Tämän tietyn kaasun havaitseminen vieraan maailman ilmakehässä voi olla hyvä merkki elämästä

(M. Kornmesser/ESA/Wikimedia Commons/CC BY 4.0)

Ei ole liioittelua sanoa, että Auringon ulkopuolisten planeettojen tutkimus on kasvanut räjähdysmäisesti viime vuosikymmeninä. Tähän mennessä, 4 375 eksoplaneettaa on vahvistettu 3 247 järjestelmässä, ja vielä 5 856 ehdokasta odottaa vahvistusta.

Viime vuosina eksoplaneettojen tutkimukset ovat alkaneet siirtyä löytöprosessista karakterisointiprosessiin.

Tämän prosessin odotetaan kiihtyvän, kun seuraavan sukupolven teleskoopit tulevat toimimaan.



Tämän seurauksena astrobiologit pyrkivät luomaan kattavia luetteloita mahdollisista 'biosignatuureista', jotka viittaavat kemiallisiin yhdisteisiin ja prosesseihin, jotka liittyvät elämään (happi, hiilidioksidi, vesi jne.).

Mutta ryhmän tekemän uuden tutkimuksen mukaan Massachusettsin Teknologian Instituutti (MIT), toinen mahdollinen biosignature, jota meidän pitäisi etsiä, on hiilivety nimeltään isopreeni (C5H8).

Tutkimus, joka kuvaa heidän tuloksiaan, Isopreenin arviointi mahdollisena biosignature-kaasuna eksoplaneetoissa, joissa on hapettomia ilmakehyksiä , ilmestyi äskettäin verkossa ja on hyväksynyt sen julkaistavaksi Astrobiologia .

Tutkimuksensa vuoksi MIT-tiimi tarkasteli kasvavaa luetteloa mahdollisista biosignatuureista, joita tähtitieteilijät etsivät tulevina vuosina.

Tähän mennessä suurin osa eksoplaneetoista on havaittu ja vahvistettu epäsuorilla menetelmillä.

Suurimmaksi osaksi tähtitieteilijät ovat luottaneet siihen Kuljetusmenetelmä (Transit Fotometria) ja Radial Velocity -menetelmä (Doppler-spektroskopia), yksin tai yhdistelmänä. Vain muutama on havaittu käyttämällä Suora kuvantaminen , mikä tekee eksoplaneettojen ilmakehän ja pintojen karakterisoinnista erittäin vaikeaa.

Vain harvoissa tapauksissa tähtitieteilijät ovat pystyneet saamaan spektrejä, joiden avulla he voivat määrittää planeetan ilmakehän kemiallisen koostumuksen. Tämä johtui joko valosta, joka kulki eksoplaneetan ilmakehän läpi sen kulkiessa tähtensä edessä, tai niistä harvoista tapauksista, joissa tapahtui suoraa kuvantamista ja eksoplaneetan ilmakehästä heijastuvaa valoa voitiin tutkia.

Suuri osa tästä on liittynyt nykyisten teleskooppien rajoihin, sillä niillä ei ole tarvittavaa resoluutiota pienempien, kivisten planeettojen tarkkailemiseen, jotka kiertävät tähteään.

Tähtitieteilijät ja astrobiologit uskovat, että juuri nämä planeetat ovat todennäköisimmin asumiskelpoisia, mutta niiden pinnoilta ja ilmakehästä heijastuva valo syrjäyttää niiden tähdistä tulevan valon.

Se kuitenkin muuttuu pian, kun seuraavan sukupolven instrumentit, kuten James Webbin avaruusteleskooppi (JWST) vie avaruuteen. Sara Seager , vuoden 1941 fysiikan ja planeettatieteiden professori MIT:ssä, johtaa vastaavaa tutkimusryhmää (alias Seager Groupia) ja oli mukana kirjoittamassa paperia.

Kuten hän kertoi Universe Todaylle sähköpostitse: 'James Webb -avaruusteleskoopin tulevan laukaisun myötä lokakuussa 2021 meillä on ensimmäinen kykymme etsiä biosignature-kaasuja - mutta se tulee olemaan vaikeaa, koska pienen kiviplaneetan ilmakehän signaalit ovat niin heikkoja. alkaa. Kun JWST on näköpiirissä, alalla työskentelevien määrä on kasvanut valtavasti. Tämän kaltaiset tutkimukset, joissa käsitellään uusia potentiaalisia biosignature-kaasuja, ja muut työt, jotka osoittavat mahdollisia vääriä positiivisia tuloksia jopa kaasuille, kuten happi.

