Superteleskopene kommer, enorme bakke- og rombaserte observatorier som lar oss direkte observere atmosfærene fra fjerne verdener. Vi vet at det er liv på jorden, og atmosfæren vår forteller historien, så kan vi gjøre det samme med ekstrasolære planeter? Det viser seg, å komme opp med en enkelt biosignatur, et kjemikalie i atmosfæren som forteller deg at ja, absolutt, det er livet på den verdenen, er virkelig tøft.
Jeg må innrømme at jeg har vært ganske dårlig for dette i det siste. I gamle episoder av Astronomy Cast og the Weekly Space Hangout, selv her i Guide to Space, har jeg sagt at hvis vi bare kunne smake på atmosfæren i en fjern verden, kan vi si med overbevisning om det er liv der.
Bare oppdag ozon i atmosfæren, eller metan, eller til og med forurensning, og du kan si, "det er liv der." Vel, fremtidige Fraser er her for å korrigere forbi Fraser. Mens jeg beundrer hans naive entusiasme for jakten på romvesener, viser det seg som alltid at ting blir vanskeligere enn vi tidligere trodde.
Astrobiologer sliter faktisk med å finne ut en biosignatur med en røykpistol som kan brukes til å si at det er liv der ute. Og det er fordi naturlige prosesser ser ut til å ha smarte måter å lure oss på.
Hva er noen potensielle biosignaturer, hvorfor er de problematiske, og hva vil det til for å få den bekreftelsen?
La oss starte med en verden nær hjemmet: Mars.
I nesten to tiår har astronomer oppdaget store skyer med metan i atmosfæren til Mars. Her på jorden kommer metan fra levende vesener, som bakterier og spruter kyr. Videre brytes metan lett ned av sollys, noe som betyr at dette ikke er eldgamle metanrester fra milliarder av år siden. Noen prosesser på Mars er stadig å etterfylle den.
Men hva?
Vel, i tillegg til liv, kan metan dannes naturlig gjennom vulkanisme, når bergarter samhandler med oppvarmet vann.
NASA prøvde å komme til bunns i dette spørsmålet med åndene og mulighetene, og det var forventet at Curiosity skulle ha verktøyene om bord for å finne kilden til metan.
I løpet av flere måneder oppdaget Curiosity et løft av metan der nede på overflaten, men selv det har ført til en kontrovers. Det viser seg at roveren selv bar metan, og kunne ha forurenset området rundt seg selv. Kanskje metan det oppdaget kom fra seg selv. Det er også mulig at en steinete meteoritt falt i nærheten og frigjorde litt bensin som forurenset resultatene.
Det europeiske romfartsorganets ExoMars-oppdrag ankom Mars i oktober 2016. Selv om Schiaparelli Lander ble ødelagt, overlevde Trace Gas Orbiter reisen og begynte å kartlegge atmosfæren til Mars i detalj, og søkte etter steder som kunne lufte metan, og så langt, vi har ikke endelige resultater.
Vi har med andre ord en flåte av omløpere og landere på Mars, utstyrt med instrumenter designet for å sniffe ut den svakeste metan som på Mars.
Det er noen veldig spennende tips om hvordan metanivået på Mars ser ut til å stige og falle med årstidene, noe som indikerer liv, men astrobiologer er fortsatt ikke enig.
Ekstraordinære påstander krever ekstraordinære bevis og alt det.
Noen teleskoper kan allerede måle atmosfærene til planeter som går i bane rundt andre stjerner. Det siste tiåret har NASAs Spitzer-romteleskop kartlagt atmosfærene fra forskjellige verdener. Her er for eksempel et kart over den varme jupiter HD 189733b
. Stedet suger, men wow, for å måle en atmosfære, av en annen planet, det er ganske spektakulært.
De utfører denne bragden ved å måle kjemikaliene til stjernen mens planeten passerer foran den, og deretter måle den når det ikke er noen planet. Som forteller deg hvilke kjemikalier planeten bringer til festen.
De var også i stand til å måle atmosfæren til HAT-P-26b, som er en relativt liten verden i Neptun-størrelse som kretser rundt en nærliggende stjerne, og ble overrasket over å finne vanndamp i klodens atmosfære.
Betyr det at det er liv? Uansett hvor vi finner vann på jorden finner vi liv. Nei, du kan helt få vann uten å ha liv.
Når det lanseres i 2019, vil NASAs James Webb romteleskop ta denne atmosfæriske sensningen til neste nivå, slik at astronomer kan studere atmosfærene i mange flere verdener med mye høyere oppløsning.
Et av de første målene for Webb vil være TRAPPIST-1-systemet med et halvt dusin planeter i bane rundt i den beboelige sonen til en rød dvergstjerne. Webb skal kunne oppdage ozon, metan og andre potensielle biosignaturer for livet.
Så hva vil det til for å kunne se en fjern verden og vite sikkert at det er liv der.
Astrobiolog John Lee Grenfell fra det tyske luftfartssenteret opprettet nylig en rapport som gikk gjennom alle eksoplanetære biosignaturer som kunne være der ute, og vurderte dem for hvor sannsynlig de var for å være en indikasjon på livet i en annen verden.
