Μια νέα ιδέα διαστημικής αποστολής που θα έβλεπε έναν στόλο τηλεσκοπίων να διερευνά βραχώδεις πλανήτες στις κατοικήσιμες ζώνες των αστέρων τους θα μπορούσε να μας πει πόσο κοινή είναι η ζωή στο σύμπαν — ακόμα κι αν η αποστολή δεν βρει καθόλου ζωή. «Μια απλή θετική ανίχνευση θα άλλαζε τα πάντα», δήλωσε ο αστρονόμος Daniel Angerhausen του ETH Ζυρίχης στην Ελβετία σε μια δήλωση. «Αλλά ακόμα κι αν δεν ανιχνεύσουμε ζωή, θα ποσοτικοποιήσουμε πόσο σπάνιοι – ή συνηθισμένοι – μπορεί να είναι πραγματικά οι πλανήτες με ανιχνεύσιμες βιοϋπογραφές». Το LIFE, το Μεγάλο Συμβολόμετρο για Εξωπλανήτες, είναι μια πρόταση για μια νέα φιλόδοξη αποστολή που έχει σχεδιαστεί για να αποκαλύψει πόσους πλανήτες που μοιάζουν με τη Γη εκεί έξω κατοικούνται από κάποια μορφή ζωής.
Το σχέδιο έχει ως εξής. Με επικεφαλής τους αστρονόμους του ETH της Ζυρίχης, η ιδέα της αποστολής προτείνει τέσσερα διαστημικά τηλεσκόπια να πετούν σε σχηματισμό γύρω από ένα κεντρικό διαστημόπλοιο που θα ενεργεί ως «συντονιστής-συνδυαστής». Η ιδέα είναι ότι τα τέσσερα διαστημικά τηλεσκόπια θα «πετούν» σε απόσταση δεκάδων έως εκατοντάδων μέτρων μεταξύ τους και θα λειτουργούν συλλογικά ως συμβολόμετρο, που σημαίνει ότι θα συνδύαζαν τις ανιχνεύσεις φωτός τους τροφοδοτώντας σήματα στο κεντρικό διαστημόπλοιοσυνδυαστή. Επιπλέον, για να αποκλείσουν το φως ενός άστρου, ώστε το LIFE να μπορεί να ανιχνεύσει εξωπλανήτες σε τροχιά γύρω του, τα τηλεσκόπια θα χρησιμοποιοιούν μια τεχνική γνωστή ως “μηδενική συμβολομετρία”, όπου το φως του άστρου συνδυάζεται “εκτός φάσης”. Αυτό θα επέτρεπε σε αυτό που είναι γνωστό ως «καταστροφική παρεμβολή» να ακυρώσει αυτό το φως, αφήνοντας πίσω μόνο το φως που εκπέμπεται από πλανήτες σε τροχιά γύρω από το μητρικό άστρο.
Το LIFE δεν θα μπορεί να απεικονίσει απευθείας εξωπλανήτες, αλλά παρατηρώντας στο μεσαίο υπέρυθρο θα μπορεί να μετρήσει φασματοσκοπικά το φως τους και να αποκαλύψει ποια μόρια υπάρχουν στην ατμόσφαιρά τους (αν έχουν). Το LIFE θα στοχεύσει δεκάδες πλανήτες στο μέγεθος της Γης στην κατοικήσιμη ζώνη των αστέρων τους, με την ελπίδα να βρει βιοϋπογραφές, που είναι ατμοσφαιρικά αέρια που παράγονται ή διατηρούνται σε ισορροπία από τη ζωή. Το οξυγόνο και οι υδρατμοί είναι οι πιο προφανείς από αυτές τις βιοϋπογραφές, αλλά άλλες περιλαμβάνουν το όζον, το μεθάνιο, το υποξείδιο του αζώτου, το διμεθυλοσουλφίδιο και τη φωσφίνη, για να αναφέρουμε μερικά.