Kun se on otettu käyttöön ja toiminnassa, JWST pystyy tarkkailemaan universumiamme pitemmillä aallonpituuksilla ( lähi- ja keski-infrapuna alue) ja herkkyys on huomattavasti parantunut.

Teleskooppi luottaa myös joukkoon spektrografeja saadakseen tietoja koostumuksesta sekä koronagrafeista, jotka estävät emätähtien peittävän valon. Tämän tekniikan avulla tähtitieteilijät voivat karakterisoida pienempien kiviplaneettojen ilmakehän.

Nämä tiedot puolestaan ​​antavat tutkijoille mahdollisuuden asettaa paljon tiukempia rajoituksia eksoplaneetan asumiselle ja jopa johtaa tunnettujen (ja/tai mahdollisten) biosignatuurien havaitsemiseen.

Kuten todettiin, nämä 'biosignatuurit' sisältävät elämään ja biologiseen prosessiin liittyvät kemialliset indikaatiot, puhumattakaan sille suotuisista olosuhteista.

Näitä ovat happikaasu (O2), joka on välttämätön useimmille elämänmuodoille maapallolla ja jota fotosynteettiset organismit (kasvit, puut, sinilevät jne.) tuottavat. Nämä samat organismit metaboloivat hiilidioksidia (CO2), jota happea metaboloiva elämä vapauttaa jätetuotteena. Siellä on myös vettä (H2O), joka on välttämätön kaikelle tuntemallemme elämälle, ja metaania (CH4), jota hajoava orgaaninen aines vapauttaa.

Koska vulkaanisella aktiivisuudella uskotaan olevan tärkeä rooli planeettojen asuttavuudessa, tulivuoren toimintaan liittyvät kemialliset sivutuotteet – rikkivety (H2S), rikkidioksidi (SO2), hiilimonoksidi (CO), vetykaasu (H2) jne. – katsotaan myös biosignatuureiksi.

Tähän luetteloon Zhan, Seager ja heidän kollegansa halusivat lisätä toisen mahdollisen biosignatuurin - isopreenin.

Kuten Zhan selitti Universe Today -lehdelle sähköpostitse: 'Tutkijaryhmämme MIT:ssä keskittyy käyttämään kokonaisvaltaista lähestymistapaa tutkiakseen kaikkia mahdollisia kaasuja mahdollisina biosignature-kaasuina. Aikaisempi työmme johti kaikkien pienten molekyylien tietokannan luomiseen. Jatkamme ASM-tietokannan suodattamista tunnistaaksemme uskottavimmat biosignature-kaasuehdokkaat, joista yksi on isopreeni. koneoppiminen ja datalähtöiset lähestymistavat.

Kuten serkkunsa metaani, isopreeni on orgaaninen hiilivetymolekyyli, jota eri lajit tuottavat toissijaisena metaboliittina täällä maan päällä. Lehtipuiden lisäksi isopreenia tuottavat myös monet evoluution etäiset organismit – kuten bakteerit, kasvit ja eläimet.

Kuten Seager selitti, tämä tekee siitä lupaavan mahdollisena biosignatuurina. 'Isopreeni on lupaava, koska maapallon elämä tuottaa sitä valtavissa laaduissa – yhtä paljon kuin metaanin tuotanto! Lisäksi valtava määrä erilaisia ​​elämänmuotoja (bakteereista kasveihin ja eläimiin), ne, jotka ovat evoluution mukaan kaukana toisistaan, tuottavat isopreenia, mikä viittaa siihen, että se saattaa olla jonkinlainen avainrakennuspalikka, jonka elämä muualla voi myös muodostaa.

Vaikka isopreenia on suunnilleen yhtä runsaasti kuin metaania täällä maan päällä, isopreeni tuhoutuu vuorovaikutuksessa hapen ja happea sisältävien radikaalien kanssa. Tästä syystä Zhang, Seager ja heidän tiiminsä päättivät keskittyä hapettomiin ilmakehoihin. Nämä ovat ympäristöjä, jotka koostuvat pääasiassa H2:sta, CO2:sta ja typpikaasusta (N2), joka on samanlainen kuin maapallon alkuperäinen ilmakehä.

Heidän havaintojensa mukaan alkuperäisen planeetan (jolle elämä alkaa syntyä) ilmakehässä olisi runsaasti isopreenia.

