Ένα από τα μεγαλύτερα διαχρονικά ερωτήματα της ανθρωπότητας είναι: «Είμαστε μόνοι στο Σύμπαν;». Για σχεδόν μισό αιώνα, οι αστρονόμοι έψαχναν για μηνύματα από εξωγήινη νοημοσύνη που μπορεί να φτάσουν στη Γη. Πολλοί άλλοι αστρονόμοι ελπίζουν να απαντήσουν σε αυτό το ερώτημα κάνοντας λεπτομερείς παρατηρήσεις εξωπλανητών: πλανήτες που περιφέρονται γύρω από μακρινούς αστέρες. Αλλά πώς μπορούν οι αστρονόμοι να ελπίζουν να απαντήσουν σε αυτό το είδος ερώτησης παρατηρώντας πλανήτες που δεν θα επισκεφθούν ποτέ; Και πώς (ή, πότε) θα ξέρουμε εάν ένας ισχυρισμός για σημάδι ζωής είναι πιστευτός;
Αναζητώντας σημάδια ζωής στο φως
Τον περασμένο αιώνα, οι αστρονόμοι χρησιμοποίησαν τη φασματοσκοπία για να μάθουν περισσότερα για τους αστέρες, τους γαλαξίες, τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες και τους πλανήτες στο δικό μας Ηλιακό Σύστημα. Μόνο τις τελευταίες δύο δεκαετίες, με ισχυρά νέα τηλεσκόπια, κάμερες και υπολογιστές, επιτύχαμε τελικά την απαραίτητη ακρίβεια για τη μέτρηση των φασμάτων των εξωπλανητών. Το πρώτο φάσμα ενός εξωπλανήτη, που δημοσιεύτηκε το 2002, λήφθηκε χρησιμοποιώντας το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble και έδειξε στοιχεία εξατμισμένου νατρίου στην ατμόσφαιρα του εξωπλανήτη HD 209458 b.
Υπάρχουν μεγάλες προοπτικές τις επόμενες δεκαετίες να παρατηρήσουμε τα φάσματα των εξωπλανητών και να αναζητήσουμε πιθανές «βιοϋγραφές». Οι βιοϋπογραφές είναι οι φασματικοί δείκτες των μορίων που μπορεί να είναι απαραίτητοι για ή να παράγονται από τη ζωή, όπως τη γνωρίζουμε. Υπάρχουν τρεις τρόποι για να μετρήσουμε το φάσμα ενός πλανήτη: 1) να αναζητήσουμε φως που προέρχεται από την επιφάνεια ή την ατμόσφαιρα του πλανήτη (φασματοσκοπία ανάκλασης), 2) να παρατηρήσουμε το φως που παράγεται από τη θερμότητα του ίδιου του πλανήτη (φασματοσκοπία θερμικής εκπομπής) ή 3) να παρατηρήσουμε το (αστρικό) φως που διέρχεται μέσα από την ατμόσφαιρα του πλανήτη (φασματοσκοπία διάβασης).
Νέες τεχνολογίες για να δούμε εξωπλανήτες
Η άμεση απεικόνιση εξωπλανητών, η οποία περιλαμβάνει τον αποκλεισμό του φωτός από έναν λαμπρό αστέρα και την καταγραφή του φωτός από έναν κοντινό, πιο αμυδρό πλανήτη, είναι μια εξαιρετική οδός τόσο για φασματοσκοπία ανάκλασης όσο και για φασματοσκοπία θερμικής εκπομπής. Με τον αστέρα εκτός εικόνας, οι αστρονόμοι μπορούν να μετρήσουν πόσο ζεστή και πυκνή είναι η ατμόσφαιρα ενός πλανήτη και να πουν ποια μόρια υπάρχουν. Πρόσφατα, το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) έδειξε την εξαιρετική του ακρίβεια με αυτήν την τεχνική, παρατηρώντας αμμώδη σύννεφα στην ατμόσφαιρα ενός παράξενου γιγάντιου πλανήτη αερίου και ανιχνεύοντας θερμό μονοξείδιο του άνθρακα και μόρια νερού σε πολύχρωμες εικόνες ενός άλλου γιγάντιου πλανήτη αερίου. . Ωστόσο, το JWST είναι σε θέση να απεικονίσει μόνο γιγάντιους πλανήτες αερίου.
