Undersøgelse advarer mod falske iltpositiver i søgen efter tegn på liv på andre planeter

I søgen efter liv på andre planeter, tilstedeværelsen af ​​ilt i en planets atmosfære er et potentielt tegn på biologisk aktivitet, som kan blive opdaget af fremtidige teleskoper. En ny undersøgelse, imidlertid, beskriver flere scenarier, hvor en livløs klippeplanet omkring en sollignende stjerne kunne udvikle sig til at have ilt i sin atmosfære.

De nye resultater, udgivet 13. april i AGU rykker frem , fremhæve behovet for næste generations teleskoper, der er i stand til at karakterisere planetariske miljøer og søge efter flere bevislinjer for liv ud over at detektere ilt.

"Dette er nyttigt, fordi det viser, at der er måder at få ilt i atmosfæren på uden liv, men der er andre observationer, du kan gøre for at hjælpe med at skelne disse falske positiver fra den virkelige vare, " sagde førsteforfatter Joshua Krissansen-Totton, en Sagan Fellow i Institut for Astronomi og Astrofysik ved UC Santa Cruz. "For hvert scenarie, vi forsøger at sige, hvad dit teleskop skal være i stand til at gøre for at skelne dette fra biologisk ilt."

I de kommende årtier, måske i slutningen af ​​2030'erne, astronomer håber at have et teleskop, der er i stand til at tage billeder og spektre af potentielt jordlignende planeter omkring sollignende stjerner. Medforfatter Jonathan Fortney, professor i astronomi og astrofysik og direktør for UCSC's Other Worlds Laboratory, sagde, at ideen ville være at målrette mod planeter, der ligner Jorden nok til, at liv kunne være opstået på dem og karakterisere deres atmosfærer.

"Der har været en masse diskussion om, hvorvidt påvisning af ilt er 'nok' et tegn på liv, " sagde han. "Dette arbejde argumenterer virkelig for behovet for at kende konteksten for din opdagelse. Hvilke andre molekyler findes udover oxygen, eller ikke fundet, og hvad fortæller det dig om planetens udvikling?"

Det betyder, at astronomer vil have et teleskop, der er følsomt over for en bred vifte af bølgelængder, for at kunne detektere forskellige typer molekyler i en planets atmosfære.

Forskerne baserede deres resultater på en detaljeret, ende-til-ende beregningsmodel for udviklingen af ​​klippeplaneter, startende fra deres smeltede oprindelse og strækker sig gennem milliarder af år med afkøling og geokemiske kredsløb. Ved at variere den indledende beholdning af flygtige grundstoffer i deres modelplaneter, forskerne opnåede en overraskende bred vifte af resultater.

Ilt kan begynde at opbygges i en planets atmosfære, når ultraviolet lys med høj energi spalter vandmolekyler i den øvre atmosfære til brint og ilt. Den lette brint undslipper fortrinsvis ud i rummet, efterlader ilten. Andre processer kan fjerne ilt fra atmosfæren. Kulilte og brint frigivet ved udgasning fra smeltet sten, for eksempel, vil reagere med ilt, og forvitring af sten fjerner også ilt. Dette er blot nogle få af de processer, som forskerne inkorporerede i deres model for den geokemiske udvikling af en stenet planet.

"Hvis du kører modellen for Jorden, med hvad vi tror var den oprindelige opgørelse af flygtige stoffer, du får pålideligt det samme resultat hver gang - uden liv får du ikke ilt i atmosfæren, " sagde Krissansen-Totton. "Men vi fandt også flere scenarier, hvor du kan få ilt uden liv."

For eksempel, en planet, der ellers ligner Jorden, men som starter med mere vand, vil ende med meget dybe oceaner, lægger et enormt pres på skorpen. Dette lukker effektivt ned for geologisk aktivitet, inklusive alle de processer, såsom smeltning eller forvitring af sten, der ville fjerne ilt fra atmosfæren.

I det modsatte tilfælde, hvor planeten starter med en relativt lille mængde vand, magmaoverfladen på den oprindeligt smeltede planet kan fryse hurtigt, mens vandet forbliver i atmosfæren. Denne "dampatmosfære" sætter nok vand i den øvre atmosfære til at tillade akkumulering af ilt, når vandet går i stykker og brint undslipper.

"Den typiske sekvens er, at magmaoverfladen størkner samtidig med, at vand kondenserer ud i oceaner på overfladen, " sagde Krissansen-Totton. "På jorden, når vandet kondenseres på overfladen, flugtraterne var lave. Men hvis du bevarer en dampatmosfære, efter at den smeltede overflade er størknet, der er et vindue på omkring en million år, hvor ilt kan opbygges, fordi der er høje vandkoncentrationer i den øvre atmosfære og ingen smeltet overflade til at forbruge den ilt, der produceres ved brintudslip."

Et tredje scenario, der kan føre til ilt i atmosfæren, involverer en planet, der ellers ligner Jorden, men som starter med et højere forhold mellem kuldioxid og vand. Dette fører til en løbsk drivhuseffekt, gør det for varmt til, at vand nogensinde kan kondensere ud af atmosfæren på planetens overflade.

"I dette Venus-lignende scenarie, alle flygtige stoffer starter i atmosfæren, og få bliver efterladt i kappen for at blive afgasset og tørre ilt op, " sagde Krissansen-Totton.

Han bemærkede, at tidligere undersøgelser har fokuseret på atmosfæriske processer, der henviser til, at modellen brugt i denne undersøgelse udforsker den geokemiske og termiske udvikling af planetens kappe og skorpe, samt samspillet mellem skorpen og atmosfæren.

"Det er ikke beregningskrævende, men der er mange bevægelige dele og indbyrdes forbundne processer, " han sagde.