Måling af atmosfæren i andre verdener for at se, om der er næringsstoffer nok til livet
Livet på Jorden afhænger af seks vigtige elementer:kulstof, brint, nitrogen, ilt, fosfor og svovl. Disse elementer omtales som CHNOPS, og sammen med adskillige spormikronæringsstoffer og flydende vand er de, hvad livet har brug for.
Forskere er ved at få styr på at opdage exoplaneter, der kan være varme nok til at have flydende vand på deres overflader, beboelighedens mest basale signal. Men nu søger de at forbedre deres spil ved at finde CHNOPS i exoplanetatmosfærer.
Vi er kun ved begyndelsen af at forstå, hvordan exoplaneter kunne understøtte liv. For at øge vores forståelse er vi nødt til at forstå tilgængeligheden af CHNOPS i planetariske atmosfærer.
Et nyt papir udsendt til arXiv preprint-serveren undersøger problemet. Den har titlen "Beboelighedsbegrænsninger ved tilgængelighed af næringsstoffer i atmosfærer af stenede exoplaneter." Hovedforfatteren er Oliver Herbort fra Institut for Astrofysik ved Universitetet i Wien og en ARIEL post-doc stipendiat. Artiklen er blevet accepteret af International Journal of Astrobiology .
På vores nuværende teknologiske niveau er vi lige begyndt at undersøge exoplanetatmosfærer. JWST er vores hovedværktøj til opgaven, og den er god til det. Men JWST har travlt med andre opgaver. I 2029 vil ESA lancere ARIEL, Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large survey. ARIEL vil udelukkende være fokuseret på exoplanetatmosfærer.
I forventning om dette teleskops mission forbereder Herbort og hans medforskere sig på resultaterne og hvad de betyder for beboelighed. "Den detaljerede forståelse af selve planeterne bliver vigtig for fortolkning af observationer, især for påvisning af biosignaturer," skriver de. De undersøger især ideen om luftbiosfærer. "Vi sigter efter at forstå tilstedeværelsen af disse næringsstoffer i atmosfærer, der viser tilstedeværelsen af vandskykondensater, hvilket potentielt muliggør eksistensen af luftbiosfærer."
Vores søsterplanet Venus har en overflade, der ikke kan overleve. Den ekstreme varme og det ekstreme tryk gør planetens overflade ubeboelig på nogen måde, vi kan bestemme. Men nogle videnskabsmænd har foreslået, at liv kunne eksistere i Venus' atmosfære, i vid udstrækning baseret på påvisning af fosfin, en mulig indikator for liv. Dette er et eksempel på, hvordan en luftbiosfære kan se ud.
"Dette koncept med luftbiosfærer udvider mulighederne for potentiel beboelighed fra tilstedeværelsen af flydende vand på overfladen til alle planeter med flydende vandskyer," forklarer forfatterne.
Forfatterne undersøgte ideen om luftbiosfærer, og hvordan påvisningen af CHNOPS spiller ind i dem. De introducerede konceptet om tilgængelighedsniveauer for næringsstoffer i exoplanetatmosfærer. I deres rammer kræves tilstedeværelsen af vand uanset tilgængeligheden af andre næringsstoffer. "Vi betragtede enhver atmosfære uden vandkondensat som ubeboelig," skriver de, et nik til vands forrang. Forskerne tildelte forskellige niveauer af beboelighed baseret på tilstedeværelsen og mængden af CHNOPS-næringsstofferne.
For at udforske deres rammer for tilgængelighed af næringsstoffer vendte forskerne sig til simuleringer. De simulerede atmosfærer holdt forskellige niveauer af næringsstoffer, og forskerne anvendte deres koncept om tilgængelighed af næringsstoffer. Deres resultater sigter mod at forstå ikke beboelighed, men det kemiske potentiale for beboelighed. En planets atmosfære kan ændres drastisk af liv, og denne forskning har til formål at forstå det atmosfæriske potentiale for liv.
"Vores tilgang sigter ikke direkte mod forståelsen af biosignaturer og atmosfærer på planeter, som er beboede, men efter de forhold, hvor præbiotisk kemi kan forekomme," skriver de. I deres arbejde er den mindste atmosfæriske koncentration for, at et næringsstof er tilgængeligt 10 9 , eller én ppb (part per billion.)
"Vi finder, at for de fleste atmosfærer ved ( p gas, T gas) punkter, hvor flydende vand er stabilt, er CNS-bærende molekyler til stede i koncentrationer over 10 9 ," skriver de. De fandt også ud af, at kulstof generelt er til stede i enhver simuleret atmosfære, og at svovltilgængeligheden øges med overfladetemperaturen. Med lavere overfladetemperaturer vil nitrogen (N2 , NH3 ) er til stede i stigende mængder. Men med højere overfladetemperaturer kan nitrogen blive opbrugt.
Fosfor er en anden sag. "Det begrænsende element i CHNOPS-elementerne er fosfor, som for det meste er bundet i planetskorpen," skriver de. Forfatterne påpeger, at fosformangel i tidligere tider i Jordens atmosfære begrænsede biosfæren.
