Τον Ιούνιο, οι αστρονόμοι ανέφεραν μια απογοητευτική ανακάλυψη: Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb απέτυχε να βρει μια παχιά ατμόσφαιρα γύρω από τον βραχώδη πλανήτη TRAPPIST-1 c , έναν εξωπλανήτη σε ένα από τα πιο δελεαστικά πλανητικά συστήματα για αναζήτηση εξωγήινης ζωής. Το εύρημα ακολουθεί παρόμοια νέα σχετικά με τον γειτονικό πλανήτη TRAPPIST-1 b, έναν άλλο πλανήτη στο σύστημα TRAPPIST-1. Το αμυδρό, κόκκινο αστέρι του φιλοξενεί επτά βραχώδεις κόσμους, μερικοί από τους οποίους βρίσκονται στην κατοικήσιμη ζώνη του, όπου θα μπορούσε να υπάρχει υγρό νερό στις επιφάνειές τους και να αναπτυχθεί εξωγήιη ζωή.
Το τι θα χρειαζόταν για να εντοπιστεί αυτή η ζωή, αν υπάρχει, δεν είναι μια νέα ερώτηση. Αλλά χάρη στο JWST, γίνεται επιτέλους πρακτικό. Τα επόμενα χρόνια, το τηλεσκόπιο θα μπορούσε να δει τις ατμόσφαιρες πολλών πολλά υποσχόμενων πλανητών που περιφέρονται γύρω από μακρινά αστέρια. Μέσα στη χημεία αυτών των ατμοσφαιρών μπορεί να είναι κρυμένες οι πρώτες νύξεις ζωής πέρα από το ηλιακό μας σύστημα. Αυτό, όμως, θέτει θεμελιώδες πρόβλημα: Τι χαρακτηρίζεται ως αληθινή χημική υπογραφή της ζωής; «Προσπαθούμε να πάρουμε πολύ λίγες πληροφορίες για έναν πλανήτη και να βγάλουμε ένα συμπέρασμα που είναι δυνητικά πολύ βαθύ – αλλάζοντας την άποψή μας για ολόκληρο το Σύμπαν», λέει ο πλανητολόγος Joshua Krissansen-Totton του Πανεπιστημίου της Ουάσιγκτον. Για να ανιχνεύσουν μια τέτοια βιουπογραφή, οι επιστήμονες πρέπει να βρουν έξυπνους τρόπους να εργαστούν με τις περιορισμένες πληροφορίες που μπορούν να συλλέξουν παρατηρώντας εξωπλανήτες.
Η ΧΗΜΕΙΑ ΣΤΟ ΠΡΟΣΚΗΝΙΟ
Ακόμη και τα πιο ισχυρά τηλεσκόπια, συμπεριλαμβανομένου του JWST, σχεδόν ποτέ δεν «βλέπουν» εξωπλανήτες – σε γενικές γραμμές, οι αστρονόμοι γνωρίζουν αυτούς τους μακρινούς κόσμους μόνο από το «τρεμόπαιγμα» του φωτός των μητρικών τους αστέρων. Αντί να βλέπουν απευθείας πλανήτες, οι αστρονόμοι στρέφουν τα τηλεσκόπια σε αστέρες και περιμένουν τους πλανήτες να «διέλθουν» μπροστά από το φωτεινό του δίσκο. Καθώς ένας πλανήτης διέρχεται, λίγο αστρικό φως φιλτράρεται περνώτας μέσα από την ατμόσφαιρα του πλανήτη και μειώνεται σε συγκεκριμένα μήκη κύματος, ανάλογα με τις χημικές ουσίες στην ατμόσφαιρα. Οι καταγραφές στο φάσμα του αστρικού φωτός είναι σαν ένας χημικός γραμμωτός κώδικας για τον πλανήτη που διέρχεται.
