JWST a arătat că poate detecta semne de viață pe exoplanete

Ingredientele vieții sunt răspândite în tot universul. În timp ce Pământul este singurul loc cunoscut din univers cu viață, detectarea vieții dincolo de Pământ este un obiectiv major al astronomiei moderne și al științei planetare.

Suntem doi oameni de știință care studiem exoplanetele și astrobiologia. Mulțumită în mare parte telescoapelor de ultimă generație precum James Webb, cercetătorii ca noi vor putea în curând să măsoare compoziția chimică a atmosferei planetelor din jurul altor stele. Speranța este că una sau mai multe dintre aceste planete vor avea o semnătură chimică a vieții.

Există multe exoplanete cunoscute în zonele locuibile – orbite nu prea aproape de o stea în care apa fierbe, dar nu prea departe pentru ca planeta să fie înghețată – așa cum se arată cu verde pentru Sistemul Solar și Sistemul Stelar Kepler – 186 cu planetele sale etichetat b, c, d, e și f. Credit imagine: NASA Ames/SETI Institute/JPL-Caltech/Wikimedia Commons

Exoplanete locuibile

Viața ar putea exista în sistemul solar unde există apă lichidă – ca acviferele subterane de pe Marte sau în oceanele lunii Europa a lui Jupiter. Cu toate acestea, căutarea vieții în aceste locuri este incredibil de dificilă, deoarece acestea sunt greu de atins și detectarea vieții ar necesita trimiterea unei sonde pentru a returna mostre fizice.

Mulți astronomi cred că există șanse mari ca viață să existe pe planetele care orbitează alte stele și este posibil că acolo a fost găsită prima dată viața.

Calculele teoretice sugerează că există aproximativ 300 de milioane de planete potențial locuibile doar în galaxia Calea Lactee și mai multe planete locuibile de dimensiunea Pământului, la doar 30 de ani lumină de Pământ – în esență vecinii galactici ai galaxiei. Până acum, astronomii au descoperit peste 5.000 de exoplanete, inclusiv sute de exoplanete potențial locuibile, folosind metode indirecte care măsoară modul în care o planetă își afectează steaua din apropiere. Aceste măsurători pot oferi astronomilor informații despre masa și dimensiunea unei exoplanete, dar nu multe altele.

Fiecare material absoarbe anumite lungimi de undă de lumină, așa cum se arată în această diagramă care ilustrează ce lungimi de undă de lumină sunt absorbite cel mai ușor de diferite tipuri de clorofilă. Credit imagine: Daniele Pugliesi/Wikimedia Commons, CC BY-SA

În căutarea biosemnăturilor

Pentru a detecta viața pe o planetă îndepărtată, astrobiologii vor studia lumina stelelor care a interacționat cu suprafața sau atmosfera unei planete. Dacă atmosfera sau suprafața a fost transformată de viață, lumina poate purta un indiciu, numit „biosemnătură”.

În prima jumătate a existenței sale, Pământul a avut o atmosferă fără oxigen, chiar dacă a susținut viață simplă, unicelulară. Biosemnătura Pământului a fost foarte slabă în timpul acestei prime ere. Acest lucru s-a schimbat brusc acum 2,4 miliarde de ani, când a evoluat o nouă familie de alge. Algele au folosit un proces de fotosinteză care produce oxigen liber – oxigen care nu este legat chimic de nimic altceva. De atunci, atmosfera plină de oxigen a Pământului a lăsat o semnătură biologică puternică și ușor de detectat asupra luminii care trece prin ea.

Atunci când lumina sare pe suprafața unui material sau trece printr-un gaz, anumite lungimi de undă de lumină sunt mai probabil să rămână prinse în gaz sau suprafața materialului decât altele. Această captare selectivă a lungimilor de undă luminii explică de ce obiectele au culori diferite. Frunzele sunt verzi, deoarece clorofila este deosebit de bună la absorbția luminii în lungimile de undă roșii și albastre. Când lumina lovește o frunză, lungimile de undă roșii și albastre sunt absorbite, lăsând în mare parte lumina verde să revină în ochi.

Modelul de lumină lipsă este determinat de compoziția specifică a materialului cu care interacționează lumina. Din acest motiv, astronomii pot afla ceva despre compoziția atmosferei sau a suprafeței unei exoplanete, măsurând în esență culoarea specifică a luminii care vine de pe o planetă.

Această metodă poate fi folosită pentru a recunoaște prezența anumitor gaze atmosferice asociate vieții – precum oxigenul sau metanul – deoarece aceste gaze lasă semnături foarte specifice în lumină. Ar putea fi folosit și pentru a detecta anumite culori de pe suprafața unei planete. Pe Pământ, de exemplu, clorofila și alți pigmenți pe care plantele și algele îi folosesc pentru fotosinteză captează lungimi de undă specifice ale luminii. Acești pigmenți produc culori caracteristice care pot fi detectate folosind o cameră sensibilă în infraroșu. Dacă ați vedea această culoare reflectându-se pe suprafața unei planete îndepărtate, ar putea semnifica prezența clorofilei.

