Ingen er enige om, hvad det vil sige for en planet at være beboelig

Kunstnerens koncept af Kepler 22b NASA

For lidt mindre end en måned siden meddelte videnskabsmænd, at vanddamp var blevet opdaget i atmosfæren af ​​K2-18b, en exoplanet 110 lysår væk. Det er afgørende, at planeten var i sin stjernes beboelige zone (området omkring en stjerne, der er tempereret nok til flydende overfladevand, nogle gange omtalt som Guldlok-zonen). Men brugen af ​​denne sætning er ret kontroversiel. Selvom mennesker bestemt ikke kunne leve på K2-18b, er der seng enighed blandt eksperter om, hvorvidt der kunne findes en eller anden form for ekstremt mikrobielt liv der. Det kunne have været i den beboelige zone, men ingen kunne blive enige om, hvorvidt K2-18b virkelig var beboelig eller ej t .

Denne uenighed skyldtes dels, at vi ikke havde en konsensus om, hvilken slags planet K2-18b var, men det skyldtes også, at der er mange forskellige måder at definere beboelighed på. Nogle forskere mener, at en stenet overflade er afgørende. Andre troede, at mikrobielt liv kunne finde en måde at eksistere i luften, som bakterier, der rider støv i vinden. Nogle ønskede bevis for en tyk, varm overflade, mens andre ikke var så sikre på, at det var nødvendigt.

Intet af dette var overraskende. Beboelighed er et vagt ordsprog. Hvis du beder hundrede videnskabsmænd om at definere, hvad der gør en planet beboelig, får du hundrede forskellige svar.

Meget af diskussionen har været drevet af, hvad der er kendt, og hvilken teknologi vi har til faktisk at modellere planeter, siger Rory Barnes, en astronom og astrobiolog ved Virtual Planet Laboratory ved University of Washington.

Indtil relativt for nylig vidste vi ikke engang, om planeter uden for solsystemet var almindelige. Astronomer gjorde et par opdagelser hist og her, men tingene tog ikke fart, før NASAs Kepler-rumteleskop blev tændt i 2009, hvilket tilbyder en skarpere metode til at identificere planeter, der passerer foran deres værtsstjerner.

De data, disse observationer gav, var yderst begrænsede. For eksempel opdagede videnskabsmænd i 2007 Gliese 581c, den første exoplanet, der både var stenet og fundet i den beboelige zone. Dengang var det de to krav, som folk skulle ud af sengen om morgenen og tro, at der var noget, der var værd at være opmærksom på, siger Barnes.

Vand er essentielt for livet, som vi kender det, så på den ene side var dette et virkelig nyttigt første skridt til at indsnævre, hvilke nye verdener der skulle få vores opmærksomhed. På den anden side forsømte det andre livskrav, såsom en kilde til kulstof, en energikilde og essentielle næringsstoffer, siger Stephanie Olson, en planetarisk forsker ved University of Chicago.

En planet, der mangler disse andre ting, er næsten lige så ubeboelig som Pluto. Desuden behøver en planet ikke at ligge i den beboelige zone for at være beboelig. Jupiters måne Europa og Saturns måner Titan og Enceladus er blot nogle få eksempler på mulige havverdener, der vækker interesse hos astrobiologer på trods af, at de er langt uden for solens beboelige zone.

En del af problemet er, at vi uhensigtsmæssigt har isoleret disse undersøgelser fra andre videnskaber. Jeg siger altid til astronomer, at hvis du vil vide, hvad beboelighed er, skal du bare gå ind i biologi, siger Abel Méndez, en planetarisk astrobiolog og direktør for Planetary Habitability Laboratory ved University of Puerto Rico i Arecibo. Mange er bekymrede over, at astronomer på uhensigtsmæssig vis anvender lektioner fra biologi og klimavidenskab til udenjordiske verdener, og at det er det, der forårsager så mange af disse spyt.

Omvendt er der en fare ved at være for jordcentreret, siger Barnes. Vi forstår, hvordan Jorden fungerer rigtig godt, og vi kan narre os selv til at tro, at visse signaturer automatisk er et tegn på liv eller afviser muligheden for liv. Livet kunne eksistere på Titan eller Europa, eller måske endda Venus, i en form, vi ikke er parate til at finde.

At forbedre vores tilgang betyder, at vi har brug for en bedre udveksling af uddannelse og data mellem forskellige videnskabsområder. Det bringer os til Virtual Planet Lab, grundlagt i 2001 for at forstå, hvordan en beboelig planet dannes og udvikler sig, og hvordan vi faktisk kunne observere den proces på en rigtig exoplanet. Laboratoriets fakultet, som omfatter klimaforskere, atmosfæriske forskere, dataloger, biologer, geofysikere og astronomer, afspejler den multidisciplinære tilgang, som planetarisk videnskab burde forfølge.

