Ingen er enige om hva det betyr for en planet å være beboelig

Kunstnerens konsept av Kepler 22b NASA

For litt mindre enn en måned siden kunngjorde forskere at vanndamp hadde blitt oppdaget i atmosfæren til K2-18b , en eksoplanet 110 lysår unna. Det er avgjørende at planeten var i stjernens beboelige sone (regionen rundt en stjerne som er temperert nok for flytende overflatevann, noen ganger referert til som Gulllokksonen). Men bruken av den frasen er ganske kontroversiell. Selv om mennesker absolutt ikke kunne leve på K2-18b, er det det seng enighet mellom eksperter om hvorvidt noen form for ekstremt mikrobielt liv kunne finnes der. Det kan ha vært i den beboelige sonen, men ingen kunne være enige om K2-18b virkelig var det beboelig eller ikke t .

Denne uenigheten var delvis fordi vi ikke hadde enighet om hva slags planet K2-18b var, men det var også fordi det er mange forskjellige måter å definere beboelighet på. Noen forskere mener en steinete overflate er avgjørende. Andre trodde at mikrobielt liv kunne finne en måte å eksistere i luften på, som bakterier som rir støv i vinden. Noen ville ha bevis på en tykk, varm overflate, mens andre ikke var så sikre på at det var nødvendig.

Ingenting av dette var overraskende. Beboelighet er et vagt ordspråk. Hvis du spør hundre forskere om å definere hva som gjør en planet beboelig, vil du få hundre forskjellige svar.

Mye av diskusjonen har vært drevet av hva som er kjent og hvilken teknologi vi har for å faktisk modellere planeter, sier Rory Barnes, en astronom og astrobiolog ved Virtual Planet Laboratory ved University of Washington.

Inntil relativt nylig visste vi ikke engang om planeter utenfor solsystemet var vanlige. Astronomer gjorde noen få funn her og der, men ting tok ikke av før NASAs Kepler-romteleskop ble slått på i 2009, og tilbyr en skarpere metode for å identifisere planeter som passerer foran vertsstjernene deres.

Dataene disse observasjonene ga var ekstremt begrenset. For eksempel oppdaget forskere i 2007 Gliese 581c, den første eksoplaneten som var både steinete og funnet innenfor den beboelige sonen. Den gangen var det de to kravene folk trengte for å komme seg ut av sengen om morgenen og tenke at det var noe verdt å ta hensyn til, sier Barnes.

Vann er essensielt for livet slik vi kjenner det, så på den ene siden var dette et veldig nyttig første skritt for å begrense hvilke nye verdener som burde få oppmerksomheten vår. På den annen side neglisjerte den andre livskrav, som en kilde til karbon, en energikilde og essensielle næringsstoffer, sier Stephanie Olson, en planetarisk forsker ved University of Chicago.

En planet som mangler disse andre tingene er nesten like ubeboelig som Pluto. Dessuten trenger ikke en planet å ligge i den beboelige sonen for å være beboelig. Jupiters måne Europa, og Saturns måner Titan og Enceladus, er bare noen få eksempler på mulige havverdener som vekker interessen til astrobiologer til tross for at de er godt utenfor solens beboelige sone.

En del av problemet er at vi på upassende måte har isolert disse undersøkelsene fra andre vitenskaper. Jeg sier alltid til astronomer, hvis du vil vite hva beboelighet er, bare gå inn i biologi, sier Abel Méndez, en planetarisk astrobiolog og direktør for Planetary Habitability Laboratory ved University of Puerto Rico i Arecibo. Mange er bekymret for at astronomer bruker leksjoner fra biologi og klimavitenskap på utenomjordiske verdener på upassende måte, og at det er dette som forårsaker så mange av disse plagene.

Motsatt er det en fare ved å være for jordsentrisk, sier Barnes. Vi forstår hvordan jorden fungerer veldig bra, og vi kan lure oss selv til å tro at visse signaturer automatisk er et tegn på liv eller negerer muligheten for liv. Livet kan eksistere på Titan eller Europa, eller kanskje til og med Venus, i en eller annen form vi ikke er forberedt på å finne.

Å forbedre vår tilnærming betyr at vi trenger en bedre utveksling av utdanning og data mellom ulike vitenskapsfelt. Det bringer oss til Virtual Planet Lab, grunnlagt i 2001 for å forstå hvordan en beboelig planet dannes og utvikler seg, og hvordan vi faktisk kunne observere den prosessen på en ekte eksoplanet. Laboratoriets fakultet, som inkluderer klimaforskere, atmosfæriske forskere, informatikere, biologer, geofysikere og astronomer, reflekterer den tverrfaglige tilnærmingen som planetarisk vitenskap burde forfølge.

