Når det gjelder søket etter utenomjordisk liv, har forskere en tendens til å være litt geosentriske - det vil si at de ser etter planeter som ligner vår egen. Dette er forståelig, sett på hvordan Jorden er den eneste planeten vi kjenner til som støtter liv. Som et resultat har de som søker etter utenomjordisk liv lett etter planeter som er jordnære (steinete) i naturen, som går i bane rundt stjernene deres beboelige soner, og som har nok vann på overflatene.
I løpet av å oppdage flere tusen eksoplaneter har forskere funnet ut at mange faktisk kan være "vannverdener" (planeter der opptil 50% av massen er vann). Dette reiser naturlig nok noen spørsmål, for eksempel hvor mye vann som er for mye, og kan for mye land også være et problem? For å adressere disse, gjennomførte et par forskere fra Harvard Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) en studie for å bestemme hvordan forholdet mellom vann- og landmasser kan bidra til livet.
Studien - "Avhengighet av biologisk aktivitet på overflaten vannfraksjon av planeter", som blir vurdert for publisering med The Astronomical Journal- ble forfatter av Manasvi Lingam, postdoktor ved CfAs Institute for Theory and Computation (ITC), og Abraham Loeb - direktør for ITC og Frank B. Baird Jr. Styreleder for vitenskap ved Harvard University.
For å begynne med, adresserer Lingam og Loeb spørsmålet om det antropiske prinsippet, som har spilt en stor rolle i astronomi og eksoplanettforskning. Kort sagt sier dette prinsippet at hvis forholdene på jorden er egnet til å imøtekomme til liv, så må det eksistere for å skape liv. Utvidet til hele universet, argumenterer dette prinsippet for at fysikkens lover eksisterer som de gjør for å gi liv til liv.
En annen måte å se på det er å vurdere hvordan vurderingene våre av Jorden faller inn i det som er kjent som "observasjonsutvelgelseseffekter" - der resultatene blir direkte påvirket av den aktuelle metoden. I dette tilfellet oppstår effekten av at søket etter liv utenfor jorden og solsystemet vårt krever eksistensen av en passende plassert observatør.
Faktisk har vi en tendens til å anta at forholdene for livet vil være rikelig i universet fordi vi er kjent med dem. Disse forholdene forekommer både flytende vann og landmasser, som var avgjørende for livets oppkomst slik vi kjenner det. Som Lingam forklarte Space Magazine via e-post, er dette en av måtene det antropiske prinsippet kommer opp på når man søker etter potensielt beboelige planeter:
"At jordens land- og vannfraksjoner er sammenlignbare, tyder på antropiske seleksjonseffekter, det vil si at fremveksten av mennesker (eller analoge bevisste observatører) kan ha blitt lettet av en passende blanding av land og vann."
Når man adresserer de mange superjordene som er blitt oppdaget i andre stjernesystemer, har statistiske analyser av deres gjennomsnittlige tetthet imidlertid vist at flertallet har høye fraksjoner av flyktige stoffer. Et godt eksempel på dette er TRAPPIST-1-systemet, der teoretisk modellering av de syv jordstørrede planetene har indikert at de kan være opptil 40-50 vekt% vann.
Disse "vannverdenene" vil derfor ha veldig dype hav og ingen landmasser å snakke om, noe som kan ha drastiske konsekvenser for livets oppkomst. Samtidig anses ikke planeter som har lite eller ingen vann på overflatene som gode kandidater for livet, gitt hvordan vann er essensielt for livet slik vi kjenner det.
"For mye landmasse er et problem, da det begrenser mengden overflatevann og derved gjør de fleste kontinenter veldig tørre," sier Lingam. ”Tørre økosystemer er typisk preget av lave mengder biomasseproduksjon på jorden. I stedet, hvis man vurderer det motsatte scenariet (dvs. for det meste hav), møter man et potensielt problem med tilgjengeligheten av fosfor, som er et av de essensielle elementene for liv-som-vi-kjenner det. Derfor kan dette føre til en flaskehals på mengden biomasse. "
For å adressere disse mulighetene gikk Lingam og Leob i gang med å analysere hvordan planeter med for mye vann eller landmasse kunne påvirke utviklingen av eksoplanet-biosfærer. Som Lingam forklarte:
“[W] e utviklet en enkel modell for å estimere hvilken brøkdel av landet som vil være tørt (dvs. ørkener) og relativt ubeboelig. For scenariet med vanndominerte biosfærer blir tilgjengeligheten av fosfor den begrensende faktoren. Her benyttet vi en modell utviklet i et av våre tidligere artikler som tar hensyn til kildene og synkene til fosfor. Vi kombinerte disse to tilfellene, brukte data fra Jorden som målestokk, og bestemte dermed hvordan egenskapene til en generisk biosfære ville avhenge av mengden land og vann. ”
Det de fant var at en nøye balanse mellom landmasser og hav (omtrent som det vi har her på jorden) er avgjørende for fremveksten av komplekse biosfærer. Kombinert med numeriske simuleringer av andre forskere, indikerer Lingam og Loebs studie at planeter som Jorden - med forholdet mellom hav og landmasse (omtrent 30:70) - sannsynligvis er ganske sjeldne. Som Lingam oppsummerte:
”Den grunnleggende konklusjonen er at balansen mellom land og vannfraksjoner ikke kan vippes for mye på en eller annen måte. Arbeidet vårt viser også at viktige evolusjonshendelser, som økningen i oksygennivået og fremveksten av teknologiske arter, kan bli påvirket av land-vannfraksjonen, og at den optimale verdien kan være i nærheten av jordens verdi. "
I noen tid har astronomer søkt etter eksoplaneter der jordlignende forhold er utbredt. Dette er kjent som "lavthengende frukt" -tilnærmingen, der vi prøver å finne liv ved å se etter biosignaturer som vi forbinder med livet slik vi kjenner det. Men ifølge denne siste studien, kan det å finne slike steder være som å lete etter diamanter i grove trekk.
Studiens konklusjoner kan også ha betydelige implikasjoner når det gjelder letingen etter utenomjordisk etterretning, noe som indikerer at det også er ganske uvanlig. Heldigvis innrømmer Lingam og Loeb at det ikke er kjent nok om eksoplaneter og deres forhold mellom vann og landmasse for å si noe endelig.
"Det er imidlertid ikke mulig å forutsi hvordan dette påvirker SETI på en endelig måte," sa Lingam. "Dette fordi vi ennå ikke har ordentlige observasjonsbegrensninger for land-vannfraksjoner av eksoplaneter, og det er fortsatt mange ukjente i vår nåværende kunnskap om hvordan teknologiske arter (som kan ta del i SETI) utviklet seg."
Til slutt må vi være tålmodige og vente på at astronomer skal lære mer om ekstrasolplaneter og deres respektive miljøer. Dette vil være mulig de kommende årene takket være neste generasjons teleskoper. Disse inkluderer bakkebaserte teleskoper som ESO-er Ekstremt stort teleskop (ELT) og rombaserte teleskoper som James Webb romteleskop (JWST) - som er planlagt å starte operasjoner i henholdsvis 2024 og 2021.
Med forbedringer i teknologi og tusenvis av eksoplaneter som nå er tilgjengelige for studier, har astronomer begynt å skifte fra oppdagelsesprosessen til karakterisering. I løpet av de kommende årene vil det vi lærer om eksoplanettatmosfærer gjøre en lang vei mot å bevise eller motbevise våre teoretiske modeller, håp og forventninger. Gitt tid kan vi endelig være i stand til å bestemme hvor rikelig livet er i universet vårt, og hvilke former det kan ta.