Ίσως ο πιο διαισθητικός τρόπος για να αναζητήσετε μια βιοϋπογραφή σε αυτόν τον γραμμωτό κώδικα είναι να τον ψάξετε για ένα αέριο που προφανώς παρήχθη από κάποια μορφή ζωής. Για ένα διάστημα, οι επιστήμονες πίστευαν ότι το οξυγόνο, το οποίο υπάρχει άφθονο στη Γη λόγω της φωτοσύνθεσης, χρησίμευε ως αυτόνομη βιοϋπογραφή. Αλλά το οξυγόνο μπορεί να προκύψει από άλλες διεργασίες: το ηλιακό φως θα μπορούσε να διασπάσει το νερό στην ατμόσφαιρα του πλανήτη, για παράδειγμα. Και αυτό το πρόβλημα δεν είναι μοναδικό για το οξυγόνο – τα περισσότερα από τα αέρια που παράγουν τα ζωντανά όντα μπορούν επίσης να προκύψουν χωρίς ζωή. Έτσι, αντί να αντιμετωπίζουν τα μεμονωμένα αέρια ως βιοϋπογραφές από μόνα τους, οι επιστήμονες σήμερα τείνουν να τα εξετάζουν στο γενικότερο πλαίσιο.
Το μεθάνιο, για παράδειγμα, μπορεί να παραχθεί τόσο με ζωή όσο και χωρίς ζωή. Δεν θα ήταν μια πειστική βιοϋπογραφή από μόνη της. Αλλά η εύρεση μεθανίου και οξυγόνου μαζί «θα ήταν εξαιρετικά συναρπαστική», λέει ο πλανητικός επιστήμονας Robin Wordsworth του Πανεπιστημίου Χάρβαρντ. Είναι πολύ δύσκολο να παραχθεί αυτός ο συνδυασμός χωρίς ζωή. Ομοίως, η εργασία του Krissansen-Totton και των συνεργατών του έδειξε πρόσφατα ότι η εύρεση μεθανίου μαζί με τις σωστές ποσότητες άλλων αερίων, όπως το διοξείδιο του άνθρακα, θα ήταν δύσκολο να εξηγηθεί χωρίς ζωή. Η παρακολούθηση του τρόπου με τον οποίο μια ατμόσφαιρα εξωπλανήτη αλλάζει με την πάροδο του χρόνου μπορεί επίσης να προσφέρει πολύτιμο πλαίσιο που θα μπορούσε να ενισχύσει τις κατά τα άλλα αδύναμες βιοϋπογραφές. Οι εποχικές διακυμάνσεις στη συγκέντρωση του όζοντος, για παράδειγμα, θα μπορούσαν να είναι ένα δακτυλικό αποτύπωμα ζωής, ανέφεραν επιστήμονες το 2018.
ΕΚΠΛΗΞΕΙΣ, ΟΧΙ ΥΠΟΘΕΣΕΙΣ
Φυσικά, «αν ψάχνετε για μεμονωμένα αέρια όπως το οξυγόνο ή το μεθάνιο, τότε ενσωματώνονται υποθέσεις σχετικά με το είδος της ζωής που υπάρχει αλλού», λέει ο Krissansen-Totton. Έτσι, ορισμένοι επιστήμονες αναπτύσσουν αγνωστικές βιογραφίες που δεν υποθέτουν ότι η βιοχημεία των εξωγήινων θα μοιάζει με τη βιοχημεία της Γης. Μια πιθανή αγνωστική βιοϋπογραφή είναι ο βαθμός χημικής «έκπληξης» μιας ατμόσφαιρας εξωπλανήτη – αυτό που οι επιστήμονες αποκαλούν χημική ανισορροπία.
Μια ατμόσφαιρα κοντά στην ισορροπία θα ήταν χημικά χωρίς ενδιαφέρον, λίγο σαν μια κλειστή φιάλη αερίου σε ένα εργαστήριο. Φυσικά, κανένας πλανήτης δεν είναι τόσο βαρετός όσο μια φιάλη εργαστηρίου. Οι χημικές αντιδράσεις στην ατμόσφαιρα ενός πλανήτη μπορούν να τροφοδοτούνται από τον αστέρα του, και γεωλογικές διεργασίες, όπως η ηφαιστειακή δραστηριότητα, που μπορούν να αυξήσουν την ανισορροπία και έτσι να αυξήσουν τη χημική έκπληξη της ατμόσφαιρας.