Laboratoriet ble nylig avduket VPLanet , åpen programvare som simulerer en planets utvikling over milliarder av år, primært (men ikke utelukkende) for å vurdere om den planeten er eller en gang var potensielt beboelig og kunne støtte flytende vann på overflaten.

VPLanets modeller tar hensyn til en rekke forskjellige dynamikker, inkludert interne og geologiske prosesser, magnetfeltutvikling, klima, atmosfærisk rømning, rotasjonseffekter, tidevannskrefter, baner, stjernedannelse og -evolusjon, uvanlige forhold som binære stjernesystemer og gravitasjonsforstyrrelser fra forbipasserende kropper. Andre forskere kan skrive nye moduler som tilnærmer andre fysiske prosesser og plugge dem inn i programvaren.

Et verktøy som VPLanet er ment å bidra til å begrense hvilke planeter i beboelig sone (og andre gode kandidater) som er mest verdt å studere i dybden med eksisterende instrumenter og nye som kommer på nett. Men forsøkene på å karakterisere en planets historie kan også få oss til å se på noen eksoplaneter vi normalt kan avskrive. Vi har en tendens til å tenke på jordens historie som en vill evolusjonær tur, men Barnes antyder at den faktisk kan være ganske tam sammenlignet med opplevelsen til mange andre eksoplaneter vi nå identifiserer.

For planeter som kretser rundt stjerner med lav masse, som Proxima b , har de sannsynligvis gått gjennom betydelig utvikling, sier Barnes. Vertstjernenes lysstyrke har avtatt mye raskere, de sender ut mer avansert stråling som er skadelig for atmosfærer, og de induserer flere tidevannseffekter på planeter i bane – bare noen få ting som dramatisk kan snu beregningen av om en planet kan bære liv .

Andre modeller kan hjelpe oss å gjenkjenne andre typer dynamikk som kan fremme eller hindre livet. Noen har revidert den beboelige sonens grenser på grunnlag av skarpere klimavitenskap. Olson var nylig medforfatter av en papir som så på hva slags havdynamikk som kan være avgjørende for å fremme en næringssyklus som er gunstig for livet. Bare tilstedeværelsen av et hav, hevder hun, fastslår ikke om en ny verden er beboelig eller ikke. Uten for eksempel nok rotasjonskraft eller en tykk atmosfære, vil ikke et hav være meningsfullt for å øke mulighetene for beboelighet.

Det vi til syvende og sist trenger er å forbedre representasjonen av biologi i denne typen modeller, sier Olson. Biologene har sine modeller, klimaforskerne har lekene sine, og så er det astronomene. Vi må finne måter å koble dataene på.

Men modeller er bare en del av ligningen. Vi må også gjøre bedre observasjoner av disse verdenene. Vi ønsker å se om en planet har en tykk atmosfære som består av de elementene som er viktige for livet. Vi ønsker å se etter tilstedeværelsen av biosignaturer som metan som produseres av biologiske prosesser. Instrumenter som NASAs Hubble- og Kepler-romteleskoper har hatt en enorm innvirkning, men deres evner er allerede strukket til sine grenser (Kepler ble pensjonert i fjor, og Hubble er på siste ben).

Hubbles etterfølger, James Webb Space Telescope, er klar til å løfte vår forståelse av disse eksoplanetene til nye høyder. Dens uovertrufne optikk og evnen til å gjøre enestående observasjoner i infrarødt lys betyr at den skal kunne karakterisere atmosfæren til fjerne eksoplaneter uten problemer. ESAs ARIEL-romteleskop, som skal lanseres i 2029, er spesielt designet for å observere de kjemiske og termiske strukturene til eksoplanetatmosfærer.

Méndez mener også det er lurt å være åpen for oppdagelse av teknosignaturer når vi tenker på beboelighet, kanskje i form av radiostråling, lys eller kjemikalier fra industriell produksjon. Det finnes andre måter å se på et system og se noen indikasjoner på livet, sier han.

Men faktum er at den eneste virkelige måten å finne ut om et sted er beboelig, er ikke å måle disse forskjellige variablene - det er å finne liv, sier Méndez. I biologi er det det endelige svaret. Det er ingen annen måte å gjøre det på. Litt av det, alt er bare en tilnærming – en vurdering av potensiell beboelighet. Så foreløpig vil argumentene fortsette.

gjemme seg