Exoplaneter:hvordan vi brugte kemi til at identificere de verdener, der er mest tilbøjelige til at være vært for liv

Er vi alene i universet? Dette spørgsmål har været hos os i tusinder af år, men det er først nu, at videnskaben er på nippet til at give et reelt svar. Vi kender nu til snesevis af klippeplaneter, der kredser om andre stjerner end vores sol, hvor for alt hvad vi ved, liv kan eksistere. Og så videre, med opsendelsen af ​​James Webb Space Telescope, vi får den første chance for at kigge ind i atmosfæren i nogle af disse verdener.

Men hvad skal vi kigge efter? I vores nye undersøgelse, udgivet i Science Advances, vi identificerer kombinationer af planetarisk temperatur og lysforhold, der er tilstrækkelige til at give anledning til livets byggesten.

Vi startede med det, vi ved. På jorden, fotosyntese - den proces, hvorigennem planter laver energi - har forvandlet vores atmosfære fra en atmosfære, der er rig på kuldioxid til en, der er rig på molekylært ilt. Det skyldes, at planter omdanner kuldioxid og vand til sukker og ilt ved hjælp af sollys.

Tilstedeværelsen af ​​molekylær oxygen kan derfor indikere tilstedeværelsen af ​​liv, især hvis det observeres sammen med metan (planter og bakterier kan producere metan). Hvis vi fandt kuldioxid og metan sammen med det fuldstændige fravær af kulilte, dette kan også være et tegn på liv på andre planeter. Dette er fordi, så vidt vi ved, der er måder, hvorpå livet kan frigive masser af metan i en kuldioxid rig atmosfære uden også at lave masser af kulilte.

Der kan være andre muligheder, også – forskere kigger alle mulige små molekyler igennem for at identificere biosignaturer, som vi endnu ikke har tænkt på.

Problemet med 'beboelige zoner'

Men selvom vi vidste præcis, hvad vi skulle kigge efter, hvor skal vi kigge? Det er umuligt at scanne hele kosmos for livet. Vi skal se på individuelle systemer, en håndfuld af gangen.

At være i stand til at være vært for livet, en exoplanet skal have den rigtige afstand fra en stjerne, for at flydende vand kan eksistere stabilt på dens overflade. Den zone, hvor dette kriterium er opfyldt, kaldes "beboelig zone". Hvis vi tog et hætteglas med liv og dumpede det på overfladen af ​​en planet i denne zone, den kunne overleve. Så disse planeter er et godt sted at begynde at lede.

Imidlertid, dette behandler ikke spørgsmålet om, hvorvidt liv kunne opstå der af sig selv. Livet, som vi kender det, kræver en række molekylære strukturer, der udfører forskellige funktioner i cellen. Disse omfatter DNA, RNA, proteiner og cellemembraner, som består af relativt simple byggesten (lipider, nukleotider og aminosyrer). I lang tid var det et mysterium, hvor de byggesten kom fra, men for nylig har der været store gennembrud i at bestemme, hvordan de opstod på overfladen af ​​den tidlige Jord.

For eksempel, skinner ultraviolet lys på hydrogencyanid (en kemisk forbindelse, der findes i naturen) i vand, sammen med en negativt ladet ion (et atom, der har fået elektroner) såsom bisulfit, fører til simple sukkerarter.

Hydrogencyanid er rigeligt i de "protoplanetariske skiver", som danner solsystemer og i kometer, og kan dannes på en planets overflade ved stød. Bisulfitten på Jorden udviklede sig sandsynligvis fra svovldioxid fra vulkaner, der blev absorberet i vand - noget, der også kunne ske på exoplaneter.

I visse miljøer, med de rette betingelser, hydrogencyanid og en negativt ladet ion kan føre til dannelsen af ​​mange af livets byggesten selektivt og i store koncentrationer. Men reaktionerne afhænger af at have den rigtige mængde UV-lys. I mangel af lys, de samme molekyler – hydrogencyanid og bisulfit – reagerer langsomt og danner produkter, der ikke fører til livets byggesten.

Oprindelse af livszone

Hastigheden af ​​disse reaktioner i lys og mørke kan begge måles i laboratoriet – og det gjorde vi i vores nye undersøgelse. Sammenligning af disse hastigheder gav os mulighed for at afgrænse en "abiogenese-zone" (abiogenese betyder "livets oprindelse") - området i den rigtige afstand fra en stjerne for kemi i lyset for at udkonkurrere kemien i mørke.

For stjerner som vores sol, abiogenesezonen overlapper med den beboelige zone. Men for køligere stjerner, historien er mere kompliceret. Når kølige stjerner er inaktive, abiogenesezonen er for tæt på stjernen til at overlappe med den beboelige zone. Men seje stjerner kan også være meget aktive, producerer store og hyppige udbrud. Er disse flares tilstrækkelige til at drive den kemi, der fører til livets byggesten? Det kan være muligt, men der skal gøres meget mere arbejde for med sikkerhed at identificere planeter omkring dem som egnede til liv.

Vi krydshenviste vores resultater med et katalog over kendte exoplaneter, der er klassificeret til at være i den beboelige zone for at identificere dem, der er klar til liv. Vi fandt to kandidater. Kepler-452b er den mindste exoplanet, vi kender, som er definitivt placeret i både de beboelige og abiogenese-zoner. Exoplanet Kepler-62e kan også være i abiogenesezonen, men det er ikke så sandsynligt, at det er stenet.

Desværre er begge disse exoplaneter for langt væk til, at James Webb-teleskopet kan undersøge dem. Selvom vi ikke fandt nogen exoplaneter i nærheden i både de beboelige og abiogenese-zoner, vi opdager sådanne verdener med en betagende hastighed – med flere tusinde opdaget allerede. Så der går måske ikke længe før vi gør det. For eksempel, Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) har en chance for at finde flere systemer som Kepler-452b, der er tættere på hjemmet. Indtil da, vi kunne også bruge metoden til at sondere måner omkring gigantiske gasplaneter inden for beboelige zoner for at finde ud af, om de er klaret til liv.

Selvom dette er spændende, det skal bemærkes, at det er meget vanskeligt at løse et problem på basis af et enkelt datapunkt. Lige nu, Jorden er det eneste datapunkt, vi har for liv. I fremtiden, hvis vi finder flere eksempler på liv, begreber som abiogenese-zonen kan bruges til at teste forudsigelserne om forskellige livsoprindelsesteorier og få ny indsigt i, hvordan livet startede på Jorden, og om det kunne have startet på en anden måde. Men selvfølgelig vil det være fantastisk nok blot at opdage liv et sted uden for vores solsystem.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.