Brug af Jordens historie til at informere om søgen efter liv på exoplaneter

UC Riverside leder et af NASA Astrobiology Programs otte nye forskerhold, der tackler spørgsmål om udviklingen og oprindelsen af ​​liv på Jorden og muligheden for liv uden for vores solsystem.

Holdene udgør den første klasse af NASA's Interdisciplinary Consortia for Astrobiology Research-program. Det UCR-ledede team er motiveret af det grundlæggende spørgsmål om, hvordan man kan opdage planeter, der kunne være vært for liv og forblive beboelige på trods af enorme forandringer over tid, hvilket kræver jagt efter biologiske gasser i atmosfæren på planeter lysår ud over vores solsystem.

"For at nå dette mål, vores forskning fokuserer på de mange forskellige kapitler af Jordens historie – eller alternative Jorder – der spænder over milliarder af år og tilbyder kritiske skabeloner til at undersøge exoplaneter langt uden for vores solsystem, " sagde UCR biogeokemist Timothy Lyons, projektlederen.

På grund af deres enorme afstand til os, mennesker vil sandsynligvis aldrig besøge disse planeter, i hvert fald ikke snart, sagde Lyons. Imidlertid, i den nærmeste fremtid, videnskabsmænd vil være i stand til at analysere sammensætningen af ​​disse planeters atmosfærer, leder efter gasser som ilt og metan, der kunne komme fra livet.

Jorden har gennemgået dramatiske ændringer i løbet af de sidste 4,5 milliarder år, med store overgange i pladetektonikken, klima, havets kemi, strukturen af ​​vores økosystemer, og sammensætningen af ​​vores atmosfære.

"Disse ændringer repræsenterer en mulighed, " sagde Lyons. "De forskellige perioder af Jordens evolutionære historie giver glimt af mange, stort set fremmede verdener, hvoraf nogle kan være analoger til beboelige planetariske tilstande, der er meget forskellige fra forholdene på den moderne Jord."

Spændende nye forskningsgrænser for Lyons' hold omfatter studier af Jordens første 500 millioner år, samt forudsigelser om vores planet og dens liv milliarder af år i fremtiden.

At studere biosignaturgasser i Jordens fortid vil give holdet mulighed for at designe teleskoper og forfine fortolkningsmodeller for potentielle spor af liv i fjerne exoplanetatmosfærer, bemærkede Georgia Tech biogeokemist Christopher Reinhard.

Når først forskerne forstår, hvordan Jorden og dens stjerne - solen - ændrede sig sammen for at opretholde flydende oceaner, der vrimler med liv over milliarder af år, holdet kan forudsige, hvordan andre planetsystemer også kan have udviklet og vedligeholdt liv og bedre forstå, hvordan man søger efter det.

"En sådan 'mission to early Earth' skal omfatte bred tværfaglighed i teamet, virkningsfuld synergi inden for og på tværs af forskningskoordinationsnetværkene, eller RCN'er, af NASA Astrobiology Program, og en forpligtelse til at levere resultater, der vil hjælpe med at styre NASA-videnskaben i de kommende årtier, " sagde UCR-astrobiolog Edward Schwieterman.

Succes med denne mission vil kræve biologiske, kemisk, geologisk, oceanografiske, og astronomisk ekspertise. Yale University biogeokemiker Noah Planavsky sagde, "vores hold bringer alt det til bordet." Derfor, den mangfoldige ekspertise inden for teamet omfatter astronomer, planetforskere, geologer, geofysikere, oceanografer, biogeokemikere, og geobiologer.

Holdet vil indsamle gamle klippeprøver og moderne sedimenter fra hele verden, der spænder over milliarder af år, og bruge de data, de genererer, til at drive omfattende beregningsmodeller for Jordens gamle og fremtidige oceaner og atmosfærer.

"Modellerne vil give holdet mulighed for at evaluere, om forskellige perioder i Jordens historie var karakteriseret af gasser, der ville have været sporbare fra en fjern udsigt som produkter af liv, på samme måde som oxygenfingeraftryk liv på vores planet i dag, " sagde Purdue University Earth og exoplanetarisk videnskabsmand Stephanie Olson.

Dette arbejde kræver et flerstrenget syn på Jorden som et komplekst system, der har varieret dramatisk over tid. Men på trods af al forandring, Jorden er forblevet vedvarende beboelig, med flydende vand oceaner, der vrimler med liv.

Hvordan Jorden blev og forblev beboelig, og om dens liv ville have været sporbar for en fjern observatør, er de spørgsmål, der i sidste ende vil definere og forfine søgen efter liv på exoplaneter.

"Kort sagt, " sagde Lyons, "det spændende mål for vores team er at give et nyt og mere holistisk syn på Jordens evolutionære historie for at hjælpe med at guide NASAs missionsspecifikke søgen efter liv i fjerne verdener."

RCN'erne er astrobiologiens nye ansigt hos NASA, efter 20 års spændende forskning under paraplyen af ​​NASA Astrobiology Institute, som tidligere støttede det UCR-ledede hold.

Den nye pris på $4,6 millioner fra NASA vil strække sig over fem år og inkluderer teammedlemmer fra Georgia Tech, Yale University, Purdue University, UCLA, NASA Ames Research Center og samarbejdspartnere fra hele verden.