Detekcia tohto špecifického plynu v atmosfére cudzieho sveta môže byť dobrým znamením života

(M. Kornmesser/ESA/Wikimedia Commons/CC BY 4.0)

Bez preháňania možno povedať, že štúdium extrasolárnych planét v posledných desaťročiach explodovalo. Randiť, 4 375 exoplanét boli potvrdené v 3 247 systémoch, pričom na potvrdenie čaká ďalších 5 856 kandidátov.

V posledných rokoch začali štúdie exoplanét prechádzať z procesu objavovania na proces charakterizácie.

Očakáva sa, že tento proces sa urýchli, keď budú v prevádzke teleskopy novej generácie.



Výsledkom je, že astrobiológovia pracujú na vytvorení komplexných zoznamov potenciálnych „biologických podpisov“, ktoré sa týkajú chemických zlúčenín a procesov, ktoré sú spojené so životom (kyslík, oxid uhličitý, voda atď.)

Ale podľa nového výskumu tímu z Massachusettský Inštitút Technológie (MIT), ďalší potenciálny biologický podpis, ktorý by sme mali mať na pozore, je uhľovodík tzv izoprén (C5H8).

Štúdia, ktorá opisuje ich zistenia, Posúdenie izoprénu ako možného biosignačného plynu v exoplanétach s anoxickou atmosférou “, nedávno sa objavil online a časopis ho prijal na publikovanie Astrobiológia .

V záujme svojej štúdie sa tím MIT pozrel na rastúci zoznam možných biologických podpisov, ktoré budú astronómovia v nadchádzajúcich rokoch hľadať.

K dnešnému dňu bola veľká väčšina exoplanét odhalená a potvrdená pomocou nepriamych metód.

Astronómovia sa z väčšej časti spoliehali na Tranzitná metóda (tranzitná fotometria) a Metóda radiálnej rýchlosti (Dopplerova spektroskopia), samostatne alebo v kombinácii. Len niekoľko z nich bolo možné zistiť pomocou Priame zobrazovanie , čo veľmi sťažuje charakterizáciu atmosfér a povrchov exoplanét.

Len v ojedinelých prípadoch sa astronómom podarilo získať spektrá, ktoré im umožnili určiť chemické zloženie atmosféry tejto planéty. Bolo to buď výsledkom svetla prechádzajúceho atmosférou exoplanéty, keď prechádzala pred svojou hviezdou, alebo v niekoľkých prípadoch, keď došlo k priamemu zobrazovaniu a svetlo odrazené od atmosféry exoplanéty bolo možné študovať.

Mnohé z toho súviselo s limitmi našich súčasných teleskopov, ktoré nemajú potrebné rozlíšenie na pozorovanie menších kamenných planét, ktoré obiehajú bližšie k svojej hviezde.

Astronómovia a astrobiológovia sa domnievajú, že práve tieto planéty sú s najväčšou pravdepodobnosťou potenciálne obývateľné, ale akékoľvek svetlo odrazené od ich povrchov a atmosféry je prekonané svetlom pochádzajúcim z ich hviezd.

To sa však čoskoro zmení, pretože nástroje novej generácie, ako je napr Vesmírny teleskop Jamesa Webba (JWST) letí do vesmíru. Sara Seagerová , trieda profesora fyziky a planetárnych vied z roku 1941 na MIT, vedie zodpovednú výskumnú skupinu (známa ako Seager Group) a bola spoluautorom tohto článku.

Ako povedala Universe Today prostredníctvom e-mailu: „S blížiacim sa vypustením vesmírneho teleskopu Jamesa Webba v októbri 2021 budeme mať našu prvú schopnosť hľadania biosignálnych plynov – ale bude to ťažké, pretože atmosférické signály malej kamennej planéty sú také slabé. začať s. S JWST na obzore počet ľudí pracujúcich v teréne nesmierne vzrástol. Štúdie, ako je táto, prichádzajúce s novými potenciálnymi biosignálnymi plynmi a iné práce ukazujúce potenciálne falošné pozitíva dokonca aj pre plyny, ako je kyslík.“

Keď bude JWST nasadený a funkčný, bude môcť pozorovať náš vesmír na dlhších vlnových dĺžkach (v blízke a stredné infračervené žiarenie rozsah) a s výrazne zlepšenou citlivosťou.