Telescoape în spațiu și pe Pământ

Telescopul spațial James Webb este primul telescop capabil să detecteze semnăturile chimice ale exoplanetelor, dar capacitățile sale sunt limitate. Credit imagine: NASA/Wikimedia Commons

Este nevoie de un telescop incredibil de puternic pentru a detecta aceste schimbări subtile de lumină provenind de la o exoplanetă potențial locuibilă. Deocamdată, singurul telescop capabil de o asemenea ispravă este noul telescop spațial James Webb. La începutul operațiunilor științifice în iulie 2022, James Webb a făcut o citire a spectrului exoplanetei gigantice gazoase WASP-96b. Spectrul a arătat prezența apei și a norilor, dar este puțin probabil ca o planetă atât de mare și fierbinte ca WASP-96b să susțină viață.

Cu toate acestea, aceste date timpurii arată că James Webb este capabil să detecteze semnături chimice slabe în lumina de pe exoplanete. În următoarele luni, se așteaptă ca Webb să-și întoarcă oglinzile către TRAPPIST-1e, o planetă de dimensiunea Pământului potențial locuibilă, aflată la doar 39 de ani lumină de Pământ.

Webb poate căuta biosemnături studiind planetele în timp ce trec prin fața stelelor gazdă și captând lumina stelară care filtrează prin atmosfera planetei. Dar Webb nu a fost conceput pentru a căuta viața, așa că telescopul poate scana doar câteva dintre cele mai apropiate lumi potențial locuibile. De asemenea, poate detecta doar modificări ale nivelurilor atmosferice de dioxid de carbon, metan și vapori de apă. În timp ce anumite combinații ale acestor gaze pot sugera viață, Webb nu poate detecta prezența oxigenului nelegat, care este cel mai puternic semnal pentru viață.

Conceptele cheie pentru telescoapele spațiale viitoare și mai puternice includ planuri de a bloca lumina strălucitoare de la stea gazdă a unei planete pentru a dezvălui lumina stelară reflectată de planetă. Această idee este similară cu utilizarea mâinii pentru a bloca lumina soarelui pentru a vedea mai bine ceva în depărtare. Viitoarele telescoape spațiale ar putea folosi măști interne mici sau nave spațiale mari externe în formă de umbrelă pentru a face acest lucru. Odată ce lumina stelelor este blocată, devine mult mai ușor să studiezi lumina care sări de pe o planetă.

Există, de asemenea, trei telescoape masive de la sol în prezent în construcție, care vor putea căuta biosemnături: telescopul gigant Magellen, telescopul de treizeci de metri și telescopul european extrem de mare. Fiecare este mult mai puternic decât telescoapele existente pe Pământ și, în ciuda handicapului atmosferei Pământului de a distorsiona lumina stelelor, aceste telescoape ar putea fi capabile să sondeze atmosfera celor mai apropiate lumi pentru oxigen.

Animalele, inclusiv vacile, produc metan, dar la fel produc multe procese geologice. Credit imagine: Jernej Furman/Wikimedia Commons, CC BY

Este biologie sau geologie?

Chiar și folosind cele mai puternice telescoape pentru deceniile următoare, astrobiologii vor putea detecta doar biosemnături puternice produse de lumi complet transformate de viață.

Din păcate, majoritatea gazelor eliberate de viața de pe Pământ pot fi produse și prin procese non-biologice – vacile și vulcanii eliberează metan. Fotosinteza produce oxigen, dar la fel și lumina soarelui atunci când împarte moleculele de apă în oxigen și hidrogen. Sunt șanse ca astronomii să obțină false pozitive atunci când caută o viață îndepărtată. Pentru a ajuta la eliminarea falselor pozitive, astronomii vor trebui să înțeleagă suficient de bine o planetă de interes pentru a înțelege dacă procesele sale geologice sau atmosferice ar putea imita o semnătură biologică.

Următoarea generație de studii despre exoplanete are potențialul de a trece ștacheta dovezilor extraordinare necesare pentru a dovedi existența vieții. Prima lansare a datelor de la telescopul spațial James Webb ne oferă o idee despre progresul interesant care urmează.Conversatia

Chris Impey, profesor emerit de astronomie, Universitatea din Arizona și Daniel Apai, profesor de astronomie și științe planetare, Universitatea din Arizona

Acest articol este republicat din The Conversation sub o licență Creative Commons. Citiți articolul original.

Leave a Comment