Vores levende planet former søgen efter liv ud over Jorden

Som ung videnskabsmand, Tony del Genio fra NASAs Goddard Institute for Space Studies i New York City mødte Clyde Tombaugh, opdageren af ​​Pluto.

"Jeg troede, 'Wow, dette er en engangsmulighed, sagde Del Genio. Jeg møder aldrig andre, der fandt en planet.

Den forudsigelse var spektakulær forkert. I 1992, to forskere opdagede den første planet omkring en anden stjerne, eller exoplanet, og siden har flere mennesker fundet planeter end gennem hele Jordens foregående historie. Fra og med denne måned, forskere har bekræftet mere end 3, 500 eksoplaneter i mere end 2, 700 stjernede systemer. Del Genio har mødt mange af disse nye planetfindere.

Del Genio er nu medleder for et tværfagligt initiativ fra NASA for at søge efter liv i andre verdener. Denne nye position som leder af dette projekt kan virke underlig for dem, der kender ham professionelt. Hvorfor? Han har dedikeret årtier til at studere Jorden, ikke søger liv andre steder.

Vi kender kun én levende planet:vores egen. Men vi kender det udmærket. Når vi går videre til den næste fase i jagten på fremmed liv, indsatsen vil kræve ekspertise fra planetforskere, heliofysikere og astrofysikere. Imidlertid, den viden og værktøjer, NASA har udviklet til at studere livet på Jorden, vil også være en af ​​de største ressourcer til søgen.

Beboelige verdener

Der er to hovedspørgsmål i søgen efter liv:Med så mange steder at se, hvordan kan vi fokusere på de steder, der mest sandsynligt vil indeholde liv? Hvad er de umiskendelige tegn på liv - selvom det kommer i en form, vi ikke helt forstår?

"Inden vi leder efter livet, vi forsøger at finde ud af, hvilke slags planeter der kan have et klima, der er gunstigt for livet, "sagde del Genio." Vi bruger de samme klimamodeller, som vi bruger til at projektere 21. århundredes klimaændringer på Jorden til at lave simuleringer af specifikke exoplaneter, der er blevet opdaget, og hypotetiske. "

Del Genio erkender, at liv godt kan eksistere i former og steder, der er så bizart, at det kan være væsentligt anderledes end Jorden. Men i denne tidlige fase af søgningen, ”Vi skal gå med den slags liv, vi kender, " han sagde.

Yderligere, vi bør sørge for at bruge den detaljerede viden om Jorden. I særdeleshed, vi bør sikre os vores opdagelser om livet i forskellige miljøer på Jorden, vores viden om, hvordan vores planet og dens liv har påvirket hinanden gennem Jordens historie, og vores satellitobservationer af Jordens klima.

Over alt andet, det betyder flydende vand. Hver celle, vi kender-også bakterier omkring dybhavsventiler, der findes uden sollys-kræver vand.

Livet i havet

Forskningsforsker Morgan Cable fra NASAs Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien, leder inden for solsystemet efter steder, der har potentiale til at understøtte flydende vand. Nogle af de iskolde måner omkring Saturn og Jupiter har oceaner under isskorpen. Disse oceaner blev dannet ved tidevandsopvarmning, det er, opvarmning af isen forårsaget af friktion mellem overfladeisen og kernen som følge af gravitationsinteraktionen mellem planeten og månen.

"Vi troede, at Enceladus bare var kedelig og kold, indtil Cassini -missionen opdagede et flydende vand under vandet, "sagde kabel. Vandet sprøjter ud i rummet, og Cassini -missionen fandt hints i sprayens kemiske sammensætning om, at havets kemi påvirkes af interaktioner mellem opvarmet vand og klipper ved havbunden. Galileo- og Voyager -missionerne gav bevis for, at Europa også har et flydende vandhav under en iskold skorpe. Observationer afslørede et blandet terræn, der kunne være resultatet af issmeltning og reformering.

Efterhånden som missioner til disse måner udvikles, forskere bruger Jorden som et testbed. Ligesom prototyper til NASAs Mars -rovere foretog deres forsøg på Jordens ørkener, forskere tester både hypoteser og teknologi på vores oceaner og ekstreme miljøer.

Cable gav eksemplet på satellitobservationer af isområder i Arktis og Antarktis, som informerer om planlægningen af ​​en Europa -mission. Jordobservationerne hjælper forskere med at finde måder at datere oprindelsen af ​​sammenblandet is. "Når vi besøger Europa, vi vil gerne til meget unge steder, hvor materiale fra dette hav kommer til udtryk på overfladen, "sagde hun." Overalt sådan, chancerne for at finde bevis for liv stiger - hvis de er der. "

Vand i rummet

For enhver stjerne, det er muligt at beregne afstanden, hvor planeter i kredsløb kunne have flydende vand på overfladen. Dette kaldes stjernens beboelige zone.

