Šta bi bilo znak života na drugoj planeti?

Printskrin: Youtube/@starxtreme

U junu su astronomi izvestili o razočaravajućem otkriću: svemirski teleskop „Džejms Veb“ nije pronašao obilnu atmosferu oko stenovite planete TRAPPIST-1 C, egzoplanete u jednom od najprimamljivijih planetarnih sistema u potrazi za vanzemaljskim životom, piše Smithsonian Magazine.

Taj nalaz prati sličnu vest o susednoj planeti TRAPPIST-1 B u sistemu TRAPPIST-1. Njegova tmurna, crvena zvezda ugošćava sedam stenovitih svetova, od kojih se nekoliko nalazi u zoni pogodnoj za život – na udaljenosti od svoje zvezde na kojoj bi tečna voda mogla postojati na njihovim površinama, a vanzemaljski život bi mogao bujati.

Preporučujemo

Šta bi bilo potrebno da se detektuje taj život, ako postoji, nije novo pitanje. Međutim, zahvaljujući teleskopu „Džejms Veb“, ono konačno dobija praktičnu dimenziju. Tokom narednih nekoliko godina, „Veb“ bi mogao zaviriti u atmosfere nekoliko obećavajućih planeta koje kruže oko dalekih zvezda. Sakriveni u hemiji tih atmosfera mogli bi biti prvi znakovi života van našeg solarnog sistema. To predstavlja nezgodan problem - šta je istinski hemijski potpis života?

U cilju detekcije takvog biološkog potpisa, naučnici moraju pronaći pametne načine za rad sa ograničenim informacijama koje mogu skupiti posmatrajući egzoplanete.

Hemikalije u kontekstu

Čak i najmoćniji teleskopi, uključujući „Veba“, skoro nikad ne „vide“ egzoplanete – astronomi uglavnom znaju te daleke svetove samo posredstvom treperenja njihovih zvezda.

Umesto da posmatraju planete direktno, astronomi vežbaju svoje teleskope na zvezdama i čekaju „tranziciju“ planete između njenog sunca i teleskopa. Dok je planeta u tranzitu, delić zvezdane svetlosti prolazi kroz njenu atmosferu i zatamnjuje zvezdu na određenim talasnim dužinama, zavisno od hemikalija u toj atmosferi. Rezultirajući padovi i skokovi zvezdine svetlosti su poput hemijskog barkoda za prolazeću planetu.

Možda najneposredniji način da se traži biološki potpis u tom barkodu jeste traganje za nekim gasom koji je jasan proizvod života. Neko vreme su naučnici mislili da je kiseonik, kojeg na Zemlji ima u izobilju zbog fotosinteze, samostalan biološki potpis. Međutim, kiseonik može nastati iz drugih procesa: zvezdana svetlost bi, na primer, mogla razbiti vodu u atmosferi planete.

I taj problem nije specifičan za kiseonik – većina gasova koje proizvode živa stvorenja mogu takođe nastati bez života. Stoga, umesto uzimanja u obzir pojedinačnih gasova kao nezavisnih bioloških potpisa, naučnici su danas skloni da ih razmatraju u kontekstu.

Metan, na primer, može biti proizveden i pomoću života i bez života. Sam po sebi ne bi predstavljao ubedljiv biološki potpis. Međutim, pronalaženje metana i kiseonika zajedno „bilo bi vrlo uzbudljivo“ – veoma je teško proizvesti tu kombinaciju bez života. Slično tome, pronalazak metana zajedno sa odgovarajućim količinama drugih gasova, poput ugljen-dioksida, bilo bi teško objasniti bez života.

Posmatranje kako se atmosfera neke egzoplanete menja tokom vremena moglo bi takođe obezbediti dragocen kontekst koji bi mogao ojačati inače slabe biološke potpise. Periodične varijacije u koncentraciji ozona, na primer, mogle bi biti pokazatelj života, saopštili su naučnici 2018.

Iznenađenja umesto pretpostavki

Naki naučnici razvijaju agnostičke biološke potpise koji ne pretpostavljaju da će vanzemaljska biohemija biti poput biohemije na Zemlji.

Jedan mogući agnostički biopotpis je stepen hemijske „iznenadnosti“ atmosfere egzoplanete – što naučnici nazivaju hemijskom neravnotežom.

Atmosfera blizu ravnoteže bila bi hemijski nezanimljiva, poput zatvorene bočice gasa u laboratoriji. Naravno, nijedna planeta nije dosadna kao laboratorijska bočica. Hemijske reakcije u atmosferi planete mogu dobijati energiju od zvezda i geološki procesi poput vulkanske aktivnosti mogu povećati neravnotežu, povećavajući tako hemijsku iznenadnost atmosfere.