Επί του παρόντος, ωστόσο, το LIFE είναι απλώς ένα σχέδιο. Δεν έχει ακόμη υιοθετηθεί από διαστημική υπηρεσία. Ωστόσο, ο Angerhausen και οι συνεργάτες του στο ETH Zurich θέλησαν να μάθουν πόσα θα μπορούσε να μας πει το LIFE, ακόμα κι αν δεν κατάφερνε να βρει βιοϋπογραφές. Τι θα σήμαινε ένα αρνητικό ή μηδενικό αποτέλεσμα σχετικά με τη συχνότητα των κατοικημένων πλανητών στον γαλαξία; Για αυτό, στράφηκαν στα στατιστικά στοιχεία.
Η ομάδα χρησιμοποίησε ένα Bayesian στατιστικό μοντέλο για να βρει τον μικρότερο αριθμό εξωπλανητών που θα χρειαζόταν να παρατηρήσει το LIFE για να δώσει μια σταθερή απάντηση σχετικά με το πόσο συνηθισμένοι είναι οι κατοικημένοι κόσμοι. Οι στατιστικές Bayes έχουν να κάνουν με την εύρεση της πιθανότητας ενός αποτελέσματος με βάση άλλες πιθανότητες που ήδη γνωρίζουμε (αυτές περιγράφονται ως “προηγούμενες”). Οι στατιστικές Bayes περιγράφουν το επίπεδο εμπιστοσύνης ή πεποίθησης που έχουμε ότι ένα γεγονός θα συμβεί με βάση αυτά που γνωρίζουμε για μια συγκεκριμένη κατάσταση.
Για ένα απλό παράδειγμα, ας υποθέσουμε ότι ακούτε ένα δυνατό κρότο. Ήταν βροντή; Ίσως ένα πυροτέχνημα; Η στατιστική Bayes επιτρέπει να συνάγετε την απάντηση με βάση τις πιθανότητες των προηγούμενων, όπως το να γνωρίζετε εάν πυροτεχνήματα πυροδοτούνται συνήθως σε συγκεκριμένες περιόδους του χρόνου (όπως την Παραμονή της Πρωτοχρονιάς, την τέταρτη Ιουλίου στις Ηνωμένες Πολιτείες και το Bonfire Night στο Ηνωμένο Βασίλειο) ή αν ο καιρός έχει προβλεφθεί θυελλώδης. Με βάση αυτά τα προηγούμενα, η στατιστική Bayes επιτρέπει να ποσοτικοποιήσετε την πεποίθησή σας για το αν ήταν βροντή ή πυροτέχνημα.
Σε αντίθεση με τη στατιστική Bayes, ένας εναλλακτικός τρόπος εξέτασης των πιθανοτήτων είναι η «στατιστική συχνότητας». Όπως υποδηλώνει το όνομα, αυτή περιγράφει την πιθανότητα ενός αποτελέσματος με βάση τη συχνότητα αυτού του συμβάντος που συμβαίνει μετά από πολλές δοκιμές. Σε αντίθεση με τις στατιστικές Bayes, οι στατιστικές συχνοτήτων δεν ασχολούνται με τα προηγούμενα. Όταν πετάτε ένα κέρμα, τα στατιστικά στοιχεία των συχνοτήτων δεν ανησυχούν για το αν οι προηγούμενες τέσσερις ρίψεις έχουν δείξει κορόνα. Υποθέτοντας ένα αμερόληπτο νόμισμα, οι πιθανότητες να δείξει κορόνα ή γράμματα είναι πάντα 50%, και σε έναν αρκετά υψηλό αριθμό δοκιμών αυτή η πιθανότητα 50% θα φαινόταν άμεσα εμφανής στα δεδομένα.
Ας έρθουμε στο αρχικό ερώτημα: πόσους πλανήτες θα μπορούσε να παρατηρήσει το LIFE και να μην βρει καμία βιοϋπογραφή προτού οι αστρονόμοι αρχίσουν να εξάγουν συμπεράσματα σχετικά με την επικράτηση της ζωής στον γαλαξία; Μέσω της χρήσης των Bayesian στατιστικών, η ομάδα του Angerhausen διαπίστωσε ότι θα πρέπει να παρατηρηθούν μεταξύ 40 και 80 εξωπλανήτες χωρίς ανιχνεύσιμες βιοϋπογραφές για να καταλήξει με βεβαιότητα ότι λιγότερο από το 10 έως 20% των παρόμοιων πλανητών στο σύμπαν έχουν ζωή. Η έρευνα τόσο πολλών εξωπλανητών είναι εντός των προγραμματισμένων ικανοτήτων του LIFE.