Το επόμενο εμβληματικό διαστημικό τηλεσκόπιο της NASA, το Habitable Worlds Obsrvatory (HWO) θα επιδιώξει να απεικονίσει απευθείας πλανήτες που μοιάζουν με τη Γη στη δεκαετία του 2050. Η εντυπωσιακή ιδέα της αποστολής ελπίζει να παρατηρήσει υπογραφές οξυγόνου, υδρατμών, διοξειδίου του άνθρακα και όζοντος. Το οξυγόνο και το όζον παράγονται και συντηρούν τη ζωή στη Γη, επομένως είναι υποψήφια για φυσικές υπογραφές, αλλά ορισμένοι αστρονόμοι ανησυχούν ότι το οξυγόνο σε άλλους πλανήτες θα μπορούσε να παραχθεί από πολύπλοκες, αλλά «αβιοτικές» χημικές αλληλεπιδράσεις, επίσης. Ακόμα κι αν ανιχνευθεί οξυγόνο στο φάσμα ενός απευθείας απεικονιζόμενου πλανήτη, πιθανότατα θα χρειαστούν πολλές γραμμές αποδείξεων (ανίχνευση πολλαπλών μορίων και μοντελοποίηση από όπου προέρχονται), για να αποκλειστούν τυχόν ψευδώς θετικά στοιχεία.
Οι προοπτικές παρατήρησης βιοϋπογραφών βραχυπρόθεσμα ενδέχεται να βελτιωθούν με τη χρήση της φασματοσκοπίας διάβασης. Αυτή η τεχνική είναι κυρίαρχη στην επιστήμη των εξωπλανητικών ατμοσφαιρών τις τελευταίες δύο δεκαετίες, επειδή η άμεση απεικόνιση εξωπλανητών είναι τόσο δύσκολη. Δυστυχώς, δεν γνωρίζουμε ακόμη εξωπλανήτες διδύμους της Γης. Ακόμη και μετά από αποστολές, όπως το Kepler και το TESS, δεν μπορέσαμε να κοιτάξουμε αρκετούς αστέρες για αρκετό καιρό με αρκετή ευαισθησία για να διακρίνουμε αυτά τα μικροσκοπικά σήματα. Οι διερχόμενοι (μπροστά από τους μητρικούς τους αστέρες) πλανήτες που περιφέρονται στην κατοικήσιμη ζώνη του άστρου τους (όπου θα μπορούσε να διατηρηθεί το επιφανειακό υγρό νερό) είναι όλοι κλειδωμένοι παλιρροιακά σε στενές τροχιές γύρω από αμυδρούς, κόκκινους νάνους αστέρες. Ανάλογα με το ποιον ρωτάτε, αυτά μπορεί να είναι καλά ή (πολύ) άσχημα νέα για το κυνήγι σημείων ζωής.
Οι αστρονόμοι έχουν χρησιμοποιήσει το JWST για να θέσουν ισχυρά ανώτερα όρια στο μέγεθος και τη σύνθεση της ατμόσφαιρας των βραχωδών πλανητών που διέρχονται μπροστά από αστέρες κόκκινους νάνους, όπως το LHS 475 b, το GJ 486 b και πρόσφατα το TRAPPIST 1 b. Αλλά το JWST δεν έχει ανιχνεύσει πειστικά ατμόσφαιρες σε αυτούς τους βραχώδεις πλανήτες, επειδή αυτοί οι κόκκινοι νάνοι αστέρες μπορούν επίσης να έχουν ατμοποιημένο νερό στις δικές τους ατμόσφαιρες που μπορούν να μιμηθούν ένα πλανητικό φασματικό σήμα. Για να αντιμετωπιστεί αυτό, οι αστρονόμοι θα πρέπει να μάθουν πολλά περισσότερα για αυτούς τους παράξενους αστέρες, προτού μπορέσουν να μελετήσουν τα φάσματα των πλανητών τους.