Η ζωή μπορεί επίσης να απομακρύνει τους πλανήτες από την ισορροπία. Και υποθέτοντας ότι η εξωγήινη ζωή παράγει αέρια κάποιου είδους, θα μπορούσαν να ωθήσουν την ατμόσφαιρα ενός πλανήτη πολύ πιο μακριά από την ισορροπία από ό,τι θα ήταν διαφορετικά. Ωστόσο, η ανισορροπία από μόνη της «δεν είναι ένας σαφής δείκτης», λέει ο Krissansen-Totton. Το 2016, αυτός και οι συνάδελφοί του υπολόγισαν τη θερμική ανισορροπία της ατμόσφαιρας κάθε πλανήτη στο ηλιακό μας σύστημα και του δορυφόρου του Κρόνου, Τιτάνα. Με αυτό το μέτρο, η ατμόσφαιρα της Γης ξεχώριζε ως ακραία – αλλά μόνο εάν οι ωκεανοί ήταν ενσωματωμένοι στους υπολογισμούς. Αγνοώντας τις αλληλεπιδράσεις της με τον ωκεανό, η ατμόσφαιρα της Γης είναι στην πραγματικότητα πιο κοντά στην ισορροπία απ΄ότι είναι η ατμόσφαιρα του Άρη.
Ακόμα, ακόμα κι αν δεν αναφέρεται στη βιολογία, η εύρεση μιας ατμόσφαιρας εξωπλανήτη μακριά από την ισορροπία θα έλεγε στους αστρονόμους ότι κάτι ενδιαφέρον συμβαίνει, λέει ο Krissansen-Totton, κάτι που «τροποποιεί την ατμόσφαιρα με δραματικό τρόπο που πρέπει να καταλάβουμε». Ο David Kinney, ένας φιλόσοφος της επιστήμης στο Πανεπιστήμιο Yale, συνεργάστηκε πρόσφατα με τον βιοφυσικό Chris Kempes του Ινστιτούτου Santa Fe για να αναπτύξει έναν νέο τρόπο ανίχνευσης πιθανών αγνωστικών βιοϋπογραφών. Είναι μια απατηλά απλή ιδέα: Για να βρείτε ζωή, αναζητήστε τους πιο περίεργους πλανήτες.
Εάν δεν γίνουν υποθέσεις για το πώς είναι η εξωγήινη ζωή, πρακτικά οποιοδήποτε αέριο θα μπορούσε να είναι μια βιοϋπογραφή στο σωστό πλαίσιο. Το 2016, η αστροφυσικός του MIT Sara Seager και οι συνεργάτες της πρότειναν μια λίστα με περίπου 14.000 μόρια που θα εξεταστούν ως πιθανές βιοϋπογραφές. Οι Kinney και Kempes ανέπτυξαν τη μέθοδο αξιολόγησής τους χρησιμοποιώντας αυτή τη λίστα ενώσεων, μαζί με μεθόδους εμπνευσμένες από αλγόριθμους μηχανικής μάθησης που έχουν σχεδιαστεί για να αναγνωρίζουν την περίεργη εικόνα σε ένα σύνολο. Αυτό οδήγησε σε έναν τρόπο να ορίσουμε με ακρίβεια και να βαθμολογήσουμε το «περίεργο» της ατμόσφαιρας ενός υποθετικού εξωπλανήτη σε σύγκριση με ένα σύνολο άλλων υποθετικών ατμοσφαιρών.
Οι Kinney και Kempes υποστηρίζουν ότι οι πιο περίεργες ατμόσφαιρες σε ένα σετ είναι οι πιο πιθανό να φιλοξενήσουν ζωή. Αυτό βασίζεται σε μερικές βασικές υποθέσεις: Η ζωή στο Σύμπαν είναι σπάνια, αφήνει ίχνη σε πλανητικές ατμόσφαιρες και είναι δύσκολο να μιμηθεί κανείς αυτά τα ίχνη χωρίς ζωή. Φυσικά, αυτές οι υποθέσεις μπορεί να αποδειχθούν ψευδείς, λέει ο Kinney. Αλλά «αν δεν θέλουμε να κάνουμε καθόλου υποθέσεις», προσθέτει, «τότε νομίζω ότι είναι πολύ δύσκολο να κάνουμε οποιοδήποτε είδος επιστημονικής προόδου, πόσο μάλλον στην περιοχή με τέτοια σοβαρή αβεβαιότητα όπως αυτή».
