Superteleskopy prichádzajú, obrovské pozemné a vesmírne observatóriá, ktoré nám umožnia priamo pozorovať atmosféru vzdialených svetov. Vieme, že na Zemi existuje život a naša atmosféra rozpráva príbeh, takže môžeme urobiť to isté aj s extrasolárnymi planétami? Ukázalo sa, že príde s jediným biologickým podpisom, chemikáliou v atmosfére, ktorá vám povie, že áno, absolútne, život na tomto svete je skutočne tvrdý.
Musím sa priznať, že som bol v minulosti dosť zlý. V starých epizódach Obsadenia astronómie a Týždenného vesmírneho hangoutu, dokonca aj tu v Sprievodcovi vesmírom, som povedal, že ak by sme mohli len ochutnať atmosféru vzdialeného sveta, mohli by sme s presvedčením povedať, či tam existuje život.
Len detegujte ozón v atmosfére alebo metán alebo dokonca znečistenie a mohli by ste povedať: „tam je život.“ Budúci Fraser je tu preto, aby napravil minulosť Frasera. Aj keď obdivujem jeho naivné nadšenie pre hľadanie cudzincov, ukázalo sa, ako vždy, bude to zložitejšie, ako sme si predtým mysleli.
Astrobiológovia sa vlastne snažia prísť na biosignor fajčenia jednej fajčiarskej pištole, ktorý by sa dal použiť na to, aby sme povedali, že existuje život. A to preto, že sa zdá, že prírodné procesy majú šikovné spôsoby, ako nás oklamať.
Aké sú potenciálne biosignáty, prečo sú problematické a čo bude potrebné na potvrdenie?
Začnime svetom, ktorý je blízko domova: Mars.
Už takmer dve desaťročia astronómovia zachytili veľké oblaky metánu v atmosfére Marsu. Tu na Zemi metán pochádza zo živých tvorov, ako sú baktérie a prdiace kravy. Okrem toho sa metán ľahko rozkladá na slnečnom svetle, čo znamená, že to nie je staroveký metán, ktorý zostal pred miliardami rokov. Určitý proces na Marse ho neustále dopĺňa.
Ale čo?
Okrem života sa metán môže prirodzene tvoriť aj vulkanizmom, keď horniny interagujú s horúcou vodou.
NASA sa pokúsila dostať na dno tejto otázky pomocou roverov Spirit a Opportunity a očakávalo sa, že zvedavosť by mala mať na palube nástroje na nájdenie zdroja metánu.
Počas niekoľkých mesiacov zvedavosť detegovala na povrchu metánu metán, ale aj to viedlo k kontroverzii. Ukázalo sa, že rover sám niesol metán a mohol kontaminovať oblasť okolo seba. Možno metán, ktorý zistil, pochádza sám od seba. Je tiež možné, že sa k nej dostal skalný meteorit a uvoľnil nejaký plyn, ktorý výsledky znečistil.
Misia Európskej vesmírnej agentúry ExoMars dorazila na Mars v októbri 2016. Aj keď bol Schiaparelli Lander zničený, Trace Gas Orbiter prežil cestu a začal podrobne mapovať atmosféru Marsu, hľadať miesta, ktoré by mohli odvetrať metán, atď. zatiaľ nemáme presvedčivé výsledky.
Inými slovami, na Marse máme flotilu orbitrov a pristávacích plošín, ktoré sú vybavené nástrojmi navrhnutými na vyčnievanie najslabšieho metánu na Marse.
Existuje niekoľko skutočne zaujímavých rád o tom, ako sa zdá, že hladiny metánu na Marse stúpajú a klesajú s ročnými obdobiami, čo naznačuje život, ale astrobiológovia stále nesúhlasia.
Mimoriadne nároky si vyžadujú mimoriadne dôkazy a tak ďalej.
Niektoré ďalekohľady už môžu merať atmosféru planét obiehajúcich iné hviezdy. Za posledných desať rokov mapuje Spitzerov vesmírny teleskop agentúry NASA atmosféru rôznych svetov. Tu je napríklad mapa horúceho jupitera HD 189733b
, Miesto nasáva, ale páni, zmeria atmosféru inej planéty, to je dosť veľkolepé.
Túto činnosť vykonávajú tak, že zmerajú chemikálie hviezdy, zatiaľ čo planéta prechádza pred ňou, a potom ju zmerajú, keď nie je planéta. To vám povie, aké chemikálie planéta prináša na večierok.
Tiež boli schopní zmerať atmosféru HAT-P-26b, čo je relatívne malý neptúnovsky svet obiehajúci blízku hviezdu, a boli prekvapení, keď našli vodnú paru v atmosfére planéty.
Znamená to, že existuje život? Kdekoľvek nájdeme vodu na Zemi, nájdeme život. Nie, vodu môžete úplne dostať bez života.
Keď sa vesmírny teleskop agentúry James Webb Space Telescope spustí v roku 2019, posunie tento atmosférický snímok na ďalšiu úroveň, čo umožní astronómom študovať atmosféry mnohých ďalších svetov s oveľa vyšším rozlíšením.
Jedným z prvých cieľov pre Webb bude systém TRAPPIST-1 s poltuctom planét obiehajúcich v obývateľnej zóne červenej trpasličej hviezdy. Webb by mal byť schopný detegovať po celý život ozón, metán a ďalšie potenciálne biologické podpisy.
Čo to znamená, aby sme mohli vidieť vzdialený svet a vedieť, že tam je život.
Astrobiológ John Lee Grenfell z Nemeckého leteckého centra nedávno vypracoval správu, ktorá prešla všetkými exoplanetárnymi biosignatami, ktoré by mohli byť tam, a preskúmala ich pravdepodobnosť, že budú znamením života v inom svete.
