Atmosfæriske årstider kunne signalere fremmed liv

Dusinvis af potentielt beboelige planeter er blevet opdaget uden for vores solsystem, og mange flere afventer opdagelse.

Er der nogen – eller noget – der?

Jagten på livet på disse steder, som er umulige at besøge personligt, vil begynde med en søgning efter biologiske produkter i deres atmosfærer. Disse atmosfæriske fingeraftryk af livet, kaldet biosignaturer, vil blive opdaget ved hjælp af næste generations teleskoper, der måler sammensætningen af ​​gasser, der omgiver planeter, der er lysår væk.

Det er en vanskelig forretning, da biosignaturer baseret på enkeltmålinger af atmosfæriske gasser kan være vildledende. For at supplere disse markører, og takket være finansiering fra NASA Astrobiology Institute, forskere ved University of California, Riversides Alternative Earths Astrobiology Center er ved at udvikle den første kvantitative ramme for dynamiske biosignaturer baseret på sæsonbestemte ændringer i jordens atmosfære.

Med titlen "Atmosfærisk sæsonbestemt som en exoplanet biosignatur, " et papir, der beskriver forskningen, blev offentliggjort i dag i Astrofysiske tidsskriftsbreve . Hovedforfatteren er Stephanie Olson, en kandidatstuderende i UCRs Institut for Geovidenskab.

Mens Jorden kredser om solen, dens skrå akse betyder, at forskellige regioner modtager flere stråler på forskellige tidspunkter af året. De mest synlige tegn på dette fænomen er ændringer i vejret og dagenes længde, men den atmosfæriske sammensætning påvirkes også. For eksempel, på den nordlige halvkugle, som indeholder det meste af verdens vegetation, plantevækst om sommeren resulterer i mærkbart lavere niveauer af kuldioxid i atmosfæren. Det omvendte er tilfældet for ilt.

"Atmosfærisk sæsonbestemt er en lovende biosignatur, fordi den er biologisk moduleret på Jorden og sandsynligvis vil forekomme på andre beboede verdener, "Olson sagde. "At udlede liv baseret på sæsonbestemte vil ikke kræve en detaljeret forståelse af fremmede biokemi, fordi det opstår som en biologisk reaktion på sæsonbestemte ændringer i miljøet, snarere end som en konsekvens af en specifik biologisk aktivitet, der kan være unik for Jorden." Yderligere, ekstremt elliptiske baner snarere end aksehældning kunne give sæsonbestemte på planeter udenfor solen, eller exoplaneter, udvide rækken af ​​mulige mål.

I avisen, forskerne identificerer de muligheder og faldgruber, der er forbundet med at karakterisere årstidens dannelse og ødelæggelse af ilt, carbondioxid, metan, og deres påvisning ved hjælp af en billeddannelsesteknik kaldet spektroskopi. De modellerede også fluktuationer af atmosfærisk ilt på en liv-bærende planet med lavt iltindhold, ligesom Jorden for milliarder af år siden. De fandt ud af, at ozon (O3), som produceres i atmosfæren gennem reaktioner, der involverer oxygengas (O ₂ ) produceret af livet, ville være en lettere målelig markør for sæsonvariationen i oxygen end O ₂ sig selv på svagt iltede planeter.

"Det er virkelig vigtigt, at vi præcist modellerer den slags scenarier nu, så fremtidens rum- og jordbaserede teleskoper kan designes til at identificere de mest lovende biosignaturer, " sagde Edward Schwieterman, en NASA Postdoc-stipendiat ved UCR. "I tilfælde af ozon, vi ville have brug for teleskoper til at inkludere ultraviolet kapacitet for nemt at opdage det."

Schwieterman sagde, at udfordringen i at søge efter liv er tvetydigheden af ​​data indsamlet fra så langt væk. Falske positiver – ikke-biologiske processer, der udgiver sig som liv – og falske negative – liv på en planet, der producerer få eller ingen biosignaturer – er begge store bekymringer.

"Både ilt og metan er lovende biosignaturer, men der er måder, de kan fremstilles uden liv, " sagde Schwieterman.

Olson sagde, at observation af sæsonbestemte ændringer i ilt eller metan ville være mere informativt.

"En potentielt kraftfuld måde at vurdere exoplaneter til beboelse ville være at observere deres atmosfærer gennem deres kredsløb for at se, om vi kan opdage ændringer i disse biosignaturgasser i løbet af et år, " sagde hun. "Under nogle omstændigheder, sådanne ændringer ville være svære at forklare uden liv og kan endda give os mulighed for at gøre fremskridt i retning af at karakterisere, i stedet for blot at erkende, liv på en exoplanet."

Timothy Lyons, en professor i biogeokemi i UCR's Department of Earth Science og direktør for Alternative Earths Astrobiology Center, sagde, at dette arbejde fremmer den grundlæggende tilgang til at søge efter liv på meget fjerne planeter.

"Vi er særligt begejstrede for udsigten til at karakterisere iltsvingninger på de lave niveauer, vi ville forvente at finde på en tidlig version af Jorden, " sagde Lyons. "Sæsonbestemte variationer som afsløret af ozon ville være lettest påviselige på en planet som Jorden var for milliarder af år siden, da det meste liv stadig var mikroskopisk og havboende."