Hvis en planet har meget metan i sin atmosfære, livet er den mest sandsynlige årsag

Det ultrakraftfulde James Webb-rumteleskop vil snart blive opsendt. Når den først er indsat og på plads ved Earth-Sun Lagrange Point 2, det vil begynde at arbejde. En af dens opgaver er at undersøge atmosfæren på exoplaneter og lede efter biosignaturer. Det skal være enkelt, ret? Bare scan atmosfæren, indtil du finder ilt, luk derefter din bærbare computer og gå til pubben:Fanfare, konfetti, Nobel pris.

Selvfølgelig, Universe I dag ved læsere, at det er mere kompliceret end som så. Meget mere kompliceret.

Faktisk, tilstedeværelsen af ​​ilt er ikke nødvendigvis pålidelig. Det er metan, der kan sende et stærkere signal, der indikerer tilstedeværelsen af ​​liv.

Ilt kan virke som den oplagte ting at kigge efter i en planets atmosfære, når man leder efter tegn på liv, men det er ikke tilfældet. Dets tilstedeværelse eller mangel på samme er ikke en pålidelig indikator. Jordens historie gør det klart.

Den moderne Jords atmosfære indeholder omkring 21% ilt, og vi ved, at det meste af det kommer fra organismer i planetens oceaner. Men der er et problem:Engang begyndte cyanobakterier på oldtidens Jord at producere ilt som et biprodukt af fotosyntese, det tog stadig meget lang tid, før atmosfæren blev iltet, muligvis en milliard år.

Hvad hvis vi undersøgte en exoplanet, fandt ingen ilt, gik så videre, ikke indse, at der var liv dernede, i begyndelsen af ​​at ilte den verden? Hvad hvis vi var en milliard år for tidligt, og livet har ikke iltet exoplanetens atmosfære endnu? Klippeplaneter har mange iltdræn, og biologisk produceret ilt ville ikke blive fundet fri i atmosfæren, før disse dræn var ved at blive mættede.

Det er hvad der skete på jorden, og det er, hvad vi forventer, kan ske i andre stenede verdener. På jorden, geologisk aktivitet kværner magma op fra kappen til skorpen. Meget af kappematerialet, som jern, for eksempel, bindinger med atmosfærisk oxygen, trækker det ud af atmosfæren.

Dette er en af ​​grundene til, at planetforskere fokuserer på andre ting, ligesom metan (CH ₄ ). I et nyt blad, forskere undersøgte potentialet for metan til at signalere biologisk aktivitet. De siger, at rigelig metan i en planets atmosfære sandsynligvis ikke kommer fra vulkaner og højst sandsynligt har en biologisk oprindelse.

Avisens titel er "Rigeligt atmosfærisk metan fra vulkanisme på terrestriske planeter er usandsynligt og styrker sagen for metan som en biosignatur." Hovedforfatteren er Nicholas Wogan fra Institut for Jord- og Rumvidenskab, University of Washington, og fra Virtual Planetary Laboratory ved U of W. Papiret er udgivet i The Planetary Science Journal .

Det er vanskeligt at opdage potentielle biosignaturer som metan i atmosfæren på fjerne exoplaneter. Men når noget som metan er opdaget, hårdere arbejde venter. Dens tilstedeværelse skal undersøges i sammenhæng med planeten selv.

Biosignature-forskere har ikke ventet passivt på, at James Webb-rumteleskopet blev opsendt. De har brugt mange tanker på at opdage biosignaturer med teleskopet. Forskere har foreslået, at planetariske atmosfærer med rigeligt metan og kuldioxid i uligevægt kunne være en stærk biosignatur. I deres papir, forfatterne påpeger, at "... få undersøgelser har undersøgt muligheden for ikke-biologisk CH ₄ og CO ₂ og relaterede kontekstuelle spor." I dette tilfælde, ikke-biologisk betyder vulkaner.

Forfatterne ønskede at bruge en termodynamisk model til at undersøge, om udgasning fra vulkansk magma på jordlignende planeter kunne sætte CH ₄ og CO ₂ ind i atmosfæren. I det væsentlige, de fandt ud af, at vulkaner sandsynligvis ikke vil producere de samme metanmængder, som biologiske kilder kunne. Det er ikke umuligt, bare usandsynligt.

Det er i høj grad fordi brint kan lide at blive i magma. H ₂ O er meget opløseligt i magma, begrænser mængden af ​​H, der udgasses og begrænser følgelig, hvor meget CH ₄ er til stede i en planets atmosfære. En anden grund er, at CH ₄ selv kræver lavtemperaturmagma for at udgasse, hvorimod størstedelen af ​​Jordens magma er højere temperatur.

I de usandsynlige tilfælde, hvor vulkanisme kunne producere store mængder metan, forfatterne fandt, de ville også producere kuldioxid. Den gamle arkæiske jord var meget mere vulkansk aktiv end den moderne jord. Under den arkæiske eon, Jordens varmestrøm var op til tre gange mere, end den er i øjeblikket. Ifølge undersøgelsen den kunne have produceret 25 gange mere magma end den moderne Jord og meget mere metan. Men den samme aktivitet, der producerede al den metan, ville også producere langt mere kuldioxid. At, forfatterne påpeger, er en påviselig falsk-positiv. Men hvis der påvises rigeligt metan uden medfølgende mængder CO ₂ , så er det en mere pålidelig biosignatur.

Forfatterne siger, at det ville være svært at forklare metan- og kuldioxiddetektion uden at påberåbe sig biologiske kilder, i det mindste for alle planeter, der ligner Jorden. De konkluderede også, at en lille eller ubetydelig mængde kulilte fundet i en atmosfære styrker CH ₄ +CO ₂ biosignatur, fordi "... livet let forbruger atmosfærisk CO, mens reduktion af vulkanske gasser sandsynligvis forårsager, at CO ophobes i en planets atmosfære."

Forskerne konkluderer med en advarsel, påpeger, at alt dette arbejde er baseret på, hvad vi ved om Jorden og andre planeter i vores eget solsystem. Hvor langt den viden kan udvides til tusindvis af forskellige exoplaneter er uklart.

"Disse konklusioner bør tages med forsigtighed, fordi de er baseret på, hvad man forstår om processer, der foregår på Jorden og vores solsystem, hvilket kan være et meget sparsomt udsnit af, hvad der er muligt, " de skriver.