Teleskop sa bude spoliehať aj na sériu spektrografov na získanie údajov o zložení, ako aj na koronografy na zakrytie zatemňujúceho svetla materských hviezd. Táto technológia umožní astronómom charakterizovať atmosféru menších kamenných planét.

Tieto údaje zase umožnia vedcom klásť oveľa prísnejšie obmedzenia na obývateľnosť exoplanéty a mohli by dokonca viesť k odhaleniu známych (a/alebo potenciálnych) biologických podpisov.

Ako už bolo uvedené, tieto „biologické podpisy“ zahŕňajú chemické indikácie spojené so životom a biologickým procesom, nehovoriac o typoch podmienok, ktoré sú preň priaznivé.

Patrí medzi ne plynný kyslík (O2), ktorý je nevyhnutný pre väčšinu foriem života na Zemi a je produkovaný fotosyntetickými organizmami (rastliny, stromy, sinice atď.). Tie isté organizmy metabolizujú oxid uhličitý (CO2), ktorý život metabolizujúci kyslík vylučuje ako odpadový produkt. Je tu tiež voda (H2O), ktorá je nevyhnutná pre celý život, ako ho poznáme, a metán (CH4), ktorý sa uvoľňuje pri rozklade organickej hmoty.

Keďže sa predpokladá, že vulkanická aktivita hrá dôležitú úlohu v obývateľnosti planét, chemické vedľajšie produkty spojené so vulkanizmom – sírovodík (H2S), oxid siričitý (SO2), oxid uhoľnatý (CO), plynný vodík (H2) atď. – sa tiež považujú za biopodpisy.

Do tohto zoznamu si Zhan, Seager a ich kolegovia želali pridať ďalší možný biologický podpis – izoprén.

Ako Zhan vysvetlil Universe Today prostredníctvom e-mailu: „Naša výskumná skupina na MIT sa zameriava na použitie holistického prístupu na preskúmanie všetkých možných plynov ako potenciálneho biosignálneho plynu. Naša predchádzajúca práca viedla k vytvoreniu databázy všetkých malých molekúl. Pokračujeme vo filtrovaní databázy ASM, aby sme identifikovali najpravdepodobnejšie kandidátske biosignálne plyny, z ktorých jeden je izoprén, pomocou strojové učenie a prístupy založené na údajoch.“

Rovnako ako jeho príbuzný metán, izoprén je organická uhľovodíková molekula, ktorá je produkovaná ako sekundárny metabolit rôznymi druhmi tu na Zemi. Okrem listnatých stromov je izoprén produkovaný aj rôznorodou škálou evolučne vzdialených organizmov – ako sú baktérie, rastliny a zvieratá.

Ako vysvetlil Seager, vďaka tomu je sľubný ako potenciálny biologický podpis. „Izoprén je sľubný, pretože ho život na Zemi produkuje v obrovských kvalitách – rovnako ako produkcia metánu! Okrem toho obrovské množstvo foriem života (od baktérií po rastliny a zvieratá), ktoré sú od seba evolučne vzdialené, produkuje izoprén, čo naznačuje, že by to mohol byť nejaký kľúčový stavebný kameň, ktorý by mohol vytvoriť aj život inde.“

Zatiaľ čo izoprén je tu na Zemi zastúpený približne ako metán, izoprén sa ničí interakciou s kyslíkom a radikálmi obsahujúcimi kyslík. Z tohto dôvodu sa Zhang, Seager a ich tím rozhodli zamerať na anoxické atmosféry. Ide o prostredia, ktoré sa skladajú prevažne z H2, CO2 a plynného dusíka (N2), ktorý je podobný tomu, z ktorého bola zložená prvotná atmosféra Zeme.

Podľa ich zistení by prvotná planéta (kde sa začína objavovať život) mala vo svojej atmosfére hojný izoprén.