Tämä olisi tapahtunut maan päällä 4–2,5 miljardia vuotta sitten, kun yksisoluiset organismit olivat ainoa elämä ja fotosynteettiset sinilevät muuttivat hitaasti maapallon ilmakehän happirikkaaksi.

2,5 miljardia vuotta sitten tämä huipentui ' Mahtava hapetustapahtuma ' (GOE), joka osoittautui myrkylliseksi monille organismeille (ja metaboliiteille, kuten isopreenille).

Tänä aikana myös monimutkaiset elämänmuodot (eukaryootit ja monisoluiset organismit) alkoivat ilmaantua. Tässä suhteessa isopreeniä voitaisiin käyttää luonnehtimaan planeettoja, jotka ovat keskellä suurta evoluutiomuutosta, ja luomaan pohjan tulevalle eläinfylalle.

Mutta kuten Zhang totesi, tämän mahdollisen biosignatuurin poistaminen on haaste jopa JWST:lle.

'Isopreenia biomarkkerina koskevat varoitukset ovat seuraavat: 1. Havaitsemiseen tarvitaan 10x-100x maapallon isopreenin tuotantonopeus [ja] 2. Metaanin tai muiden hiilivetyjen läsnäolo voi haitata lähi-infrapuna-isopreenin spektripiirteen havaitsemista. Ainutlaatuinen isopreenin havaitseminen on haastavaa JWST:llä, koska monilla hiilivetymolekyylillä on samanlaiset spektriominaisuudet lähi-infrapuna-aallonpituuksilla. Mutta tulevat teleskoopit, jotka keskittyvät keski-IR-aallonpituuteen, pystyvät havaitsemaan isopreenin spektriominaisuudet ainutlaatuisesti.

JWST:n lisäksi Nancy Gracen roomalainen avaruusteleskooppi (Hubble-operaation seuraaja) nousee myös avaruuteen vuoteen 2025 mennessä. Tällä observatoriolla on voima ' Sata Hubblea ' ja se on äskettäin päivitetyt infrapunasuodattimet mahdollistaa sen, että se voi karakterisoida eksoplaneettoja yksin ja yhteistyössä JWST:n ja muiden 'suurten observatorioiden' kanssa.

Maapallolla on tällä hetkellä rakenteilla myös useita maanpäällisiä teleskooppeja, jotka perustuvat kehittyneisiin spektrometreihin, koronagrafeihin ja adaptiiviseen optiikkaan (AO). Näitä ovat mm Erittäin suuri teleskooppi (ELT), Jättiläinen Magellan-teleskooppi (GMT), Kolmenkymmenen metrin teleskooppi (TMT) Nämä teleskoopit pystyvät myös suorittamaan suoran kuvantamisen tutkimuksia eksoplaneetoista, ja tulosten odotetaan olevan uraauurtavia.

Parannettujen instrumenttien, nopeasti parantuvien data-analyysien ja tekniikoiden sekä metodologiamme parannusten välillä eksoplaneettojen tutkimuksen odotetaan vain kiihtyvän entisestään.

Sen lisäksi, että meillä on vielä kymmeniä tuhansia saatavilla tutkittavaksi (joista monet ovat kivisiä ja 'maankaltaisia'), ennennäkemättömät näkemyksemme niistä antavat meille mahdollisuuden nähdä, kuinka monta asuttavaa maailmaa siellä on.

Jää nähtäväksi, johtaako tämä maapallon ulkopuolisen elämän löytämiseen elinaikanamme.

Mutta yksi asia on selvä. Tulevina vuosina, kun tähtitieteilijät alkavat selata kaikkia uusia tietoja, joita heillä on eksoplaneettojen ilmakehistä, heillä on kattava luettelo biosignatuureista, jotka ohjaavat heitä.

Seagerin ja Zhanin aikaisemmissa töissä on konsepti marsilaisesta kasvihuoneesta, joka voisi tarjota kaiken tarvittavan ruoan neljän astronautin miehistölle jopa kahdeksi vuodeksi. Tämä kasvihuone, joka tunnetaan nimellä Biosphere Engineered -arkkitehtuuri elinkelpoiseen maan ulkopuoliseen asumiseen (BEAVER), sijoittui toiseksi vuonna 2019 NASA BIG Idea Challenge . Voit lukea siitä lisää tässä .

Tämän artikkelin julkaisi alun perin Universumi tänään . Lue alkuperäinen artikkeli .

Meistä

Riippumattomien, Todistettujen Tosiasioiden Julkaiseminen Terveys-, Avaruudesta, Luonteesta, Tekniikasta Ja Ympäristöstä.