Η ανακάλυψη ενός ζωντανού κόσμου γύρω από έναν άλλο αστέρα δεν θα είναι εύκολη υπόθεση, ανεξάρτητα από το πόσο εξελιγμένη είναι η επόμενη γενιά των γήινων και διαστημικών τηλεσκοπίων. Είναι άλλο πράγμα να αναπτύσσουμε τα εργαλεία για να αρχίσουμε να διερευνούμε την ατμόσφαιρα ενός εξωπλανήτη, και εντελώς άλλο να μπορούμε να πούμε με οποιονδήποτε βαθμό σιγουριάς ότι το αποτέλεσμα που βλέπουμε είναι το αποτέλεσμα της βιολογίας. Όταν αρχίσουμε να συλλέγουμε ένα ενδιαφέρον αέριο όπως το μεθάνιο, θα χρειαστεί να αξιολογήσουμε το εύρημα σε σχέση με άλλα ατμοσφαιρικά συστατικά και τα επιχειρήματα θα φουντώσουν για μη βιολογικές πηγές σχετικά με το τι θα μπορούσε να είναι βιοϋπογραφή.
Αυτό θα αρχίσει να παρουσιάζεται καθώς το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) θα «στρέφει το βλέμμα του» στους εξωπλανήτες, και το μεθάνιο θα είναι ένα πιθανό σημάδι ζωής που θα πρέπει να βρίσκεται εντός της εμβέλειάς του. Γνωρίζουμε ότι το οξυγόνο, το όζον, το μεθάνιο και το διοξείδιο του άνθρακα παράγονται μέσω της βιολογικής δραστηριότητας στη Γη, και γνωρίζουμε επίσης ότι το καθένα μπορεί να παραχθεί με απουσία ζωής. Η ταυτόχρονη παρουσία τέτοιων αερίων είναι αυτό που θα μας «ιντριγκάρει» περισσότερο, αλλά ο πρώτος γύρος ανίχνευσης βιοϋπογραφής θα είναι το μεθάνιο. Είναι γνωστό ότι το οξυγόνο αναφέρεται συχνά ως μία από τις καλύτερες βιοϋπογραφές, αλλά πιθανότατα θα είναι δύσκολο να εντοπιστεί με το JWST. Αν ανακαλυφθεί ένας βραχώδης πλανήτης με μεθάνιο, ξέρουμε ποιες άλλες παρατηρήσεις χρειάζονται για να είναι αυτό μια πειστική βιοϋπογραφή.
Το πρόβλημα της ερμηνείας των σχετικών παρατηρήσεων είναι τεράστιο, δεδομένου του πόσο πολλές είναι οι πηγές μεθανίου, όπως είναι: ηφαιστειακή δραστηριότητα, υδροθερμικές οπές, ζώνες τεκτονικής καταβύθισης έως κρούσεις αστεροειδών ή κομητών. Υπάρχουν πολλοί τρόποι παραγωγής μεθανίου, αλλά επειδή είναι ασταθές σε μια ατμόσφαιρα και καταστρέφεται εύκολα από φωτοχημικές αντιδράσεις, χρειάζεται αναπλήρωση για να παραμείνει σε υψηλά επίπεδα. Έτσι, οι ερευνητές αναζητούν ενδείξεις για το πώς λειτουργεί αυτή η αναπλήρωση και πώς να διακρίνουν αυτές τις διαδικασίες από τα σημάδια της ζωής.
Οι τρέχουσες μέθοδοι για τη μελέτη της ατμόσφαιρας των εξωπλανητών βασίζονται στην ανάλυση του φωτός του μητρικού αστέρα κατά τη διάρκεια μιας διάβασης του πλανήτη μπροστά από το δίσκο του αστέρα. Ο πλανήτης απορροφά μέρος του αστρικού φωτός σε συγκεκριμένα μήκη κύματος που αντιστοιχούν σε ορισμένα χημικά στοιχεία τα οποία υπάρχουν στην ατμόσφαιρα του πλανήτη. Για να γίνει η μελέτη της χημικής σύνθεσης της ατμόσφαιρας του πλανήτη, χρειαζόμαστε σχετικά «ήσυχους» αστέρες με μικρή δραστηριότητα εκλάμψεων. Οι νάνοι αστέρες φασματικού τύπου Μ είναι εξαιρετικοί στόχοι για αυτό το είδος εργασίας λόγω του μικρού τους μεγέθους, έτσι ώστε το βάθος της διάβασης ενός βραχώδους πλανήτη στην κατοικήσιμη ζώνη να είναι σχετικά μεγάλο και το σήμα ισχυρότερο. Είναι επίσης χρήσιμο ότι οι μικροί κόκκινοι αστέρες αντιπροσωπεύουν έως και το 80% όλων των αστέρων στον γαλαξία.