To by bol prípad na Zemi pred 4 až 2,5 miliardami rokov, keď boli jednobunkové organizmy jediným životom a fotosyntetické sinice pomaly premieňali zemskú atmosféru na atmosféru bohatú na kyslík.

Pred 2,5 miliardami rokov to vyvrcholilo v tzv. Veľká okysličovacia akcia “ (GOE), ktorý sa ukázal ako toxický pre mnohé organizmy (a metabolity ako izoprén).

V tomto období sa začali objavovať zložité formy života (eukaryoty a mnohobunkové organizmy). V tomto ohľade by sa izoprén mohol použiť na charakterizáciu planét, ktoré sa nachádzajú uprostred veľkého evolučného posunu a pokladajú základy pre budúce živočíšne fyly.

Ale ako poznamenal Zhang, vylúštenie tohto potenciálneho biologického podpisu bude výzvou, dokonca aj pre JWST.

„Výhrady týkajúce sa izoprénu ako biomarkera sú, že: 1. Na detekciu je potrebná 10x-100x rýchlosť produkcie izoprénu Zeme [a] 2. Detekcia blízkeho infračerveného spektru izoprénu môže byť obmedzená prítomnosťou metánu alebo iných uhľovodíkov. Jedinečná detekcia izoprénu bude s JWST náročná, pretože mnohé molekuly uhľovodíkov zdieľajú podobné spektrálne vlastnosti v blízkych infračervených vlnových dĺžkach. Ale budúce teleskopy, ktoré sa zameriavajú na strednú IR vlnovú dĺžku, budú schopné jedinečne detegovať izoprénové spektrálne prvky.“

Okrem JWST, Rímsky vesmírny ďalekohľad Nancy Grace (nástupca misie Hubbleovho teleskopu) sa tiež dostane do vesmíru do roku 2025. Toto observatórium bude mať silu ' Sto Hubbleov ' a jeho nedávno inovované infračervené filtre umožní charakterizovať exoplanéty samostatne a prostredníctvom spolupráce s JWST a ďalšími „veľkými observatóriami“.

V súčasnosti sa tu na Zemi stavia aj niekoľko pozemných ďalekohľadov, ktoré sa budú spoliehať na sofistikované spektrometre, koronografy a adaptívnu optiku (AO). Medzi ne patrí Extrémne veľký ďalekohľad (ELT), Obrovský Magellanov ďalekohľad (GMT), Tridsaťmetrový ďalekohľad (TMT) Tieto teleskopy budú tiež schopné vykonávať priame zobrazovacie štúdie exoplanét a očakáva sa, že výsledky budú prelomové.

Očakáva sa, že medzi vylepšenými prístrojmi, rýchlo sa zlepšujúcou analýzou údajov a technikami a vylepšeniami našej metodológie sa štúdium exoplanét len ​​ďalej zrýchli.

Okrem toho, že máme k dispozícii desaťtisíce ďalších na štúdium (mnohé z nich budú skalnaté a „podobné Zemi“), bezprecedentné pohľady, ktoré na ne budeme mať, nám umožnia vidieť, koľko obývateľných svetov je vonku.

Či to povedie k objaveniu mimozemského života počas našich životov alebo nie, sa ešte len uvidí.

Jedno je však jasné. V nadchádzajúcich rokoch, keď astronómovia začnú prehrabávať všetky nové údaje, ktoré budú mať o atmosfére exoplanét, budú mať k dispozícii komplexný zoznam biologických podpisov, ktoré ich budú viesť.

Predchádzajúca práca Seagera a Zhana zahŕňa koncept marťanského skleníka, ktorý by mohol poskytnúť všetko potrebné jedlo pre posádku štyroch astronautov až na dva roky. Tento skleník, známy ako Biosférická architektúra pre životaschopné mimozemské bývanie (BEAVER), obsadil druhé miesto v roku 2019 NASA BIG Idea Challenge . Môžete si o tom prečítať viac tu .

Tento článok pôvodne publikoval Vesmír dnes . Čítať pôvodný článok .

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.