Hvad kan den tidlige Jord lære os om søgen efter liv?

Hovedpointen er, at Jordens atmosfære ikke afspejler soltågen, planeten blev dannet i. Flere sammenflettede processer har ændret atmosfæren over tid. Søgen efter liv involverer ikke kun en bedre forståelse af disse processer, men hvordan man kan identificere, hvilket stadium exoplaneter kan være i.

Det er aksiomatisk, at biologiske processer kan have en dramatisk effekt på planetariske atmosfærer. "På den moderne Jord er den atmosfæriske sammensætning meget stærkt styret af livet," skriver forskerne. "Men enhver potentiel atmosfærisk biosignatur skal skilles ad fra en baggrund af abiotiske (geologiske og astrofysiske) processer, der også bidrager til planetariske atmosfærer og vil dominere på livløse verdener og på planeter med en meget lille biosfære."

Forfatterne skitserer, hvad de siger, er de vigtigste lektioner, som den tidlige Jord kan lære os om søgen efter liv.

Den første er, at Jorden faktisk har haft tre forskellige atmosfærer gennem sin lange historie. Den første kom fra soltågen og gik tabt kort efter planetens dannelse. Det er den primære atmosfære. Den anden blev dannet ved afgasning fra planetens indre.

Den tredje, Jordens moderne atmosfære, er kompleks. Det er en balancegang, der involverer liv, pladetektonik, vulkanisme og endda atmosfærisk flugt. En bedre forståelse af, hvordan Jordens atmosfære har ændret sig over tid, giver forskere en bedre forståelse af, hvad de ser i exoplanetatmosfærer.

Den anden er, at jo længere vi ser tilbage i tiden, jo mere ændres eller ødelægges klipperekorden for Jordens tidlige liv. Vores bedste bevis tyder på, at liv var til stede for 3,5 milliarder år siden, måske endda for 3,7 milliarder år siden. Hvis det er tilfældet, kan det første liv have eksisteret i en verden dækket af oceaner, uden kontinentale landmasser og kun vulkanske øer.

Hvis der havde været rigelig vulkansk og geologisk aktivitet for mellem 3,5 og 3,7 milliarder år siden, ville der have været store fluxer af CO₂ og H₂ . Da disse er substrater for methanogenese, kan metan have været rigeligt i atmosfæren og påviselig.

Den tredje lektie forfatterne skitserer er, at en planet kan være vært for iltproducerende liv i lang tid, før ilt kan detekteres i en atmosfære. Forskere tror, ​​at oxygenisk fotosyntese optrådte på Jorden i midten af ​​den arkæiske eon. Det arkæiske område strakte sig fra 4 milliarder til 2,5 milliarder år siden, så midten af ​​det arkæiske område er engang omkring 3,25 milliarder år siden. Men ilt kunne ikke ophobes i atmosfæren før den store iltningsbegivenhed for omkring 2,4 milliarder år siden.

Ilt er en stærk biomarkør, og hvis den findes i en exoplanets atmosfære, ville det give anledning til begejstring. Men livet på Jorden eksisterede i lang tid, før atmosfærisk ilt ville have været sporbar.

Den fjerde lektion involverer udseendet af horisontal pladetektonik og dens effekt på kemi. "Fra GOE og fremefter lignede Jorden tektonisk i dag," skriver forfatterne. Havene var sandsynligvis lagdelt i et anoxisk lag og et iltet overfladelag. Imidlertid introducerede hydrotermisk aktivitet konstant jernholdigt jern i havene. Det øgede sulfatniveauerne i havvandet, hvilket reducerede metanen i atmosfæren. Uden den metan ville Jordens biosfære have været meget mindre sporbar.

"Planeten Jorden har udviklet sig i løbet af de sidste 4,5 milliarder år fra en fuldstændig anoxisk planet med muligvis et andet tektonisk regime til den iltede verden med horisontal pladetektonik, som vi kender i dag," forklarer forfatterne. Al den komplekse evolution gjorde det muligt for liv at dukke op og trives, men det gør også det mere kompliceret at opdage tidligere biosfærer på exoplaneter.

Vi er i en stor ulempe i søgen efter liv på exoplaneter. Vi kan bogstaveligt talt grave i Jordens gamle klippe for at forsøge at udrede den lange historie om livet på Jorden, og hvordan atmosfæren udviklede sig over milliarder af år. Når det kommer til exoplaneter, har vi kun teleskoper. Stadig stærkere teleskoper, men teleskoper ikke desto mindre. Mens vi begynder at udforske vores eget solsystem, især Mars og de pirrende havmåner, der kredser om gasgiganterne, er andre solsystemer uden for vores fysiske rækkevidde.

"Vi må i stedet genkende tilstedeværelsen af ​​fremmede biosfærer på afstand og karakterisere deres biogeokemiske cyklusser i planetspektre opnået med store jord- og rumbaserede teleskoper," skriver forfatterne. "Disse teleskoper kan undersøge atmosfærisk sammensætning ved at detektere absorptionstræk forbundet med specifikke gasser." At undersøge atmosfæriske gasser er vores mest kraftfulde tilgang lige nu, som JWST viser.

Men efterhånden som forskerne får bedre værktøjer, vil de begynde at gå ud over atmosfærisk kemi. "Vi vil muligvis også være i stand til at genkende overfladeegenskaber i global skala, herunder lysinteraktion med fotosyntetiske pigmenter og 'glimt', der opstår fra spejlende refleksion af lys fra et flydende hav."

At forstå, hvad vi ser i exoplanetatmosfærer, er parallelt med vores forståelse af Jordens lange historie. Jorden kunne være nøglen til vores bredere og accelererende søgen efter liv.

"At optrævle detaljerne i Jordens komplekse biogeokemiske historie og dens forhold til fjernt observerbare spektrale signaler er en vigtig overvejelse for instrumentdesign og vores egen søgen efter liv i universet," skriver forfatterne.

Flere oplysninger: Eva E. Stüeken et al, Den tidlige Jord som en analog til exoplanetær biogeokemi, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2404.15432

Leveret af Universe Today