Εάν το LIFE δεν εντοπίσει βιοϋπογραφές στο δείγμα πλανητών του, δεν μπορεί να συμπεράνει ότι δεν υπάρχει ζωή πουθενά, αλλά μπορεί να θέσει ένα μέγιστο όριο στο πόσοι πλανήτες στον γαλαξία έχουν ζωή. Και, καθώς το μέγεθος του δείγματος αυξάνεται, εάν συνεχίσει να μην υπάρχει ανίχνευση, τότε αυτός ο μέγιστος αριθμός θα μειωνόταν περαιτέρω. Με άλλα λόγια, το LIFE θα μπορούσε να μας πει αν οι κατοικημένοι πλανήτες είναι σπάνιοι ή όχι.
Ωστόσο, θα υπάρξουν αβεβαιότητες. Ίσως να χαθεί μια βιοϋπογραφή — σε τελική ανάλυση, μερικά από αυτά τα αέρια δεν είναι εύκολο να εντοπιστούν. Ή ίσως κάποιοι πλανήτες θα συμπεριληφθούν κατά λάθος στο δείγμα των δυνητικά κατοικήσιμων πλανητών όταν, στην πραγματικότητα, δεν ανταποκρίνονται στις απαιτήσεις για να θεωρηθούν δυνητικά κατοικήσιμοι εξαρχής. Και πάλι, αυτό θα μπορούσε να συμβεί επειδή οι παρατηρήσεις είναι δύσκολες. «Δεν έχει να κάνει μόνο με το πόσους πλανήτες παρατηρούμε, αλλά με το να κάνουμε τις σωστές ερωτήσεις και πόσο σίγουροι μπορούμε να είμαστε στο να δούμε ή να μην δούμε αυτό που ψάχνουμε», είπε ο Angerhausen. «Αν δεν είμαστε προσεκτικοί και έχουμε υπερβολική εμπιστοσύνη στις ικανότητές μας να αναγνωρίσουμε τη ζωή, ακόμη και μια μεγάλη έρευνα θα μπορούσε να οδηγήσει σε παραπλανητικά αποτελέσματα».
Για να ελέγξουν το συμπέρασμά τους, ο Angerhausen και οι συνεργάτες του εφάρμοσαν επίσης στατιστικές συχνότητας στο πρόβλημα. Βρήκαν τα αποτελέσματα παρόμοια. «Ελαφρές παραλλαγές στους επιστημονικούς στόχους μιας έρευνας μπορεί να απαιτούν διαφορετικές στατιστικές μεθόδους για να παρέχουν μια αξιόπιστη και ακριβή απάντηση», δήλωσε η Emily Garvin, Ph.D. φοιτήτρια στο ETH Ζυρίχης. «Θέλαμε να δείξουμε πώς οι διαφορετικές προσεγγίσεις παρέχουν μια συμπληρωματική κατανόηση του ίδιου συνόλου δεδομένων και με αυτόν τον τρόπο παρουσιάζουμε έναν οδικό χάρτη για την υιοθέτηση διαφορετικών πλαισίων».
Με τύχη, εάν η αποστολή LIFE ή κάτι παρόμοιο πραγματοποιηθεί κάποτε, θα βρει έναν πλανήτη, ή πλανήτες, με ζωή κάποιας ποικιλίας. Αλλά ακόμα κι αν δεν το κάνει, τα αποτελέσματα θα μπορούσαν να είναι σημαντικά και να μας φέρουν ένα τεράστιο άλμα πιο κοντά στην κατανόηση της θέσης μας στο Σύμπαν.
Η μελέτη δημοσιεύτηκε στις 7 Απριλίου στο περιοδικό The Astronomical Journal.
