Το εξαιρετικά ισχυρό διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb θα εκτοξευτεί σύντομα. Μόλις αναπτυχθεί και στη θέση του στο Σημείο 2 Γη-Ήλιος Lagrange, θα αρχίσει να λειτουργεί. Μία από τις εργασίες του είναι να εξετάζει τις ατμόσφαιρες των εξωπλανητών και να αναζητά βιουπογραφές. Θα έπρεπε να είναι απλό, σωστά; Απλώς σαρώστε την ατμόσφαιρα μέχρι να βρείτε οξυγόνο, μετά κλείστε τον φορητό υπολογιστή σας και κατευθυνθείτε προς την παμπ: Φανφάρα, κομφετί, βραβείο Νόμπελ.
Φυσικά, οι αναγνώστες του Universe Today γνωρίζουν ότι είναι πιο περίπλοκο από αυτό. Πολύ πιο περίπλοκο.
Στην πραγματικότητα, η παρουσία οξυγόνου δεν είναι απαραίτητα αξιόπιστη. Είναι το μεθάνιο που μπορεί να στείλει ένα ισχυρότερο σήμα που δείχνει την παρουσία ζωής.
Το οξυγόνο μπορεί να φαίνεται σαν το προφανές πράγμα που πρέπει να αναζητήσετε στην ατμόσφαιρα ενός πλανήτη όταν ψάχνετε για σημάδια ζωής, αλλά αυτό δεν συμβαίνει. Η παρουσία ή η έλλειψή του δεν αποτελεί αξιόπιστο δείκτη. Η ιστορία της Γης το κάνει ξεκάθαρο.
Η ατμόσφαιρα της σύγχρονης Γης περιέχει περίπου 21% οξυγόνο και γνωρίζουμε ότι το μεγαλύτερο μέρος του προέρχεται από οργανισμούς στους ωκεανούς του πλανήτη. Αλλά υπάρχει ένα πρόβλημα: από τη στιγμή που τα κυανοβακτήρια στην αρχαία Γη άρχισαν να παράγουν οξυγόνο ως υποπροϊόν της φωτοσύνθεσης, χρειάστηκε ακόμη πολύς χρόνος μέχρι να οξυγονωθεί η ατμόσφαιρα, πιθανώς ένα δισεκατομμύριο χρόνια.
Τι θα γινόταν αν εξετάζαμε έναν εξωπλανήτη, δεν βρίσκαμε οξυγόνο και μετά προχωρήσαμε, χωρίς να συνειδητοποιήσουμε ότι υπήρχε ζωή εκεί κάτω, στην αρχή της οξυγόνωσης αυτού του κόσμου; Τι θα γινόταν αν ήμασταν ένα δισεκατομμύριο χρόνια πολύ νωρίς και η ζωή δεν έχει οξυγονώσει ακόμα την ατμόσφαιρα του εξωπλανήτη; Οι βραχώδεις πλανήτες έχουν πολλούς καταβόθρες οξυγόνου , και το βιολογικά παραγόμενο οξυγόνο δεν θα βρισκόταν ελεύθερο στην ατμόσφαιρα μέχρι να κορεστούν αυτοί οι νεροχύτες.
Η σύλληψη του καλλιτέχνη για την πρώιμη Γη μετά από πολλές μεγάλες κρούσεις αστεροειδών, μεταφέροντας το μάγμα στην επιφάνεια. Πίστωση: Simone Marchi/SwRI
Αυτό συνέβη στη Γη και αυτό περιμένουμε να συμβεί σε άλλους βραχώδεις κόσμους. Στη Γη, η γεωλογική δραστηριότητα αναδεύει το μάγμα από τον μανδύα στον φλοιό. Μεγάλο μέρος του υλικού του μανδύα, όπως ο σίδηρος, για παράδειγμα, συνδέεται με το ατμοσφαιρικό οξυγόνο, τραβώντας το έξω από την ατμόσφαιρα.
Αυτός είναι ένας λόγος που οι πλανητικοί επιστήμονες εστιάζουν σε άλλα πράγματα, όπως το μεθάνιο (CH4). Σε μια νέα εργασία, οι ερευνητές εξέτασαν τη δυνατότητα του μεθανίου να σηματοδοτεί τη βιολογική δραστηριότητα. Λένε ότι το άφθονο μεθάνιο στην ατμόσφαιρα ενός πλανήτη είναι απίθανο να προέρχεται από ηφαίστεια και πιθανότατα έχει βιολογική προέλευση.