Astronomer har allerede fundet nogle planeter med beboelig zone, og forsker Andrew Rushby, fra NASA Ames Research Center, i Moffett Field, Californien, studerer måder at forfine søgningen på. Placering alene er ikke nok. "En udlænding ville se tre planeter i vores solsystem i den beboelige zone [Jorden, Mars og Venus], "Rushby sagde, "men vi ved, at 67 procent af disse planeter ikke er særlig beboelige." Han udviklede for nylig en forenklet model af Jordens kulstofcyklus og kombinerede den med andre værktøjer til at studere, hvilke planeter i den beboelige zone der ville være de bedste mål at se på for livet, overvejer sandsynlig tektonisk aktivitet og vandcyklusser. Han fandt ud af, at større stenede planeter er mere tilbøjelige end mindre til at have overfladetemperaturer, hvor flydende vand kunne eksistere, givet den samme mængde lys fra stjernen.

Renyu Hu, af JPL, forfineret søgningen efter beboelige planeter på en anden måde, på udkig efter signaturen af ​​en stenet planet. Grundlæggende fysik fortæller os, at mindre planeter skal være stenede og større i luftform, men for planeter, der spænder fra jordstørrelse til omkring det dobbelte af denne radius, astronomer kan ikke fortælle en stor stenet planet fra en lille gasformet planet. Hu var banebrydende for en metode til at detektere overflademineraler på eksoplaneter med bare sten og definerede den atmosfæriske kemiske signatur for vulkansk aktivitet, som ikke ville forekomme på en gasplanet.

Vitale tegn

Når forskere vurderer en mulig beboelig planet, "Livet skal være hypotesen om sidste udvej, "Kabel sagde." Du skal fjerne alle andre forklaringer. "Identificering af mulige falske positiver for livssignalet er et løbende forskningsområde i eksoplanetsamfundet. F.eks. iltet i Jordens atmosfære kommer fra levende ting, men ilt kan også dannes ved uorganiske kemiske reaktioner.

Shawn Domagal-Goldman, fra NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, ser efter umiskendelig, kemiske tegn på liv, eller biosignaturer. En biosignatur kan være at finde to eller flere molekyler i en atmosfære, der ikke burde være der på samme tid. Han bruger denne analogi:Hvis du gik ind på et kollegieværelse og fandt tre studerende og en pizza, du kunne konkludere, at pizzaen for nylig var ankommet, fordi universitetsstuderende hurtigt indtager pizza. Oxygen "forbruger" metan ved at nedbryde det i forskellige kemiske reaktioner. Uden tilførsel af metan fra livet på Jordens overflade, vores atmosfære ville blive totalt opbrugt af metan inden for få årtier.

Jorden som eksoplanet

Når mennesker begynder at indsamle direkte billeder af eksoplaneter, selv den nærmeste vil fremstå som en håndfuld pixels i detektoren - noget som det berømte "blå prik" -billede af Jorden fra Saturn. Hvad kan vi lære om planetlivet fra en enkelt prik?

Stephen Kane fra University of California, Riverside, er kommet med en måde at besvare det spørgsmål ved hjælp af NASA's Earth Polychromatic Imaging -kamera på National Oceanic and Atmospheric Administration's Deep Space Climate Observatory (DSCOVR). Disse billeder i høj opløsning-2, 000 x 2, 000 pixels - dokumenter Jordens globale vejrmønstre og andre klimarelaterede fænomener. "Jeg tager disse herlige billeder og bryder dem ned til en enkelt pixel eller en håndfuld pixels, "Forklarede Kane. Han kører lyset gennem et støjfilter, der forsøger at simulere den interferens, der forventes fra en eksoplanetmission.

DSCOVR tager et billede hver halve time, og den har været i kredsløb i to år. Det er mere end 30, 000 billeder er langt den længste kontinuerlige registrering af jorden fra rummet, der findes. Ved at observere hvordan Jordens lysstyrke ændres, når det meste land er i udsigt sammenlignet med det meste vand, Kane har været i stand til at ombygge Jordens rotationshastighed-noget, der endnu ikke skal måles direkte for eksoplaneter.

Hvornår finder vi liv?

Enhver videnskabsmand, der er involveret i søgen efter liv, er overbevist om, at det er derude. Deres meninger er forskellige om, hvornår vi finder det.

"Jeg tror, ​​at vi om 20 år vil have fundet en kandidat, der kan være den, "siger del Genio. I betragtning af hans erfaring med Tombaugh, han tilføjede, "Men min track record for at forudsige fremtiden er ikke så god."

Rushby, på den anden side, siger, "Det har været 20 år væk i de sidste 50 år. Jeg tror, ​​det er på årtiers skala. Hvis jeg var en væddemålsmand, hvilket jeg ikke er, Jeg ville gå til Europa eller Enceladus. "

Hvor hurtigt vi finder en levende eksoplanet afhænger virkelig af, om der er en relativt tæt på, med den rigtige bane og størrelse, og med biosignaturer, som vi er i stand til at genkende, Sagde Hu. Med andre ord, "Der er altid en lykkefaktor."