En luftbiosfære er en interessant idé. Men det er ikke hovedindsatsen i videnskabsmænds bestræbelser på at opdage exoplanetatmosfærer. Overfladelivet er deres hellige gral. Det burde ikke være nogen overraskelse, at det stadig handler om flydende vand, alt taget i betragtning. "I lighed med tidligere arbejde tyder vores modeller på, at den begrænsende faktor for beboelighed på overfladen af en planet er tilstedeværelsen af flydende vand," skriver forfatterne. I deres arbejde, når overfladevand var tilgængeligt, var CNS tilgængelig i den lavere atmosfære nær overfladen.
Men overfladevand spiller flere roller i atmosfærisk kemi. Det kan binde sig til nogle næringsstoffer under nogle omstændigheder, hvilket gør dem utilgængelige, og under andre omstændigheder kan det gøre dem tilgængelige.
"Hvis vand er tilgængeligt ved overfladen, lagres de elementer, der ikke er til stede i gasfasen, i skorpekondensaterne," skriver forfatterne. Kemisk forvitring kan så gøre dem tilgængelige som næringsstoffer. "Dette giver en vej til at overvinde manglen på atmosfærisk fosfor og metaller, som bruges i enzymer, der driver mange biologiske processer."
Dette komplicerer tingene i verdener dækket af oceaner. Præ-biotiske molekyler er muligvis ikke tilgængelige, hvis der ikke er mulighed for, at vand og sten kan interagere med atmosfæren. "Hvis det faktisk kan påvises, at liv kan dannes i et vandhav uden blotlagt land, bliver denne begrænsning svagere, og potentialet for overfladebeboelighed bliver hovedsageligt et spørgsmål om vandstabilitet," skriver forfatterne.
Nogle af modellerne er overraskende på grund af atmosfærisk flydende vand. "Mange af modellerne viser tilstedeværelsen af en flydende vandzone i atmosfærerne, som er løsrevet fra overfladen. Disse områder kunne være interessante for dannelsen af liv i former for luftbiosfærer," skriver Herbort og hans kolleger.
Hvis der er én ting, som forskning som denne viser, er planetariske atmosfærer ekstraordinært komplekse og kan ændre sig dramatisk over tid, nogle gange på grund af selve livet. Denne forskning giver en vis mening i forsøget på at forstå det hele. At understrege kompleksiteten er det faktum, at forskerne ikke inkluderede stjernestråling i deres arbejde. Det ville have gjort indsatsen uhåndterlig.
Spørgsmålet om beboelighed er kompliceret, forvirret af vores mangel på svar på grundlæggende spørgsmål. Skal en planets skorpe være i kontakt med vand og atmosfæren for at CHNOPS-næringsstofferne er tilgængelige? Jorden har en midlertidig luftbiosfære. Kan luftbiosfærer være en vigtig del af exoplanets beboelighed?
Men ud over alle simuleringer og modeller, hvor kraftfulde de end er, er det, forskerne har mest brug for, mere data. Når ARIEL lanceres, vil forskerne have meget flere data at arbejde med. Forskning som denne vil hjælpe videnskabsmænd med at forstå, hvad ARIEL finder.
Flere oplysninger: Oliver Herbort et al., Beboelighedsbegrænsninger ved tilgængelighed af næringsstoffer i atmosfærer af klippefyldte exoplaneter, arXiv (2024). arxiv.org/abs/2404.04029
Leveret af Universe Today
Varme artikler
-
NASA udgiver Kepler Survey Catalogue med hundredvis af nye planetkandidaterNASAs Kepler-rumteleskophold har identificeret 219 nye planetkandidater, 10 af dem er på størrelse med Jorden og i deres stjernes beboelige zone. Kredit:NASA/JPL-Caltech NASAs Kepler-rumteleskopho -
Test af vandet:Analyse af forskellige faste vandtilstande på andre planeter og månerDissociationstryk af forskellige clathrater hydrater over en række kryogene temperaturer. De øvre områder af hver kurve angiver stabile grænser for clathrathydraterne. (Lignende farver er blevet brugt -
Udfordringen med at bygge et massivt rumteleskopHowStuffWorks nu:Bygger et episk teleskop HowStuffWorks At bygge og lancere et teleskop, der vil give os flere oplysninger om universet, end vi nogensinde har haft før, er ingen let ordre. Når den nå -
Mars nye hjem en stor sandkasseNASAs InSight-rumfartøj åbnede linsedækslet på sit Instrument Context Camera (ICC) den 30. november, 2018, og fangede dette billede af Mars. Placeret under dækket af InSight-landeren, ICC har et fiske
- Førsteklasses software automatiserer hurtigt sportsanalyser
- Forskere afslører multi-skala karakteristika for helicitet i vægafgrænsede turbulente strømme
- Weibo øjner udvidelse til den kinesisk-talende verden
- Arkæolog opdager Cornish gravplads
- Højfølsom visualisering af ultrahurtig bærerdiffusion ved bredfelt holografisk mikroskopi
- Ny open source -software letter smerten ved flere UI -designs