Ένας μικρός, βραχώδης κόσμος στην κατοικήσιμη ζώνη ενός αστέρα θα πρέπει να αξιολογηθεί ως προς τη γεωχημεία και τις γεωλογικές διεργασίες του, για να μην αναφέρουμε τις αλληλεπιδράσεις του με τον αστέρα του. Εάν βρεθεί εδώ το ατμοσφαιρικό μεθάνιο, θα είναι πιο πιθανό να είναι ένδειξη ζωής, εάν η ατμόσφαιρα εμφανίζει επίσης διοξείδιο του άνθρακα και το μεθάνιο είναι πιο άφθονο από το μονοξείδιο του άνθρακα και ο πλανήτης δεν είναι εξαιρετικά πλούσιος σε νερό. Η νέα μελέτη είναι μια προσπάθεια δημιουργίας ενός πλαισίου για τη διάκριση όχι μόνο των ψευδών θετικών στοιχείων, αλλά και για τον εντοπισμό πραγματικών βιοϋπογραφών που μπορεί να είναι εύκολο να παραβλεφθούν. Κάτι που κάνει τη διαδικασία ακόμη πιο περίπλοκη είναι το γεγονός ότι το εύρος της παραγωγής αβιοτικού μεθανίου σε πλανητική κλίμακα δεν είναι πλήρως κατανοητό. Ακόμα κι έτσι, οι συγγραφείς υποστηρίζουν ότι ενώ διάφοροι αβιοτικοί μηχανισμοί μπορούν να αναπληρώσουν το μεθάνιο, είναι δύσκολο να παραχθεί μια ροή μεθανίου συγκρίσιμη με τη βιογενή ροή στη Γη, χωρίς να δημιουργηθούν ενδείξεις που σηματοδοτούν ένα ψευδώς θετικό αποτέλεσμα.
Ας θυμηθούμε επίσης ότι κατά την αναζήτηση βιουπογραφών, οι όροι όπως «όμοιοι με τη Γη» είναι εύκολο να χρησιμοποιηθούν κατά λάθος. Η σημερινή ατμόσφαιρα της Γης είναι ένα μείγμα αζώτου, οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα, αλλά γνωρίζουμε ότι με την πάροδο του γεωλογικού χρόνου, η ατμόσφαιρα έχει αλλάξει βαθιά. Η πρώιμη Γη θα ήταν καλυμμένη με υδρογόνο και ήλιο, με ηφαιστειακές εκρήξεις που παράγουν διοξείδιο του άνθρακα, υδρατμούς και θείο. Το γεγονός οξυγόνωσης που συνέβη πριν από δυόμισι δισεκατομμύρια χρόνια ανέβασε τα επίπεδα οξυγόνου. Πρέπει επομένως να θυμόμαστε πού μπορεί να βρίσκεται ένας δεδομένος εξωπλανήτης στη διαδικασία ανάπτυξής του καθώς τον αξιολογούμε.
Ας ελπίσουμε λοιπόν ότι μια μέρα θα βρούμε κάτι σαν την ταυτόχρονη ανίχνευση οξυγόνου και μεθανίου, δύο αέρια που δεν θα έπρεπε να συνυπάρχουν, εκτός και αν υπήρχε μια διαδικασία διατήρησης ζωής για να τα κρατήσει παρόντα. Μια χημεία εκτός ισορροπίας είναι ενδιαφέρουσα, γιατί η ζωή θέλει να αποβάλει τη χημική σταθερότητα. Και με κάθε τρόπο ας επιταχύνουμε το έργο μας προς την κατεύθυνση της ανάλυσης της βιοϋπογραφής για να αποκλείσουμε αυτά τις ψευδώς θετικές περιπτώσεις. Ξεκινάμε με το μεθάνιο γιατί αυτό είναι που το JWST μπορεί να ανιχνεύσει πιο εύκολα.
Και όσον αφορά το ζήτημα της ασάφειας στην ανίχνευση ζωής, το JWST δεν είναι πιθανό να ανιχνεύσει το ατμοσφαιρικό οξυγόνο και το όζον, ούτε θα είναι μια αξιόπιστη πηγή υδρατμών, επομένως η ικανότητά του να δείξει κατοικησιμότητα του εξωπλανήτη είναι περιορισμένη. Στο μέλλον, οι συγγραφείς πιστεύουν ότι, εάν το όργανο ανιχνεύσει σημαντικό μεθάνιο και διοξείδιο του άνθρακα και μπορεί να περιορίσει την αναλογία μονοξειδίου του άνθρακα προς μεθάνιο, αυτό θα χρησιμεύσει ως κίνητρο για μελλοντικά όργανα, όπως το επίγειο Εξαιρετικά Μεγάλο Τηλεσκόπιο (ELT), για να συνεχίσουν αυτές τις παρατηρήσεις. Θα χρειαστούν εργαλεία παρατήρησης σε συνδυασμό για να θεωρηθεί το μεθάνιο ως βιοϋπογραφή, αλλά το ELT θα πρέπει να είναι σε καλή θέση για να κάνει το επόμενο βήμα προς τα εμπρός.
Η νέα μελέτη των Thompson et al., είναι η «The case and context for atmospheric methane as an exoplanet biosignature», Proceedings of the National Academy of Sciences 119 (14) (30 Μαρτίου 2022).