Ο τίτλος της εφημερίδας είναι ' Το άφθονο ατμοσφαιρικό μεθάνιο από τον ηφαιστειακό σε επίγειους πλανήτες είναι απίθανο και ενισχύει την περίπτωση του μεθανίου ως βιουπογραφής. Ο κύριος συγγραφέας είναι ο Nicholas Wogan από το Τμήμα Επιστημών Γης και Διαστήματος, Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον και από το Εικονικό Πλανητικό Εργαστήριο στο U of W. Η εργασία δημοσιεύεται στο The Planetary Science Journal.
Ο εντοπισμός πιθανών βιουπογραφών όπως το μεθάνιο στις ατμόσφαιρες μακρινών εξωπλανητών είναι δύσκολος. Αλλά μόλις εντοπιστεί κάτι σαν μεθάνιο, περιμένει σκληρότερη δουλειά. Η παρουσία του πρέπει να διερευνηθεί στο πλαίσιο του ίδιου του πλανήτη.
Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb της NASA, που εμφανίζεται με τον πρωτεύοντα καθρέφτη του πλήρως αναπτυγμένο, είναι το μεγαλύτερο και τεχνικά πιο περίπλοκο διαστημικό επιστημονικό τηλεσκόπιο που έχει κατασκευάσει ποτέ η NASA. Μια μέρα, ελπίζουμε σύντομα, θα κυκλοφορήσει επιτέλους. Πιστώσεις: NASA/Chris Gunn
Οι ερευνητές της Biosignature δεν περίμεναν με σταυρωμένα τα χέρια την εκτόξευση του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb. Έχουν βάλει πολλή σκέψη στην ανίχνευση βιουπογραφών με το τηλεσκόπιο. Οι επιστήμονες έχουν προτείνει ότι οι πλανητικές ατμόσφαιρες με άφθονο μεθάνιο και διοξείδιο του άνθρακα σε ανισορροπία θα μπορούσαν να είναι μια ισχυρή βιουπογραφή. Στην εργασία τους, οι συγγραφείς επισημαίνουν ότι «…λίγες μελέτες έχουν διερευνήσει την πιθανότητα μη βιολογικών CH4 και CO2 και σχετικών συμφραζόμενων ενδείξεων». Σε αυτή την περίπτωση, μη βιολογικά σημαίνει ηφαίστεια.
Η τριάδα των ερευνητών ερεύνησε ψευδώς θετικά ηφαιστειακά στοιχεία για τη βιουπογραφή CH4+CO2 σε δύο τύπους πλανητών: έναν με μόνο υποθαλάσσια ηφαιστειακή εξάτμιση, έναν υδάτινο κόσμο και έναν ακόμη σαν τη Γη, με υποβρύχια και υποθαλάσσια εξάτμιση αερίων. Αυτό το σχήμα από τη μελέτη δείχνει μερικές από τις παραμέτρους που χρησιμοποιούνται στα μοντέλα. Πίστωση εικόνας: Wogan et al, 2020.
Οι συγγραφείς ήθελαν να χρησιμοποιήσουν ένα θερμοδυναμικό μοντέλο για να διερευνήσουν εάν η εξάτμιση αερίων από ηφαιστειακό μάγμα σε πλανήτες που μοιάζουν με τη Γη θα μπορούσε να προκαλέσει CH4και CO2στην ατμόσφαιρα. Ουσιαστικά, διαπίστωσαν ότι τα ηφαίστεια είναι απίθανο να παράγουν τις ίδιες ποσότητες μεθανίου που θα μπορούσαν οι βιολογικές πηγές. Δεν είναι αδύνατο, απλά απίθανο.
Αυτό οφείλεται σε μεγάλο βαθμό επειδή το υδρογόνο αρέσει να παραμένει στο μάγμα. H2Το O είναι εξαιρετικά διαλυτό στο μάγμα, περιορίζοντας την ποσότητα του H που εκλύεται και κατά συνέπεια περιορίζει την ποσότητα CH4 που υπάρχει στην ατμόσφαιρα ενός πλανήτη. Ένας άλλος λόγος είναι ότι το ίδιο το CH4 απαιτεί μάγμα χαμηλής θερμοκρασίας για την εξαγωγή αερίων, ενώ το μεγαλύτερο μέρος του μάγματος της Γης είναι υψηλότερη θερμοκρασία.
