Exoplaneter vil have brug for både kontinenter og oceaner for at danne komplekst liv

Når det kommer til søgen efter udenjordisk liv, forskere har en tendens til at være en smule geocentriske - dvs. de leder efter planeter, der ligner vores egen. Det er forståeligt, se, hvordan Jorden er den eneste planet, vi kender til, der understøtter liv. Som resultat, dem, der søger efter udenjordisk liv, har ledt efter planeter, der er terrestriske (klippefyldte) i naturen, kredser om deres stjerners beboelige zoner, og have nok vand på deres overflader.

I løbet af opdagelsen af ​​flere tusinde exoplaneter, forskere har fundet ud af, at mange faktisk kan være "vandverdener" (planeter, hvor op til 50 % af deres masse er vand). Dette rejser naturligvis nogle spørgsmål, som hvor meget vand er for meget, og kunne for meget jord også være et problem? For at imødekomme disse, et par forskere fra Harvard Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) gennemførte en undersøgelse for at bestemme, hvordan forholdet mellem vand og landmasser kan bidrage til liv.

Undersøgelsen – "Afhængighed af biologisk aktivitet på overfladevandsfraktionen af ​​planeter", som er ved at blive anmeldt til offentliggørelse med The Astronomical Journal – blev forfattet af Manasvi Lingam, en postdoc ved CfA's Institute for Theory and Computation (ITC), og Abraham Loeb - direktøren for ITC og Frank B. Baird Jr. Chair of Science ved Harvard University.

At begynde, Lingam og Loeb behandler spørgsmålet om det antropiske princip, som har spillet en stor rolle i astronomi og exoplanetforskning. Kort sagt, dette princip siger, at hvis forholdene på Jorden er egnede til at rumme liv, så må den eksistere for at skabe liv. Udstrakt til hele universet, dette princip argumenterer for, at fysikkens love eksisterer, som de gør for at skabe liv.

En anden måde at se det på er at overveje, hvordan vores vurderinger af Jorden falder ind under det, der er kendt som "observationsselektionseffekter" - hvor resultaterne er direkte påvirket af den type metode, der er involveret. I dette tilfælde, virkningerne opstår fra det faktum, at vores søgen efter liv hinsides Jorden og vores solsystem kræver eksistensen af ​​en passende positioneret observatør.

Træde i kræft, vi har en tendens til at antage, at betingelserne for liv vil være rigelige i universet, fordi vi er fortrolige med dem. Disse betinger tilstedeværelsen af ​​både flydende vand og landmasser, som var afgørende for livets fremkomst, som vi kender det. Som Lingam forklarede til Universe Today via e-mail, dette er en af ​​måderne, hvorpå det antropiske princip opstår, når man søger efter potentielt beboelige planeter:

"Det faktum, at Jordens land- og vandfraktioner er sammenlignelige, er et tegn på antropiske selektionseffekter, det vil sige, fremkomsten af ​​mennesker (eller analoge bevidste observatører) kan være blevet lettet af en passende blanding af land og vand."

Imidlertid, når man adresserer de mange superjorder, der er blevet opdaget i andre stjernesystemer, statistiske analyser af deres middeldensitet har vist, at flertallet har høje fraktioner af flygtige stoffer. Et godt eksempel på dette er TRAPPIST-1 systemet, hvor teoretisk modellering af dets syv planeter på størrelse med Jorden har indikeret, at de kunne være op til 40-50 vægtprocent vand.

Disse "vandverdener" ville derfor have meget dybe oceaner og ingen landmasser at tale om, hvilket kan få drastiske konsekvenser for livets opståen. På samme tid, planeter, der har lidt eller intet vand på deres overflader, betragtes ikke som gode kandidater til liv, givet, hvordan vand er afgørende for livet, som vi kender det.

