Superteleskopy přicházejí, obrovské pozemní a vesmírné observatoře, které nám umožní přímo pozorovat atmosféru vzdálených světů. Víme, že na Zemi je život a naše atmosféra vypráví příběh, takže můžeme dělat totéž s extrasolárními planetami? Ukázalo se, že přichází s jediným biologickým podpisem, chemikálií v atmosféře, která vám říká, že ano, absolutně, život na tomto světě je opravdu těžký.
Musím přiznat, že jsem byl v minulosti docela špatný. Ve starých epizodách Obsazení astronomie a Týdenního vesmírného Hangoutu, i zde v Průvodci vesmírem, jsem řekl, že pokud bychom mohli jen ochutnat atmosféru vzdáleného světa, mohli bychom s přesvědčením říci, že tam existuje život.
Stačí detekovat ozon v atmosféře, nebo metan, nebo dokonce znečištění a dalo by se říci: „tam je život.“ Budoucí Fraser je tu, aby napravil minulost Frasera. I když obdivuji jeho naivní nadšení pro hledání cizinců, ukázalo se, jako vždy, bude to mnohem obtížnější, než jsme si dříve mysleli.
Astrobiologové se vlastně snaží přijít na biosignor kouření kulové pistole, který by mohl být použit k vyjádření života tam venku. A to proto, že přírodní procesy, jak se zdá, mají chytré způsoby, jak nás oklamat.
Jaké jsou potenciální biologické podpisy, proč jsou problematické a co bude zapotřebí k získání tohoto potvrzení?
Začněme světem blízkým domovu: Mars.
Téměř dvě desetiletí astronomové detekovali velké mraky metanu v atmosféře Marsu. Zde na Zemi pochází metan od živých tvorů, jako jsou bakterie a prdící krávy. Kromě toho se metan snadno rozkládá slunečním světlem, což znamená, že se nejedná o starověký metan, který zůstal před miliardami let. Nějaký proces na Marsu je neustále doplňuje.
Ale co?
Kromě života se metan může přirozeně tvořit vulkanismem, když horniny interagují s ohřátou vodou.
NASA se pokusila dostat na dno této otázky pomocí roverů Spirit a Opportunity a očekávalo se, že by zvědavost měla mít na palubě nástroje k nalezení zdroje metanu.
Během několika měsíců zvědavost odhalila zesílení metanu tam dole na povrchu, ale to dokonce vedlo ke kontroverzi. Ukázalo se, že rover sám nesl metan a mohl kontaminovat oblast kolem sebe. Možná metan, který zjistil, pocházel sám od sebe. Je také možné, že skalní meteorit padl poblíž a uvolnil nějaký plyn, který kontaminoval výsledky.
Mise Evropské vesmírné agentury ExoMars dorazila na Mars v říjnu 2016. Přestože byl Schiaparelli Lander zničen, Trace Gas Orbiter přežil cestu a začal podrobně mapovat atmosféru Marsu, hledat místa, která by mohla odvětrávat metan, a tak zatím nemáme přesvědčivé výsledky.
Jinými slovy, na Marsu máme flotilu orbiterů a přistávajících, vybavených nástroji navrženými k vyčichání nejslabšího metanu na Marsu.
Existuje několik skutečně zajímavých rad o tom, jak se zdá, že hladiny metanu na Marsu rostou a klesají s ročními obdobími, což naznačuje život, ale astrobiologové stále nesouhlasí.
Mimořádné nároky vyžadují mimořádné důkazy a tak dále.
Některé dalekohledy již mohou měřit atmosféru planet obíhajících jiné hvězdy. V posledních deseti letech mapuje Spitzerův vesmírný dalekohled NASA atmosféru různých světů. Zde je například mapa horkého jupiteru HD 189733b
. Místo nasává, ale páni, změřit atmosféru jiné planety, to je docela velkolepé.
Provádějí tento čin tím, že měří chemikálie hvězdy, zatímco planeta prochází před ní, a pak měří, když není planeta. To vám řekne, jaké chemikálie planeta přináší na párty.
Také byli schopni měřit atmosféru HAT-P-26b, což je relativně malý Neptunův svět obíhající poblíž hvězdy, a byli překvapeni, když našli vodní páru v atmosféře planety.
Znamená to, že je život? Kamkoli najdeme vodu na Zemi, najdeme život. Ne, můžete zcela získat vodu bez života.
Když byl spuštěn v roce 2019, James Webb Space Telescope od NASA posouvá tento atmosférický senzor na další úroveň, což umožňuje astronomům studovat atmosféry mnoha dalších světů s mnohem vyšším rozlišením.
Jedním z prvních cílů pro Webb bude systém TRAPPIST-1 s půltuctem planet obíhajících v obytné zóně červené trpasličí hvězdy. Webb by měl být schopen detekovat po celý život ozon, metan a další potenciální biologické podpisy.
Co tedy bude zapotřebí, abychom mohli vidět vzdálený svět a vědět, že tam je život.
Astrobiolog John Lee Grenfell z Německého leteckého centra nedávno vytvořil zprávu, prošel všemi exoplanetárními biosignatami, které by tam mohly být, a zhodnotil je, nakolik je pravděpodobné, že budou známkou života v jiném světě.