Prvým cieľom bude molekulárny kyslík alebo O2. Práve teraz dýchaš. Každopádne, 21% každého dychu. Kyslík vydrží v atmosfére iného sveta tisíce rokov bez zdroja.
Vyrába sa tu na Zemi fotosyntézou, ale ak je svet poškodený svojou hviezdou a stratou atmosféry, vodík je fúkaný do vesmíru a molekulárny kyslík môže zostať. Inými slovami si nemôžete byť istí.
A čo ozón, známy ako O3? O2 sa prevádza na O3 chemickým procesom v atmosfére. Znie to ako dobrý kandidát, ale problémom je, že existujú aj prírodné procesy, ktoré môžu produkovať aj ozón. Na Venuši je ozónová vrstva, jedna na Marse a dokonca boli odhalené okolo ľadových mesiacov v slnečnej sústave.
Existuje oxid dusný, tiež známy ako smavý plyn. Vyrába sa ako výstup baktérií v pôde a pomáha prispievať k dusíkovému cyklu Zeme. A sú tu dobré správy, že sa zdá, že Zem je jediný svet v slnečnej sústave, ktorý má v atmosfére oxid dusný.
Vedci však tiež vyvinuli modely, ako sa táto chemikália mohla vytvoriť v ranej histórii Zeme, keď oceán bohatý na síru interagoval s dusíkom na planéte. V skutočnosti mohli Venuša aj Mars prekonať podobný cyklus.
Inými slovami, možno by ste mali vidieť život alebo by ste mali vidieť mladú planétu.
Potom je tu metán, chemikália, o ktorej sme trávili toľko času rozprávaním. A ako som už spomenul, metán produkovaný životom tu na Zemi, ale aj na Marse, a na Titáne sú tekuté oceány metánu.
Astrobiológovia navrhli ďalšie uhľovodíky, ako je etán, izoprén, ale tieto majú tiež svoje vlastné problémy.
A čo znečisťujúce látky emitované vyspelými civilizáciami? Astrobiológovia nazývajú tieto „technologické podpisy“ a môžu zahŕňať veci, ako sú chlórfluórované uhľovodíky alebo jadrový spád. Ale opäť by bolo ťažké tieto svetelné roky odhaliť tieto chemikálie.
Astronómovia navrhli, aby sme hľadali mŕtve zeminy, len aby sme stanovili základnú líniu. To by boli svety, ktoré sa nachádzajú v obývateľnej zóne, ale život sa evidentne nikdy nezastavil. Len rock, voda a nebiologicky vytvorená atmosféra.
Problém je v tom, že pravdepodobne nevieme nájsť spôsob, ako potvrdiť, že svet je mŕtvy. Druhy chemikálií, ktoré by ste očakávali v atmosfére, napríklad oxid uhličitý, by mohli absorbovať oceány, takže nemôžete urobiť ani negatívne potvrdenie.
Jedna metóda nemusí vôbec zahŕňať skenovacie atmosféry. Vegetácia tu na Zemi odráža veľmi špecifickú vlnovú dĺžku svetla v oblasti 700 - 750 nanometrov. Astrobiológovia to nazývajú „červenou hranou“, pretože v porovnaní s inými povrchmi uvidíte 5-krát vyššiu odrazivosť.
Aj keď dnes nemáme teleskopy, existuje niekoľko skutočne dômyselných nápadov, ako je napríklad pohľad na to, ako sa svetlo z planéty odráža na blízkom mesiaci, a analyzovať to. Vyhľadávanie exoplanetových zemetrasení.
V skutočnosti, v ranej histórii Zeme, by to vyzeralo purpurovejšie kvôli archaským baktériám.
Prichádza online celá flotila kozmických lodí a pozemných observatórií, ktoré nám pomôžu posunúť sa ďalej v tejto otázke.
Misia ESA v Gaii sa chystá zmapovať a charakterizovať 1% hviezd v Mliečnej dráhe, povedať nám, aké druhy hviezd sú tam, a odhaliť tisíce planét na ďalšie pozorovanie.
Prieskum vesmíru s názvom Transiting Exoplanet Space Survey, alebo TESS, sa začína v roku 2018 a v našom susedstve nájdete všetky tranzitujúce a väčšie exoplanety veľkosti Zeme.
Misia PLATO 2 nájde v obývateľnej zóne skalné svety a James Webb bude môcť študovať svoju atmosféru. Hovorili sme tiež o masívnom teleskopu LUVOIR, ktorý by mohol prísť online v 20. rokoch 20. storočia, a tieto pozorovania posunúť na ďalšiu úroveň.
V dielach je omnoho viac vesmírnych a pozemných observatórií.
Keď sa nasledujúce kolo ďalekohľadov dostane do režimu online, ktoré sú schopné priamo zmerať atmosféru sveta veľkosti Zeme obiehajúceho inú hviezdu, astrobiológovia sa budú snažiť nájsť biosignatúru, ktorá bude jasným znamením, že tam žije.
Namiesto istoty to vyzerá, že budeme mať rovnaký boj, aby sme pochopili, čo vidíme. Astronómovia budú navzájom nesúhlasiť a vyvíjať nové techniky a nové nástroje na zodpovedanie nevyriešených otázok.
Bude to chvíľu trvať a neistota bude ťažké zvládnuť. Ale pamätajte, toto je pravdepodobne najdôležitejšia vedecká otázka, ktorú si môže položiť niekto: sme sami vo vesmíre?
Odpoveď stojí za to čakať.
Zdroj: John Lee Grenfell: Prehľad exoplanetárnych biologických podpisov.
Klobouk tip na Dr. Kimberly Cartier za smerovanie ma k tomuto článku. Sledujte jej prácu v časopise EOS.