Laboratoriet afslørede for nylig VPLanet , åben software, der simulerer en planets udvikling over milliarder af år, primært (dog ikke udelukkende) til at vurdere, om denne planet er eller engang var potentielt beboelig og kunne understøtte flydende vand på dens overflade.

VPLanets modeller tager højde for en lang række forskellige dynamikker, herunder interne og geologiske processer, magnetfeltudvikling, klima, atmosfærisk flugt, rotationseffekter, tidevandskræfter, baner, stjernedannelse og udvikling, usædvanlige forhold som binære stjernesystemer og gravitationsforstyrrelser fra forbipasserende kroppe. Andre forskere kan skrive nye moduler, der tilnærmer andre fysiske processer, og sætte dem ind i softwaren.

Et værktøj som VPLanet er beregnet til at hjælpe med at indsnævre, hvilke planeter i beboelig zone (og andre gode kandidater) der er mest værd at studere i dybden med eksisterende instrumenter og nye, der kommer online. Men dens forsøg på at karakterisere en planets historie kan også få os til at se på nogle exoplaneter, vi normalt kan afskrive. Vi har en tendens til at tænke på Jordens historie som en vild evolutionær tur, men Barnes antyder, at den faktisk kan være ret tam sammenlignet med erfaringerne fra mange andre exoplaneter, vi nu identificerer.

For planeter, der kredser om stjerner med lav masse, som Proxima b, har de sandsynligvis gennemgået en betydelig udvikling, siger Barnes. Deres værtsstjerners lysstyrke er faldet meget hurtigere, de udsender mere avanceret stråling, der er skadelig for atmosfæren, og de inducerer flere tidevandseffekter på planeter, der kredser om – blot nogle få ting, der dramatisk kunne vende beregningen af, om en planet kunne understøtte liv .

Andre modeller kan hjælpe os med at genkende andre former for dynamik, der kan fremme eller hæmme livet. Nogle har revideret den beboelige zone grænser på baggrund af skarpere klimavidenskab. Olson var for nylig medforfatter til en papir der undersøgte, hvilken slags havdynamik der kunne være afgørende for at fremme en næringsstofkredsløb, der er gunstig for livet. Den blotte tilstedeværelse af et hav, hævder hun, fastslår ikke, om en ny verden er beboelig eller ej. Uden for eksempel nok rotationskraft eller en tyk atmosfære vil et hav ikke være meningsfuldt til at øge mulighederne for beboelighed.

Det, vi i sidste ende har brug for, er at forbedre repræsentationen af ​​biologi i disse typer modeller, siger Olson. Biologerne har deres modeller, klimaforskerne har deres legetøj, og så er der astronomerne. Vi skal finde måder at koble dataene på.

Men modeller er kun en del af ligningen. Vi skal også lave bedre observationer af disse verdener. Vi ønsker at se, om en planet har en tyk atmosfære sammensat af de typer elementer, der er vigtige for livet. Vi ønsker at lede efter tilstedeværelsen af ​​biosignaturer som metan, der produceres af biologiske processer. Instrumenter som NASAs Hubble- og Kepler-rumteleskoper har haft en enorm indflydelse, men deres muligheder er allerede strakt til deres grænser (Kepler blev pensioneret sidste år, og Hubble er på sine sidste ben).

Hubbles efterfølger, James Webb Space Telescope, er klar til at skubbe vores forståelse af disse exoplaneter til nye højder. Dens uovertrufne optik og evne til at foretage uovertrufne observationer i infrarød betyder, at den burde være i stand til at karakterisere fjerne exoplaneters atmosfærer med få problemer. ESA's ARIEL-rumteleskop, der forventes at blive opsendt i 2029, er specielt designet til at observere de kemiske og termiske strukturer af exoplanetatmosfærer.

Méndez mener også, det er klogt at være åben for afsløring af teknosignaturer når vi tænker på beboelighed, måske i form af radioemissioner, lys eller kemikalier fra industriel produktion. Der er andre måder at se på et system og se nogle indikationer på livet, siger han.

Men faktum er, at den eneste rigtige måde at fortælle, om et sted er beboeligt, ikke er at måle disse forskellige variabler - det er at finde liv, siger Méndez. I biologi er det det endelige svar. Der er ingen anden måde at gøre det på. Undre for det, alt er kun en tilnærmelse - en vurdering af potentiel beboelighed. Så indtil videre vil argumenterne fortsætte.

skjule