă.

A turna băuturi peste un rezultat interesant în privat este, desigur, diferit de a spune lumii că au găsit extratereștri.

Rugheimer și ceilalți cercetători cu care au vorbit Cuante căci această poveste se întreabă cum să vorbească cel mai bine în public despre incertitudinea din jurul biosemnăturilor – și se întreabă cum variațiile în opinia astrobiologică despre o anumită detecție ar putea submina încrederea publicului în știință. Nu sunt singuri în grijile lor. Pe măsură ce saga Venus fosfină a ajuns la un punct culminant în 2021, administratorii și oamenii de știință NASA au implorat comunitatea de astrobiologie să stabilească standarde ferme de certitudine în detectarea biosemnăturilor. În 2022, sute de astrobiologi s-au reunit pentru un atelier virtual pentru a discuta problema – deși încă nu există un standard oficial sau chiar o definiție a unei biosemnături. „În acest moment, sunt destul de fericit că am fost cu toții de acord, în primul rând, că aceasta este o mică problemă”, a spus Angerhausen.

Cercetarea merge înainte în ciuda incertitudinii - așa cum ar trebui, spune Vickers. A alerga în fundături și a trebui să dai înapoi este firesc pentru un domeniu în curs de dezvoltare precum astrobiologia. „Acesta este ceva pe care oamenii ar trebui să încerce să înțeleagă mai bine cum funcționează știința în general”, a spus Smith. „Este în regulă să actualizăm ceea ce știm.” Și afirmațiile îndrăznețe despre biosemnăturile au o modalitate de a aprinde un foc sub conducerea oamenilor de știință pentru a le falsifica, spun Smith și Vickers - pentru a merge la vânătoare de alternative neconcepute.

„Încă nu știm ce naiba se întâmplă pe Venus și, desigur, se simte fără speranță”, a spus astrochimistul Clara Sousa-Silva de la Bard College, un expert în fosfină care a ajutat la detectarea lui Venus. Pentru ea, următorul pas este clar: „Să ne gândim din nou la Venus”. Astronomii au ignorat-o practic pe Venus timp de zeci de ani. Controversa privind semnătura biologică a declanșat noi eforturi nu numai pentru a descoperi surse abiotice de fosfină neconsiderate anterior, ci și pentru a înțelege mai bine planeta noastră soră în sine. (Macar cinci misiuni pe Venus sunt planificate pentru următoarele decenii.) „Cred că aceasta este și sursa de speranță pentru exoplanete.”