Ακόμη και τότε, για να ανιχνεύσουν πειστικά πολλές βιοϋπογραφές με την τεχνική της διάβασης, οι αστρονόμοι θα πρέπει να χρησιμοποιήσουν ένα παράξενο κλάσμα του χρόνου παρατήρησης στο JWST, χωρίς εγγύηση επιτυχίας. Οι αισιόδοξες εκτιμήσεις υποδεικνύουν ότι δέκα ή περισσότερες διαβάσεις ενός πλανήτη θα πρέπει να αρκούν (μια εβδομάδα ή περισσότερες παρατηρήσεις, κατανεμημένες σε χρόνια), αλλά ρεαλιστικές ή απαισιόδοξες εκτιμήσεις μπορεί να κυμαίνονται από είκοσι έως εκατοντάδες διελεύσεις (καθεμία από τις οποίες διαρκεί πολλές ώρες). Με τόση εφικτή, πρωτοποριακή αστρονομία που πρέπει να γίνει με το JWST, η πιθανότητα το τηλεσκόπιο να είναι σε θέση να αφιερώσει αρκετό χρόνο για να βρει πειστικά σημάδια ζωής φαίνεται πολύ μικρή.
Μια ευκαιρία ζωής σε αέριους κόσμους
Ωστόσο, τα σημάδια ζωής μπορεί να μην υποβιβάζονται σε πλανήτες στο μέγεθος της Γης. Για μερικά χρόνια ορισμένοι αστρονόμοι έχουν προτείνει ότι οι λεγόμενοι «μίνι-Ποσειδώνες», με μάζες πολλαπλάσιες της Γης, θα μπορούσαν να έχουν μεγάλους ωκεανούς κρυμμένους κάτω από φουσκωμένες ατμόσφαιρες υδρογόνου και ηλίου. Το μεγάλο πρόβλημα είναι ότι οι αστρονόμοι δεν έχουν ακόμη αρκετά ακριβείς μετρήσεις ή αρκετά αυστηρά μοντέλα, για να αποδείξουν οριστικά από τι αποτελείται το εσωτερικό ενός μίνι Ποσειδώνα. Και με όλη την αβεβαιότητα που περιβάλλει τη γέννηση και την εξέλιξη της ζωής σε βραχώδεις πλανήτες, υπάρχουν ακόμη περισσότερα που δεν γνωρίζουμε για το πώς θα μπορούσε να προκύψει η ζωή σε έναν τεράστιο ωκεανό υψηλής πίεσης.
Αν και είναι πολύ αβέβαιη, αυτή η πρόκληση είναι δελεαστική, επειδή οι φουσκωμένες ατμόσφαιρες των μίνι Ποσειδώνων, όπου κυριαρχούν το υδρογόνο και το ήλιο, είναι πολύ πιο εύκολο να παρατηρηθούν με φασματοσκοπία διάβασης από τις λεπτές, πυκνές σε οξυγόνο και άνθρακα ατμόσφαιρες των επίγειων πλανητών. Μέσα σε αυτή τη σούπα υδρογόνου και ηλίου, είναι πιθανό οι υδρατμοί, το μεθάνιο, το διοξείδιο του άνθρακα, ακόμη και τα αέρια βιοϋπογραφής να επιπλέουν αρκετά ψηλά ώστε να ανιχνευθούν με πιο λογικά προγράμματα παρατήρησης.
