Kaster mere lys på molekyler knyttet til liv på andre planeter

Søgen efter liv på andre planeter har fået et stort løft, efter at forskere afslørede de spektrale signaturer af næsten 1000 atmosfæriske molekyler, der kan være involveret i produktionen eller forbruget af fosphin, en undersøgelse ledet af UNSW Sydney afslørede.

Forskere har længe formodet, at phosphin - en kemisk forbindelse lavet af et fosforatom omgivet af tre brintatomer (PH3) - kan indikere tegn på liv, hvis det findes i atmosfæren på små klippeplaneter som vores egen, hvor det produceres af bakteriers biologiske aktivitet.

Så da et internationalt hold af videnskabsmænd sidste år hævdede at have opdaget fosfin i Venus atmosfære, det rejste de fristende udsigter til det første bevis på liv på en anden planet – om end det primitive, encellet sort.

Men ikke alle var overbeviste, med nogle videnskabsmænd, der stiller spørgsmålstegn ved, om phosphinen i Venus atmosfære virkelig blev produceret af biologisk aktivitet, eller om der overhovedet blev påvist fosfin.

Nu et internationalt hold, ledet af UNSW Sydney-forskere, har ydet et centralt bidrag til denne og eventuelle fremtidige søgninger efter liv på andre planeter ved at demonstrere, hvordan en indledende påvisning af en potentiel biosignatur skal efterfølges af søgninger efter relaterede molekyler.

I et papir offentliggjort i dag i tidsskriftet Grænser i astronomi og rumvidenskab , de beskrev, hvordan holdet brugte computeralgoritmer til at producere en database med omtrentlige infrarøde spektrale stregkoder for 958 molekylære arter indeholdende fosfor.

Se og lær

Som UNSW School of Chemistrys Dr. Laura McKemmish forklarer, når videnskabsmænd leder efter beviser for liv på andre planeter, de behøver ikke at gå ud i rummet, de kan blot rette et teleskop mod den pågældende planet.

"For at identificere liv på en planet, vi har brug for spektrale data, " hun siger.

"Med de rigtige spektrale data, lys fra en planet kan fortælle dig, hvilke molekyler der er i planetens atmosfære."

Fosfor er et væsentligt element for livet, endnu indtil nu, hun siger, astronomer kunne kun lede efter et polyatomisk fosforholdigt molekyle, fosfin.

"Fosfin er en meget lovende biosignatur, fordi den kun produceres i bittesmå koncentrationer af naturlige processer. hvis vi ikke kan spore, hvordan det er produceret eller forbrugt, vi kan ikke svare på spørgsmålet om, hvorvidt det er usædvanlig kemi eller små grønne mænd, der producerer phosphin på en planet, " siger Dr. McKemmish.

For at give indsigt, Dr. McKemmish samlede et stort tværfagligt team for at forstå, hvordan fosfor opfører sig kemisk, biologisk og geologisk og spørg, hvordan dette kan fjernundersøges gennem atmosfæriske molekyler alene.

"Det, der var fantastisk ved denne undersøgelse, er, at den samlede videnskabsmænd fra forskellige områder - kemi, biologi, geologi - at løse disse grundlæggende spørgsmål omkring søgen efter liv andre steder, som ét felt alene ikke kunne besvare, " siger astrobiolog og medforfatter til undersøgelsen, Lektor Brendan Burns.

Dr. McKemmish fortsætter:"Ved starten, vi ledte efter, hvilke fosforholdige molekyler - det vi kaldte P-molekyler - der er vigtigst i atmosfæren, men det viser sig, at meget lidt er kendt. Så vi besluttede at se på et stort antal P-molekyler, der kunne findes i gasfasen, som ellers ville blive uopdaget af teleskoper, der er følsomme over for infrarødt lys."

Stregkodedata for nye molekylære arter produceres normalt for et molekyle ad gangen, Dr. McKemmish siger, en proces, der ofte tager år. Men holdet, der var involveret i denne forskning, brugte det, hun kalder "high-throughput computational quantum chemistry" til at forudsige spektrene af 958 molekyler inden for kun et par uger.

"Selvom dette nye datasæt endnu ikke har nøjagtigheden til at muliggøre nye detektioner, det kan hjælpe med at forhindre fejltildelinger ved at fremhæve potentialet for flere molekylære arter med lignende spektrale stregkoder – f.eks. ved lav opløsning med nogle teleskoper, vand og alkohol kunne ikke skelnes."

"Dataene kan også bruges til at rangere, hvor let et molekyle er at opdage. F.eks. kontraintuitivt, fremmede astronomer, der kigger på Jorden, ville finde det meget lettere at opdage 0,04 % CO ₂ i vores atmosfære end de 20 % O ₂ . Dette skyldes, at CO ₂ absorberer lys meget stærkere end O ₂ - det er faktisk det, der forårsager drivhuseffekten på Jorden."

Livet på exoplaneter

Uanset udfaldet af debatten om eksistensen af ​​fosphin i Venus atmosfære og de potentielle tegn på liv på planeten, denne nylige tilføjelse til viden om, hvad der kan detekteres ved hjælp af teleskoper, vil være vigtig i detekteringen af ​​potentielle tegn på liv på exoplaneter - planeter i andre solsystemer.

"Den eneste måde, vi vil være i stand til at se på exoplaneter og se, om der er liv på, er ved at bruge spektraldata indsamlet af teleskoper - det er vores eneste værktøj, " siger Dr. McKemmish.

"Vores papir giver en ny videnskabelig tilgang til at følge op på påvisningen af ​​potentielle biosignaturer og har relevans for studiet af astrokemi i og uden for solsystemet, " siger Dr. McKemmish. "Yderligere undersøgelser vil hurtigt forbedre nøjagtigheden af ​​dataene og udvide rækken af ​​overvejede molekyler, baner vejen for dets brug i fremtidige påvisninger og identifikationer af molekyler."

Medforfatter og CSIRO-astronom Dr. Chenoa Tremblay siger, at holdets bidrag vil være gavnligt, da mere kraftfulde teleskoper kommer online i den nærmeste fremtid.

"Denne information er kommet på et kritisk tidspunkt inden for astronomi, " hun siger.

"Et nyt infrarødt teleskop kaldet James Web Space Telescope skal lanceres senere i år, og det vil være langt mere følsomt og dække flere bølgelængder end dets forgængere som Herschel Space Observatory. Vi vil få brug for disse oplysninger i en meget hurtig hastighed for at identificere nye molekyler i dataene."

Hun siger, at selvom holdets arbejde var fokuseret på vibrationsbevægelserne af molekyler, der blev detekteret med teleskoper, der er følsomme over for infrarødt lys, de arbejder i øjeblikket på at udvide teknikken til også at omfatte radiobølgelængder.

"Dette vil være vigtigt for nuværende og nye teleskoper som det kommende Square Kilometer Array, der skal bygges i det vestlige Australien."