Σήμερα γνωρίζουμε ότι το Σύμπαν είναι γεμάτο με πλανήτες. Σύμφωνα με μια εκτίμηση, υπάρχουν περισσότεροι από 20 δισεκατομμύρια κόσμοι μόνο στον γαλαξία μας που μοιάζουν με τη Γη. Αλλά πόσοι από αυτούς είναι πιθανό να έχουν ζωή; Και πώς θα το ξέραμε αν πράγματι έχουν; Εάν δεν μας έρθει από εκεί ένα πολύ σαφές μήνυμα απευθείας, ο πιο πιθανός τρόπος για να ανακαλύψουμε ζωή σε ένα εξωπλανήτη είναι να κοιτάξουμε την ατμόσφαιρά του.

Έχουμε ήδη εντοπίσει ατμόσφαιρες γύρω από μερικούς μεγάλους εξωπλανήτες και, όταν ξεκινήσει τη λειτουργία του το Τηλεσκόπιο James Webb, θα είμαστε σε θέση να μελετήσουμε τις ατμόσφαιρες εξωπλανητών μεγέθους της Γης. Αλλά τι πρέπει να δούμε για να επιβεβαιώσουμε την παρουσία της ζωής;

Ένας από τους ισχυρούς βιοδείκτες είναι το οξυγόνο. Στη Γη, δημιουργείται από ζωντανούς οργανισμούς μέσω της φωτοσύνθεσης και αποτελεί περίπου το 21% της ατμόσφαιράς μας. Το οξυγόνο είναι επίσης αρκετά εύκολο να ανιχνευθεί με τη φασματική του υπογραφή. Είναι επίσης ένα στοιχείο που αντιδρά με άλλα στοιχεία, οπότε πρέπει να αναπληρωθεί από ζωντανούς οργανισμούς.  Αν, λοιπόν, βρούμε οξυγόνο και νερό στην ατμόσφαιρα ενός εξωπλανήτη που βρίσκεται στην κατοικήσιμη ζώνη και έχει το μέγεθος της Γης, αυτό σίγουρα θα ήταν πειστική απόδειξη εξωγήινης ζωής. Ωστόσο, όπως δείχνει μια πρόσφατη μελέτη, η εύρεση οξυγόνου και νερού δεν είναι αρκετή.

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι με τους οποίους ένας πλανήτης μπορεί να έχει ατμόσφαιρα πλούσια σε οξυγόνο. (Credit: J. Krissansen-Totton)

Η μελέτη δείχνει ότι δεν μπορούμε να βασιστούμε στη Γη ως πρότυπο μοντέλο για την ατμοσφαιρική εξέλιξη ενός πλανήτη. Η πρώιμη Γη είχε ατμόσφαιρα φτωχή σε οξυγόνο. Οι πρώιμες μορφές ζωής δημιούργησαν οξυγόνο ως απόβλητο προϊόν. Μόνο μετά την εξέλιξη της φωτοσύνθεσης, το ατμοσφαιρικό οξυγόνο έγινε άφθονο. Έτσι, για τη Γη, η αύξηση του οξυγόνου είναι άμεσο αποτέλεσμα της επίγειας ζωής. Αλλά το μονοπάτι μας προς το οξυγόνο δεν είναι το μόνο δυνατό μονοπάτι, ειδικά για πλανήτες που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από έναν κόκκινο νάνο αστέρα.

Ενώ το υδρογόνο είναι μακράν το πιο άφθονο στοιχείο στο Σύμπαν, το οξυγόνο αναμένεται να είναι κοινό στους βραχώδεις πλανήτες, μαζί με τον άνθρακα και το άζωτο. Έτσι, πιθανότατα, θα βρούμε ενώσεις, όπως το νερό (H2O), το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) και το άζωτο (N2) στην ατμόσφαιρα σχεδόν κάθε δυνητικά κατοικήσιμου κόσμου. Το ελεύθερο οξυγόνο θα μπορούσε να απελευθερωθεί από το νερό και το διοξείδιο του άνθρακα βιολογικά, όπως συμβαίνει στη Γη, αλλά οι ερευνητές βρήκαν τρία σενάρια όπου το ελεύθερο οξυγόνο εμφανίζεται γεωλογικά.