Καλλιτεχνική αναπαράσταση του εξωπλανήτη K2-18 b με βάση επιστημονικά δεδομένα. Image: NASA / CSA / ESA / J. Olmsted (STScI) / Science: N. Madhusudhan (Cambridge University)
Μια ομάδα αστρονόμων χρησιμοποίησε πρόσφατα το JWST για να παρατηρήσει το φάσμα διάβασης του mini-Neptune K2-18 b. Το φάσμα του, αν και με αρκετό θόρυβο, έδειξε υπογραφές μεθανίου και διοξειδίου του άνθρακα, μια εντυπωσιακή πρώτη για τις μελέτες ατμοσφαιρών μίνι-Ποσειδώνα. Η παρατήρηση αυτών των μορίων, με προσεκτική εξέταση και πρόσθετη, αυστηρή μοντελοποίηση, θα μπορούσε να αρχίσει να υποστηρίξει την υπόθεση της επιφάνειας των ωκεανών μίνι-Ποσειδώνα.
Δυστυχώς, η εργασία των αστρονόμων θεωρήθηκε από πολλούς αστρονόμους ότι βιάστηκε να βγάλει συμπεράσματα. Ισχυρίστηκε με αμφισβήτηση την «ανίχνευση» του διμεθυλοσουλφιδίου (DMS), ενός μορίου που, στη Γη, παράγεται από τη ζωή. Το DMS δεν παράγει ένα ξεχωριστό φασματικό χαρακτηριστικό στα δεδομένα τους, όπως το διοξείδιο του άνθρακα ή το μεθάνιο, αλλά τα μοντέλα τους για την ατμόσφαιρα του πλανήτη επιτρέπουν DMS και μερικές φορές τα μοντέλα τους με περισσότερο DMS φαίνεται να ταιριάζουν καλά με τα δεδομένα. Στην πραγματικότητα, τα «θορυβώδη» δεδομένα τους είναι πιθανό να υπερκαλύπτονται από το DMS, καθώς το φάσμα μπορεί να εξηγηθεί εξίσου εύκολα χωρίς DMS όπως και με αυτό.
Αυτός ο ισχυρισμός είχε ως αποτέλεσμα τους τίτλους κάποιων εφημερίδων, με πιο προκλητικούς τους «Η NASA λέει ότι πλανήτης 8,6 φορές μεγαλύτερος από τη Γη θα μπορούσε να υποστηρίξει ζωή» και «Πιθανές ενδείξεις ζωής σε μακρινό πλανήτη». Όπως είπε η αναπληρώτρια καθηγήτρια στην Ιαπωνική Υπηρεσία Αεροδιαστημικής Εξερεύνησης (JAXA), η Elizabeth Tasker, «Δεν έχουμε ανακαλύψει ζωή στο K2-18 b… Το μόνο που μπορούμε να πούμε είναι ότι ο πλανήτης δεν… δεν έχει… ωκεανό».
Στο εγγύς μέλλον, οι παρατηρήσεις του JWST των φασμάτων διάβασης των μίνι Ποσειδώνων με τους ωκεανούς της επιφάνειας θα μπορούσαν να αποτελέσουν συναρπαστικές δοκιμές για υποθέσεις σχετικά με τη ζωή στο Σύμπαν… ή θα μπορούσαν να γίνουν μια άλλη περίπτωση αστρονομικού δολώματος. Ενώ το JWST συνεχίζει να κάνει βήματα προς πιο ακριβείς παρατηρήσεις βραχωδών πλανητών γύρω από κόκκινους νάνους, οι αστρονόμοι θα χρειαστεί να αντιμετωπίσουν τα “μολυσματικά” σήματα από αυτούς τους αστέρες πριν γίνουν πιστευτοί οι ισχυρισμοί για νερό ή ζωή. Μακροπρόθεσμα, ωστόσο, όλα αυτά τα φάσματα διάβασης μπορεί να επισκιαστούν με απευθείας απεικόνιση με το HWO και τις μετρήσεις του οξυγόνου σε βραχώδεις πλανήτες που περιφέρονται γύρω από αστέρες που μοιάζουν με τον Ήλιο.
Περισσότερα εδώ