Ένα σχήμα από τη μελέτη. (α) και (β) δείχνουν κανονικοποιημένη παραγωγή μεθανίου για έναν κόσμο των ωκεανών και έναν κόσμο που μοιάζει με τη Γη. (γ) και (γ) δείχνουν την παραγωγή μεθανίου πολλαπλασιασμένη με το ρυθμό παραγωγής μάγματος της Γης. Για τον σύγχρονο ρυθμό παραγωγής μάγματος της Γης, τα ηφαίστεια είναι πιθανό να παράγουν αμελητέο CH4, γεγονός που ενισχύει την υπόθεση του μεθανίου ως βιουπογραφής. Πίστωση εικόνας: Wogan et al, 2020
Σε εκείνες τις απίθανες περιπτώσεις όπου το ηφαιστειακό θα μπορούσε να παράγει μεγάλες ποσότητες μεθανίου, διαπίστωσαν οι συγγραφείς, θα παρήγαγαν επίσης διοξείδιο του άνθρακα. Η Αρχαία Αρχαϊκή Γη ήταν πολύ πιο ηφαιστειακά ενεργή από τη σύγχρονη Γη. Κατά τη διάρκεια του Αρχαίου Αιώνα, η ροή θερμότητας της Γης ήταν έως και τρεις φορές μεγαλύτερη από ό,τι είναι σήμερα. Σύμφωνα με τη μελέτη, θα μπορούσε να παράγει 25 φορές περισσότερο μάγμα από τη σύγχρονη Γη και πολύ περισσότερο μεθάνιο. Αλλά η ίδια δραστηριότητα που παρήγαγε όλο αυτό το μεθάνιο θα παρήγαγε επίσης πολύ περισσότερο διοξείδιο του άνθρακα. Αυτό, επισημαίνουν οι συγγραφείς, είναι ένα ανιχνεύσιμο ψευδώς θετικό. Αν όμως ανιχνευθεί άφθονο μεθάνιο χωρίς συνοδευτικές ποσότητες CO2, τότε αυτό είναι μια πιο αξιόπιστη βιουπογραφή.
Η εικονογράφηση ενός καλλιτέχνη της πρώιμης Αρχαϊκής Γης, όταν ο πλανήτης ήταν πολύ πιο ενεργός ηφαιστειακά. Πίστωση εικόνας: By Tim Bertelink – Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=57273984
Οι συγγραφείς λένε ότι θα ήταν δύσκολο να εξηγηθεί η ανίχνευση μεθανίου και διοξειδίου του άνθρακα χωρίς την επίκληση βιολογικών πηγών, τουλάχιστον για οποιουσδήποτε παρόμοιους πλανήτες με τη Γη. Κατέληξαν επίσης στο συμπέρασμα ότι μια μικρή ή αμελητέα ποσότητα μονοξειδίου του άνθρακα που ανιχνεύεται σε μια ατμόσφαιρα ενισχύει το CH4+ CO2βιουπογραφή επειδή «…η ζωή καταναλώνει εύκολα το ατμοσφαιρικό CO, ενώ η μείωση των ηφαιστειακών αερίων είναι πιθανό να προκαλέσει τη συσσώρευση CO στην ατμόσφαιρα ενός πλανήτη».
Οι ερευνητές καταλήγουν με μια προειδοποιητική σημείωση, επισημαίνοντας ότι όλη αυτή η εργασία βασίζεται σε όσα γνωρίζουμε για τη Γη και άλλους πλανήτες στο δικό μας ηλιακό σύστημα. Το πόσο μακριά αυτή η γνώση μπορεί να επεκταθεί σε χιλιάδες διαφορετικούς εξωπλανήτες είναι ασαφές.
«Αυτά τα συμπεράσματα πρέπει να λαμβάνονται με προσοχή γιατί βασίζονται σε ό,τι γίνεται κατανοητό σχετικά με τις διεργασίες που συμβαίνουν στη Γη και στο Ηλιακό μας Σύστημα, που μπορεί να είναι μια πολύ αραιή δειγματοληψία του τι είναι δυνατό», γράφουν.
Περισσότερο:
- Δημοσιευμένη έρευνα: Το άφθονο ατμοσφαιρικό μεθάνιο από τον ηφαιστειακό σε επίγειους πλανήτες είναι απίθανο και ενισχύει την περίπτωση του μεθανίου ως βιουπογραφή
- Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον: Εικονικό Πλανητικό Εργαστήριο
- Σύμπαν σήμερα: Η Mars Express είδε την ίδια ακίδα μεθανίου που εντόπισε το Curiosity από την επιφάνεια του Άρη