Ζωγραφική αναπαράσταση του πλανητικού συστήματος TRAPPIST-1. (Credit: NASA/JPL-Caltech)

Η ερευνητική ομάδα εστίασε την προσοχή της στους πλανήτες των κόκκινων νάνων αστέρων. Οι κόκκινοι νάνοι αποτελούν περίπου το 75% των αστέρων στο γαλαξία μας, οπότε οι πιο δυνητικά κατοικήσιμοι κόσμοι πιθανότατα θα περιφέρονται γύρω από έναν κόκκινο νάνο. Αλλά οι κόκκινοι νάνοι είναι πολύ διαφορετικοί από τον Ήλιο της Γης. Είναι μικρότεροι και, συνεπώς, χρειάζονται περισσότερο χρόνο για να μετακινηθούν από την θέση του πρωτοαστέρα  σε ένα αστέρα της Κύριας Ακολουθίας. Μπορούν να εκπέμπουν μεγάλες ηλιακές εκλάμψεις, οι οποίες θα μπορούσαν να προκαλέσουν την απογύμνωση  του κοντινού προς τον αστέρα πλανήτη από την ατμόσφαιρά του. Εκπέμπουν επίσης πολύ λιγότερο υπεριώδες φως, το οποίο μπορεί να ιονίσει άτομα και να διαλύσει μόρια.

Αποδεικνύεται ότι αυτό αλλάζει δραματικά την εξέλιξη της ατμόσφαιρας ενός πλανήτη. Εάν ένας πλανήτης κόκκινου νάνου έχει υψηλή αναλογία άνθρακα προς άζωτο, τότε πιθανότατα εισέρχεται σε μια κατάσταση διαφεύγοντος θερμοκηπίου με πυκνή ατμόσφαιρα διοξειδίου του άνθρακα και ελεύθερο οξυγόνο. Εάν είναι ένας κόσμος νερού, το οξυγόνο απελευθερώνεται από τους υδρατμούς στην ανώτερη ατμόσφαιρα. Εάν είναι ένας ξηρός πλανήτης, τότε το οξυγόνο παραμένει στην ατμόσφαιρα μαζί με άζωτο και το διοξείδιο του άνθρακα. Και οι τρεις αυτές περιπτώσεις θα έχουν υπογραφή οξυγόνου, όταν παρατηρούνται από τα τηλεσκόπιά μας, παρόλο που δεν έχουν απαραίτητα ζωή. Για τους πλανήτες κόκκινων νάνων αστέρων, η παρουσία οξυγόνου μπορεί να είναι ψευδώς θετική.

Είναι ενδιαφέρον ότι η μελέτη έδειξε επίσης ότι αυτά τα σενάρια είναι πολύ λιγότερο πιθανά για μεγαλύτερους και περισσότερο ηλιακού τύπου αστέρες. Εάν βρούμε ελεύθερο οξυγόνο γύρω από έναν πλανήτη σε τροχιά γύρω από έναν αστέρα σαν τον Ήλιο, αυτό θα μπορούσε να είναι ισχυρή απόδειξη της ζωής. Το αποτέλεσμα αυτής της έρευνας είναι ότι η εύρεση ζωής σε άλλους πλανήτες είναι περίπλοκη. Καθώς θα συγκεντρώνουμε δελεαστικά στοιχεία για εξωπλανήτες τα επόμενα χρόνια, πρέπει να είμαστε προσεκτικοί και να μην ισχυριζόμαστε εύκολα ότι έχουμε βρει σημάδια ζωής.

Η σχετική μέλέτη δημοασιεύτηκε εδώ.

Περισσότερα εδώ.


Παναγιώτης Νιάρχος

ΕΚΠΑ