Prvním cílem bude molekulární kyslík nebo O2. Teď to dýcháš. No, stejně 21% každého dechu. Kyslík vydrží v atmosféře jiného světa tisíce let bez zdroje.
Vyrábí se zde na Zemi fotosyntézou, ale pokud je svět otřesen svou hvězdou a ztrácí atmosféru, pak je vodík vháněn do vesmíru a molekulární kyslík může zůstat. Jinými slovy, nemůžete si být jisti v obou směrech.
A co ozón, aka O3? O2 se přeměňuje na O3 chemickým procesem v atmosféře. Zní to jako dobrý kandidát, ale problém je v tom, že existují přírodní procesy, které mohou produkovat i ozon. Na Venuši je ozonová vrstva, jedna na Marsu a byly dokonce detekovány kolem ledových měsíců ve Sluneční soustavě.
Existuje oxid dusný, známý také jako plynný smích. Vyrábí se jako výstup bakterií v půdě a pomáhá přispívat k cyklu dusíku Země. A je tu dobrá zpráva, že se zdá, že Země je jediný svět ve Sluneční soustavě, který má ve své atmosféře oxid dusný.
Vědci však také vyvinuli modely, jak by tato chemikálie mohla být vytvořena v rané historii Země, když její oceán bohatý na síru interagoval s dusíkem na planetě. Ve skutečnosti mohli Venuše i Mars projít podobným cyklem.
Jinými slovy, možná uvidíte život nebo můžete vidět mladou planetu.
Pak je tu metan, chemikálie, o které jsme tolik času mluvili. A jak jsem se zmínil, je zde metan produkovaný životem na Zemi, ale také na Marsu a na Titanu jsou kapalné oceány metanu.
Astrobiologové navrhli další uhlovodíky, jako je ethan, isopren, ale tyto mají také své vlastní problémy.
A co znečišťující látky emitované vyspělými civilizacemi? Astrobiologové nazývají tyto „technologické podpisy“ a mohou zahrnovat věci jako chlorfluoruhlovodíky nebo jaderný spád. Ale znovu, tyto chemikálie by bylo těžké detekovat světelné roky daleko.
Astronomové navrhli, že bychom měli hledat mrtvé země, jen abychom stanovili základní linii. Byly by to světy umístěné v obytné zóně, ale život se zjevně nikdy nepustil. Jen rock, voda a nebiologicky vytvořená atmosféra.
Problém je v tom, že pravděpodobně ani nedokážeme přijít na způsob, jak potvrdit, že svět je mrtvý. Druhy chemikálií, které byste očekávali v atmosféře, jako je oxid uhličitý, by mohly absorbovat oceány, takže ani nemůžete provést negativní potvrzení.
Jedna metoda nemusí zahrnovat skenovací atmosféru vůbec. Vegetace zde na Zemi odráží zpět velmi specifickou vlnovou délku světla v oblasti 700-750 nanometrů. Astrobiologové to nazývají „červenou hranou“, protože ve srovnání s jinými povrchy uvidíte 5x větší odrazivost.
Přestože dalekohledy nemáme, abychom to dokázali dnes, existuje několik opravdu chytrých nápadů, jako je pohled na to, jak se světlo z planety odráží na nedalekém měsíci, a analyzovat to. Hledání exoplanetového zemského svitu.
Ve skutečnosti, v rané historii Země, by to vypadalo purpurověji kvůli archaeanským bakteriím.
Přichází online celá flotila kosmických lodí a pozemních observatoří, které nám pomohou posunout se dále k této otázce.
Mise ESA v Gaii se chystá zmapovat a charakterizovat 1% hvězd v Mléčné dráze, sdělit nám, jaké druhy hvězd tam jsou, a detekovat tisíce planet pro další pozorování.
Kosmický průzkum Transiting Exoplanet Space Survey (TESS), který byl spuštěn v roce 2018, najde v našem sousedství všechny tranzitující a větší planety Země.
Mise PLATO 2 najde v obytné zóně skalní světy a James Webb bude moci studovat jejich atmosféru. Také jsme hovořili o masivním dalekohledu LUVOIR, který by mohl přijít do provozu ve 20. letech 20. století, a posoudit tato pozorování na další úroveň.
A v dílech je mnohem více vesmírných a pozemních observatoří.
Jakmile se příští kolo dalekohledů připojí k internetu, ty, které jsou schopny přímo měřit atmosféru světa velikosti Země obíhajícího jinou hvězdou, astrobiologové se budou snažit najít biosignaturu, která bude jasným znamením, že tam žije.
Místo jistoty to vypadá, že budeme mít stejný boj, abychom pochopili, co vidíme. Astronomové budou mezi sebou nesouhlasit a vyvíjet nové techniky a nové nástroje k zodpovězení nevyřešených otázek.
Chvíli to potrvá a nejistota bude těžké zvládnout. Ale pamatujte si, že je to pravděpodobně nejdůležitější vědecká otázka, na kterou se může kdokoli zeptat: jsme sami ve vesmíru?
Odpověď stojí za čekání.
Zdroj: John Lee Grenfell: Recenze exoplanetárních biosignatur.
Klobouk tip na Dr. Kimberly Cartier za nasměrování mě na tento papír. Sledujte její práci na časopisu EOS.