Det første målet vil være molekylært oksygen, eller O2. Du puster det akkurat nå. Vel, 21% av hvert pust, uansett. Oksygen vil vare i atmosfæren i en annen verden i tusenvis av år uten kilde.
Den er produsert her på jorden ved fotosyntese, men hvis en verden blir slått av stjernen sin og mister atmosfæren, blåses hydrogenet ut i verdensrommet, og molekylært oksygen kan forbli. Med andre ord, du kan ikke være sikker på noen måte.
Hva med ozon, også O3? O2 omdannes til O3 gjennom en kjemisk prosess i atmosfæren. Det høres ut som en god kandidat, men problemet er at det er naturlige prosesser som kan produsere ozon også. Det er et ozonlag på Venus, et på Mars, og de har til og med blitt oppdaget rundt iskalde måner i solsystemet.
Det er lystgass, også kjent som lattergass. Den er produsert som en produksjon av bakterier i jorda, og bidrar til jordens nitrogen-syklus. Og det er gode nyheter, Jorden ser ut til å være den eneste verdenen i solsystemet som har lystgass i atmosfæren.
Men forskere har også utviklet modeller for hvordan dette kjemikaliet kunne ha blitt generert i jordas tidlige historie da det svovelrike havet samhandlet med nitrogen på planeten. Faktisk kunne både Venus og Mars gått gjennom en lignende syklus.
Med andre ord, du ser kanskje livet, eller ser en ung planet.
Så er det metan, kjemikaliet vi brukte så mye tid på å snakke om. Og som jeg nevnte, det er metan produsert av livet her på jorden, men det er også på Mars, og det er flytende hav av metan på Titan.
Astrobiologer har antydet andre hydrokarboner, som etan, isopren, men disse har også egne problemer.
Hva med forurensningene som er avgitt av avanserte sivilisasjoner? Astrobiologer kaller disse "teknosignaturer", og de kan inkludere ting som klorfluorkarboner eller kjernefysisk nedfall. Men igjen, disse kjemikaliene ville være vanskelig å oppdage lysår unna.
Astronomer har antydet at vi skulle søke etter døde jordarter, bare for å sette en grunnlinje. Dette ville være verdener som ligger i den beboelige sonen, men livet har helt klart aldri kommet i gang. Bare stein, vann og en ikke-biologisk skapt atmosfære.
Problemet er at vi sannsynligvis ikke en gang kan finne ut en måte å bekrefte at en verden er død heller. De typer kjemikalier du kan forvente å se i atmosfæren, som karbondioksid, kan tas opp av hav, slik at du ikke engang kan bekrefte.
En metode innebærer kanskje ikke engang skanning av atmosfærer. Vegetasjonen her på jorden reflekterer en veldig spesifikk bølgelengde av lys i 700-750 nanometer-regionen. Astrobiologer kaller dette den "røde kanten", fordi du vil se en 5X økning i refleksjonsevne sammenlignet med andre overflater.
Selv om vi ikke har teleskopene til å gjøre dette i dag, er det noen veldig smarte ideer, som å se på hvordan lyset fra en planet reflekteres på en nærliggende måne, og analysere det. Søker etter eksoplanett jordskinn.
Faktisk, tilbake i jordas tidlige historie, ville det sett mer lilla ut på grunn av arkaiske bakterier.
Det er en hel flåte av romfarts- og bakkeobservatorier som kommer på nettet som hjelper oss med å presse dette spørsmålet videre.
ESAs Gaia-oppdrag skal kartlegge og karakterisere 1% av stjernene i Melkeveien og fortelle oss hva slags stjerner som er der ute, samt oppdage tusenvis av planeter for videre observasjon.
Transiting Exoplanet Space Survey, eller TESS, lanseres i 2018, og vil finne alle de transiterende jordstore og større eksoplanettene i nabolaget vårt.
PLATO 2-oppdraget vil finne steinete verdener i den beboelige sonen, og James Webb vil kunne studere deres atmosfærer. Vi snakket også om det massive LUVOIR-teleskopet som kunne komme online på 2030-tallet, og ta disse observasjonene til neste nivå.
Og det er mange flere rom- og bakkebaserte observatorier i verkene.
Da denne neste runden med teleskoper kommer på nettet, de som er i stand til å direkte måle atmosfæren i en jordstørrelse verden som kretser rundt en annen stjerne, vil astrobiologer kjempe for å finne en biosignatur som gir et tydelig tegn på at det er liv der.
I stedet for sikkerhet ser det ut som om vi kommer til å kjempe for å forstå hva vi ser. Astronomer vil være uenige med hverandre, utvikle nye teknikker og nye instrumenter for å svare på uløste spørsmål.
Det kommer til å ta litt tid, og usikkerheten kommer til å være vanskelig å håndtere. Men husk, dette er sannsynligvis det viktigste vitenskapelige spørsmålet som alle kan stille seg: er vi alene i universet?
Svaret er verdt å vente på.
Kilde: John Lee Grenfell: A Review of Exoplanetary Biosignatures.
Hat tips til Dr. Kimberly Cartier for å henvise meg til dette papiret. Følg arbeidet hennes på EOS Magazine.