ΠΡΩΤΑ, ΚΑΤΑΝΟΗΣΕ ΤΗ ΜΗ ΖΩΗ
Για να μειωθεί αυτή η αβεβαιότητα, οι επιστήμονες θα πρέπει να είναι σε θέση να αποκλείουν με βεβαιότητα εξηγήσεις που δεν αφορούν τη ζωή για οποιαδήποτε πιθανή βιοϋπογραφή. Αυτό απαιτεί μια ενδελεχή κατανόηση της εξωγήινης γεωλογίας και της ατμοσφαιρικής χημείας. Έτσι, αντί να επικεντρωθούν στο αν ένας πλανήτης είναι κατοικήσιμος, ορισμένοι επιστήμονες υποστηρίζουν ότι η μελέτη προφανώς άψυχων πλανητών θα ενισχύσει την αναζήτηση εξωγήινης ζωής. «Υπάρχουν τόσα πολλά πραγματικά βασικά πράγματα που νομίζω ότι πρέπει να μάθουμε πρώτα για τους πλανήτες προτού καν αρχίσουμε να κάνουμε το ερώτημα της κατοικιμότητας», λέει η Laura Kreidberg του Ινστιτούτου Max Planck για την Αστρονομία στη Γερμανία, συν-συγγραφέας με τον Wordsworth σε μια επισκόπηση της αστρονομίας των βραχωδών εξωπλανητών, στην Ετήσια Επιθεώρηση Αστρονομίας και Αστροφυσικής 2022.
Ένα τεράστιο ερώτημα είναι εάν οι δυνητικά βραχώδεις πλανήτες που μπορεί να παρατηρήσει το JWST θα έχουν καθόλου ατμόσφαιρες. Οι μόνοι αστέρες των οποίων οι πλανήτες της κατοικήσιμης ζώνης βρίσκονται εντός της εμβέλειας του τηλεσκοπίου είναι οι κόκκινοι νάνοι, όπως το TRAPPIST-1. Αυτοί οι αστέρες έχουν μια άσχημη συνήθεια να εκπέμπουν σκληρή ακτινοβολία που πολλοί επιστήμονες πιστεύουν ότι θα αφαιρούσε αναπόφευκτα τις ατμόσφαιρες οποιωνδήποτε κατοικήσιμων πλανητών, κάτι που θα μπορούσε να εξηγήσει τις ελάχιστες ή ανύπαρκτες ατμόσφαιρες των TRAPPIST-1 b και TRAPPIST-1 c.
Οι κόκκινοι νάνοι αστέρες τυχαίνει να είναι και οι πιο συνηθισμένοι στον Γαλαξία μας – επομένως, εάν οι βραχώδεις πλανήτες τους δεν μπορούν να κρατήσουν ατμόσφαιρες, αυτό θα μειώσει ουσιαστικά τον αριθμό των δυνητικά κατοικήσιμων κόσμων. Εάν μπορούμε να παρατηρήσουμε αρκετούς βραχώδεις εξωπλανήτες, «θα είμαστε σε πολύ, πολύ πιο δυνατό μέρος για να καταλάβουμε τι σημαίνει βιοϋπογραφή», λέει ο Wordsworth. «Ένα πραγματικά ισχυρό πράγμα που μας δίνουν οι εξωπλανήτες είναι οι στατιστικές».
Η λέξη «βιολογική υπογραφή» μπορεί να παραπέμπει σε όπλο που καπνίζει. Όμως, λέει ο Krissansen-Totton, «η ανακάλυψη ζωής σε εξωπλανήτες θα είναι μια σταδιακή συσσώρευση αποδεικτικών στοιχείων». Καθώς αυτά τα στοιχεία συνεχίζουν να κυκλοφορούν, οι επιστήμονες μπορούν να αρχίσουν να δοκιμάζουν τις υποθέσεις τους για τους βραχώδεις πλανήτες με αυστηρό τρόπο και ίσως να τους επαναξιολογούν. «Η αστρονομία είναι, στην καρδιά της, μια τέτοια επιστήμη ανακάλυψης», λέει ο Kreidberg. «Για όλα τα καλύτερα σχεδιασμένα σχέδια, πλαίσια και συστήματα, μόλις αρχίσουμε να λαμβάνουμε δεδομένα και να παρατηρούμε πράγματα, όλα ανατρέπονται».
