A légköri évszakok idegen életet jelezhetnek

Több tucat potenciálisan lakható bolygót fedeztek fel Naprendszerünkön kívül, és még sok más vár felfedezésre.

Van ott valaki – vagy bármi?

Az életre való vadászat ezeken a helyeken, amelyeket nem lehet személyesen meglátogatni, a légkörükben található biológiai termékek felkutatásával kezdődik. Az életnek ezeket a légköri ujjlenyomatait, amelyeket bioaláírásoknak neveznek, a következő generációs teleszkópok segítségével észlelik, amelyek a fényévnyire lévő bolygókat körülvevő gázok összetételét mérik.

Ez egy trükkös üzlet, mivel a légköri gázok egyszeri mérésén alapuló biosignature félrevezető lehet. E markerek kiegészítésére és a NASA Astrobiology Institute támogatásának köszönhetően a Kaliforniai Egyetem, Riverside Alternative Earths Astrobiology Center tudósai a Föld légkörének szezonális változásain alapuló dinamikus biosignature-ek első kvantitatív keretét dolgozzák ki.

Az „Atmospheric Seasonality As An Exoplanet Biosignature” címmel a kutatást leíró tanulmány jelent meg az Astrophysical Journal Letters-ben. A vezető szerző Stephanie Olson, az UCR Földtudományi Tanszékének végzős hallgatója.

Ahogy a Föld a Nap körül kering, ferde tengelye azt jelenti, hogy az év különböző szakaszaiban a különböző régiók több sugarat kapnak. A jelenség legszembetűnőbb jele az időjárás és a nappalok hosszának változása, de a légkör összetételét is befolyásolja. Például a világ növényzetének legnagyobb részét tartalmazó északi féltekén a nyári növények növekedése észrevehetően alacsonyabb szén-dioxid-szintet eredményez a légkörben. Az oxigénre fordítva igaz.

"A légkör szezonalitása ígéretes biosignature, mert biológiailag modulált a Földön, és valószínűleg más lakott világokon is előfordul" - mondta Olson. "Az élet szezonalitáson alapuló következtetéséhez nem szükséges az idegenek biokémiájának részletes megértése, mivel az a környezet szezonális változásaira adott biológiai válaszként jön létre, nem pedig egy speciális biológiai tevékenység következményeként, amely a Földön egyedülálló lehet." Ezenkívül a rendkívül elliptikus pályák, nem pedig a tengelydőlés, szezonalitást idézhetnek elő a Naprendszeren kívüli bolygókon vagy exobolygókon, kiterjesztve a lehetséges célpontok körét.

A tanulmányban a kutatók azonosítják azokat a lehetőségeket és buktatókat, amelyek az oxigén, a szén-dioxid, a metán szezonális képződésének és pusztulásának jellemzésével, valamint azok spektroszkópiának nevezett képalkotó technikával történő kimutatásával kapcsolatosak. Emellett modellezték a légköri oxigén ingadozását egy alacsony oxigéntartalmú, életet hordozó bolygón, mint amilyen a Földé volt évmilliárdokkal ezelőtt. Azt találták, hogy az ózon (O3), amely az élet által termelt oxigéngáz (O2) részvételével a légkörben keletkezik, könnyebben mérhető jelzője lenne az oxigén szezonális változékonyságának, mint maga az O2 a gyengén oxigénezett bolygókon.

"Nagyon fontos, hogy most pontosan modellezzük az ilyen forgatókönyveket, így a jövő űr- és földi teleszkópjait úgy lehet megtervezni, hogy azonosítsák a legígéretesebb biológiai aláírásokat" - mondta Edward Schwieterman, a NASA posztdoktori programjának munkatársa, az UCR munkatársa. „Az ózon esetében szükségünk lenne olyan teleszkópokra, amelyek ultraibolya sugárzást is tartalmaznak, hogy könnyen észleljék azt.”

Schwieterman szerint az élet keresésének kihívása az olyan messziről gyűjtött adatok kétértelműsége. A hamis pozitívumok – az életnek álcázott nem biológiai folyamatok – és a hamis negatívumok – az élet egy olyan bolygón, amely csak kevés vagy egyáltalán nem termel biosignature-t – mindkettő komoly aggodalomra ad okot.

"Mind az oxigén, mind a metán ígéretes biológiai jelek, de vannak módok élet nélkül is előállítani" - mondta Schwieterman.

Olson szerint az oxigén vagy a metán szezonális változásainak megfigyelése informatívabb lenne.

"Az exobolygók lakottságának felmérésének potenciálisan hatékony módja az lenne, ha megfigyeljük légkörüket a pályájukon, hogy kiderüljön, képesek vagyunk-e észlelni ezekben a biológiailag jellemző gázokban bekövetkező változásokat egy év leforgása alatt" - mondta. "Bizonyos körülmények között az ilyen változásokat nehéz lenne megmagyarázni élet nélkül, és még azt is lehetővé tehetik, hogy előrelépést tegyünk az exobolygó életének jellemzése, nem pedig egyszerű felismerése felé."

Timothy Lyons, az UCR Földtudományi Tanszékének biogeokémia professzora és az Alternative Earths Astrobiology Center igazgatója elmondta, hogy ez a munka előmozdítja a nagyon távoli bolygókon történő életkeresés alapvető megközelítését.

„Különösen izgatottak vagyunk az oxigéningadozások olyan alacsony szintjén történő jellemzése miatt, amelyet a Föld egy korai változatán várhatóan találni fogunk” – mondta Lyons. "Az ózon által feltárt évszakos változásokat a legkönnyebben egy olyan bolygón lehet kimutatni, mint a Föld volt évmilliárdokkal ezelőtt, amikor az élet nagy része még mikroszkopikus méretű volt, és óceánokban lakott."