Život takođe može izbaciti planete iz ravnoteže. Pod pretpostavkom da vanzemaljski život proizvodi gasove neke vrste, oni bi mogli gurnuti atmosferu planete mnogo dalje od ravnoteže nego što bi inače bila. Međutim, sama neravnoteža nije siguran pokazatelj.

Godine 2016, naučnici su izračunali termalnu neravnotežu atmosfere svake planete u solarnom sistemu i Saturnovog meseca Titana. Zemljina atmosfera se isticala kao ekstremna – ali samo ako su okeani uključeni u kalkulacije. Zanemarujući interakcije sa okeanom, Zemljina atmosfera je zapravo bliža ravnoteži nego Marsova.

Ipak, čak i ako možda ne ukazuje na biologiju, otkrivanje da je atmosfera neke egzoplanete daleko od ravnoteže kazalo bi atronomima da se nešto zanimljivo dešava, nešto što „modifikuje atmosferu na drastičan način koji treba da shvatimo“.

Dejvid Kini, filozof nauke na Univerzitetu Jejl, nedavno je radio sa biofizičarom Krisom Kempesom iz Instituta Santa Fe na razvoju novog načina detekcije mogućih agnostičkih biosignatura. Ideja je varljivo jednostavna – da biste pronašli život, tražite najčudnije planete.

Bez pretpostavki o tome kakav je vanzemaljski život, gotovo svaki gas bi mogao biti biološki potpis u pravom kontekstu. Godine 2016, astrofizičar Sara Siger iz Masačusetskog instituta za tehnologiju i njene kolege predložili su spisak od oko 14.000 molekula kao mogućih bioloških potpisa.

Kini i Kempes su razvili svoj metod koristeći tu listu jedinjenja, zajedno sa metodima inspirisanim algoritmima mašinskog učenja osmišljenim da prepoznaju različite slike u nekom skupu. To je dovelo do načina da se precizno definiše i oceni neobičnost hipotetičke atmosfere u poređenju sa grupom drugih hipotetičkih atmosfera.

Kini i Kempres kažu da je najverovatnije da će najčudnije atmosfere u grupi biti domaćini života. To počiva na nekoliko osnovnih pretpostavki: život u univerzumu je redak, ostavlja tragove u planetarnim atmosferama, i teško je imitirati te tragove bez života. Naravno, te pretpostavke se mogu pokazati kao pogrešne. Međutim, „ako ne želimo uopšte da pravimo pretpostavke, veoma je teško ostvariti bilo kakav naučni napredak, naročito u oblasti sa tako velikom neizvesnošću kao što je ova“.

Prvo razumeti ne-život

Da bi se smanjila ta neizvesnost, naučnici će morati sa sigurnošću da isključe ne-životna objašnjenja za bilo koji potencijalni biološki potpis. To zahteva temeljito razumevanje vanzemaljske geologije i atmosferske hemije. Dakle, umesto fokusiranja na pitanje da li je planeta pogodna za život, neki naučnici tvrde da će izučavanje očigledno beživotnih planeta podstaći traganje za vanzemaljskim životom.

Jedno ogromno pitanje je da li će potencijalno stenovite planete koje „Veb“ može da vidi uopšte imati atmosfere. Jedine zvezde čije planete u zoni pogodnoj za život teleskop može da dosegne jesu crveni patuljci, kao TRAPPIST-1. Te zvezde imaju nezgodan običaj da izbacuju žestoko zračenje za koje mnogi naučnici smatraju da bi neizbežno zbrisalo atmosfere bilo kojih planeta pogodnih za život, što bi moglo objasniti oskudne ili nepostojeće atmosfere planeta TRAPPIST-1 B i TRAPPIST-1 C.

Crveni patuljci su takođe najuobičajenije zvezde u Mlečnom putu – tako da ako njihove stenovite planete ne mogu da zadrže atmosfere, to bi znatno smanjilo broj svetova potencijalno pogodnih za život.

Ako možemo videti dovoljno stenovitih egzoplaneta, bićemo u mnogo boljoj poziciji da shvatimo šta biološki potpis znači. Jedna zaista moćna stvar koju nam egzoplanete daju jeste statistika.

Termin „biološki potpis“ možda liči na nepobitan dokaz. Međutim, otkriće egzoplanetarnog života će biti postepena akumulacija dokaza. Dok ti dokazi stižu, naučnici mogu početi da testiraju svoje hipoteze o stenovitim planetama na rigorozan način i možda ih preispitati.

Astronomija je u suštini nauka otkrića. Bez obzira na sve najbolje smišljene planove i okvire i sisteme, čim počnemo da dobijamo podatke i posmatramo stvari sve se preokrene.

(Telegraf Nauka/Smithsonian Magazine)