"For meget landmasse er et problem, da det begrænser mængden af ​​overfladevand, derved gør de fleste af kontinenterne meget tørre, " sagde Lingam. "Tørre økosystemer er typisk karakteriseret ved lave hastigheder af biomasseproduktion på Jorden. I stedet, hvis man overvejer det modsatte scenario (dvs. for det meste oceaner), man støder på et potentielt problem med tilgængeligheden af ​​fosfor, som er et af de væsentlige elementer for livet-som-vi-kender-det. Derfor, dette kan resultere i en flaskehals på mængden af ​​biomasse."

For at imødekomme disse muligheder, Lingam og Leob gik i gang med at analysere, hvordan planeter med for meget vand eller landmasse kunne påvirke udviklingen af ​​exoplanetbiosfærer. Som Lingam forklarede:

"[Vi] har udviklet en simpel model til at estimere, hvilken del af landet der vil være tørt (dvs. ørkener) og relativt ubeboeligt. For scenariet med vanddominerede biosfærer, tilgængeligheden af ​​fosfor bliver den begrænsende faktor. Her, vi brugte en model udviklet i et af vores tidligere artikler, der tager højde for fosforkilder og dræn. Vi kombinerede disse to sager, brugte data fra Jorden som benchmark, og dermed bestemt, hvordan egenskaberne ved en generisk biosfære ville afhænge af mængden af ​​jord og vand."

Hvad de fandt var, at en omhyggelig balance mellem landmasser og oceaner (meget som det, vi har her på Jorden) er afgørende for fremkomsten af ​​komplekse biosfærer. Kombineret med numeriske simuleringer fra andre forskere, Lingam og Loebs undersøgelse indikerer, at planeter som Jorden – med dens forhold mellem oceaner og landmasse (ca. 30:70) – sandsynligvis er ret sjældne. Som Lingam opsummerede:

"Dermed, Den grundlæggende konklusion er, at balancen mellem land- og vandfraktioner ikke kan vippes for meget på den ene eller anden måde. Vores arbejde viser også, at vigtige evolutionære begivenheder, såsom stigningen i iltniveauer og fremkomsten af ​​teknologiske arter, kan være påvirket af land-vand-fraktionen, og at den optimale værdi kunne være tæt på Jordens."

I nogen tid, astronomer har ledt efter exoplaneter, hvor jordlignende forhold er fremherskende. Dette er kendt som den "lavthængende frugt" tilgang, hvor vi forsøger at finde liv ved at lede efter biosignaturer, som vi forbinder med livet, som vi kender det. Men ifølge denne seneste undersøgelse, at finde sådanne steder kunne være som at lede efter diamanter i rå.

Undersøgelsens konklusioner kan også have betydelige implikationer, når det kommer til søgningen efter udenjordisk intelligens, indikerer, at det også er ret ualmindeligt. Heldigvis, Lingam og Loeb indrømmer, at man ikke ved nok om exoplaneter og deres forhold mellem vand og landmasse til at sige noget endeligt.

"Det er ikke muligt, imidlertid, at forudsige, hvordan dette påvirker SETI på en definitiv måde, " sagde Lingam. "Dette er fordi vi endnu ikke har ordentlige observationsbegrænsninger på land-vand fraktioner af exoplaneter, og der er stadig mange ubekendte i vores nuværende viden om, hvordan teknologiske arter (i stand til at deltage i SETI) udviklede sig."

Til sidst, vi skal være tålmodige og vente på, at astronomer lærer mere om planeter udenfor solen og deres respektive miljøer. Dette vil være muligt i de kommende år takket være næste generations teleskoper. Disse omfatter jordbaserede teleskoper som ESO's Extremely Large Telescope (ELT) og rumbaserede teleskoper som James Webb Space Telescope (JWST) – som efter planen skal starte i drift i 2024 og 2021, henholdsvis.

Med forbedringer i teknologi og tusindvis af exoplaneter, der nu er tilgængelige til undersøgelse, astronomer er begyndt at skifte fra opdagelsesprocessen til karakterisering. I de kommende år, det, vi lærer om exoplanetatmosfærer, vil i høj grad bevise eller modbevise vores teoretiske modeller, håb og forventninger. givet tid, vi kan endelig være i stand til at bestemme, hvor rigeligt liv der er i vores univers, og hvilke former det kan tage.