Superteleskop akan datang, observatorium darat dan luar angkasa yang sangat besar yang akan membolehkan kita melihat secara langsung atmosfera dunia yang jauh. Kita tahu ada kehidupan di Bumi, dan atmosfer kita menceritakan kisahnya, jadi bolehkah kita melakukan perkara yang sama dengan planet ekstrasur? Ternyata, muncul dengan satu biosignature, bahan kimia di atmosfer yang memberitahu anda bahawa benar, ada kehidupan di dunia itu, sangat sukar.
Saya harus akui, saya sudah teruk untuk perkara ini pada masa lalu. Dalam episod lama Cast Astronomy dan Hangout Angkasa Mingguan, bahkan di sini di Panduan ke Angkasa, saya telah mengatakan bahawa jika kita dapat melihat suasana dunia yang jauh, kita dapat mengatakan dengan yakin jika ada kehidupan di sana.
Cukup mengesan ozon di atmosfer, atau metana, atau bahkan pencemaran dan anda boleh mengatakan, "ada kehidupan di sana." Baiklah, Fraser masa depan ada di sini untuk membetulkan masa lalu Fraser. Walaupun saya mengagumi semangat naifnya untuk mencari makhluk asing, ternyata, seperti biasa, semuanya akan menjadi lebih sukar daripada yang kita sangka sebelumnya.
Ahli astrobiologi sebenarnya berjuang untuk mengetahui satu biosignature pistol merokok yang boleh digunakan untuk mengatakan ada kehidupan di luar sana. Ini kerana proses semula jadi nampaknya mempunyai cara yang bijak untuk memperbodohkan kita.
Apa itu biosignature yang berpotensi, mengapa mereka bermasalah, dan apa yang diperlukan untuk mendapatkan pengesahan itu?
Mari kita mulakan dengan dunia yang berdekatan dengan rumah: Marikh.
Selama hampir dua dekad, para astronom telah mengesan awan metana yang besar di atmosfer Mars. Di Bumi, metana berasal dari makhluk hidup, seperti bakteria dan kentut. Tambahan pula, metana mudah dipecah oleh cahaya matahari, yang bermaksud bahawa ini bukan sisa metana kuno dari berbilion tahun yang lalu. Beberapa proses di Marikh terus-menerus menambahnya.
Tapi apa?
Nah, sebagai tambahan kepada kehidupan, metana dapat terbentuk secara semula jadi melalui gunung berapi, ketika batu berinteraksi dengan air yang dipanaskan.
NASA cuba sampai ke dasar pertanyaan ini dengan penjelajah Roh dan Peluang, dan diharapkan Rasa ingin tahu harus mempunyai alat untuk mencari sumber metana.
Selama beberapa bulan, Rasa ingin tahu mengesan peningkatan metana di permukaan, tetapi itu juga menimbulkan kontroversi. Ternyata rover itu sendiri membawa metana, dan mungkin telah mencemari kawasan di sekitarnya. Mungkin metana yang dikesannya berasal dari dirinya sendiri. Ada kemungkinan meteorit berbatu jatuh di dekatnya dan mengeluarkan sejumlah gas yang mencemarkan hasilnya.
Misi ExoMars Agensi Angkasa Eropah tiba di Marikh pada Oktober 2016. Walaupun Schiaparelli Lander musnah, Trace Gas Orbiter selamat dalam perjalanan dan mula memetakan atmosfera Mars dengan terperinci, mencari tempat yang boleh melancarkan metana, dan sebagainya jauh, kami tidak mempunyai keputusan yang meyakinkan.
Dengan kata lain, kita memiliki armada orbit dan pendarat di Mars, dilengkapi dengan instrumen yang dirancang untuk mengendus bau metana yang paling lemah di Marikh.
Terdapat beberapa petunjuk yang sangat menarik tentang bagaimana tahap metana di Marikh nampaknya meningkat dan turun seiring dengan musim, yang menunjukkan kehidupan, tetapi ahli astrobiologi masih tidak bersetuju.
Tuntutan luar biasa memerlukan bukti luar biasa dan semua itu.
Beberapa teleskop sudah dapat mengukur atmosfer planet yang mengorbit bintang lain. Selama dekad yang lalu, Teleskop Angkasa Spitzer NASA telah memetakan atmosfer dari berbagai dunia. Sebagai contoh, berikut adalah peta jupiter panas HD 189733b
. Tempat itu menyedihkan, tapi wah, untuk mengukur atmosfer planet lain yang sangat menakjubkan.
Mereka melakukan prestasi ini dengan mengukur bahan kimia bintang semasa planet melintas di depannya, dan kemudian mengukurnya ketika tidak ada planet. Itu memberitahu anda bahan kimia apa yang dibawa planet ini ke pesta tersebut.
Mereka juga dapat mengukur atmosfer HAT-P-26b, yang merupakan dunia bersaiz Neptunus yang agak kecil yang mengorbit bintang terdekat, dan terkejut ketika menemui wap air di atmosfer planet ini.
Adakah itu bermaksud ada kehidupan? Di mana sahaja kita menjumpai air di Bumi kita akan menemui kehidupan. Tidak, anda boleh mendapatkan air sepenuhnya tanpa hidup.
Ketika dilancarkan pada tahun 2019, Teleskop Angkasa James Webb NASA akan membawa penginderaan atmosfera ini ke tahap berikutnya, yang memungkinkan para astronom untuk mengkaji atmosfer banyak dunia lain dengan resolusi yang jauh lebih tinggi.
Salah satu sasaran pertama untuk Webb adalah sistem TRAPPIST-1 dengan separuh lusin planetnya mengorbit di zon bintang kerdil merah yang dapat dihuni. Webb harus dapat mengesan ozon, metana, dan biosignature berpotensi lain seumur hidup.
Jadi apa yang diperlukan untuk dapat melihat dunia yang jauh dan mengetahui pasti ada kehidupan di sana.
Ahli astrologi Biologi John Lee Grenfell dari Pusat Aeroangkasa Jerman baru-baru ini membuat laporan, meneliti semua biosignature eksoplanet yang ada di luar sana, dan meninjau kemungkinan mereka menjadi petunjuk kehidupan di dunia lain.
Sasaran pertama adalah oksigen molekul, atau O2. Anda menghirupnya sekarang. Bagaimanapun, 21% setiap nafas. Oksigen akan bertahan di atmosfer dunia lain selama ribuan tahun tanpa sumber.
Ia dihasilkan di Bumi oleh fotosintesis, tetapi jika dunia dihancurkan oleh bintangnya, dan kehilangan atmosfer, maka hidrogen dihembus ke angkasa, dan oksigen molekul dapat kekal. Dengan kata lain, anda tidak boleh yakin sama ada.
Bagaimana dengan ozon, aka O3? O2 diubah menjadi O3 melalui proses kimia di atmosfera. Kedengarannya seperti calon yang baik, tetapi masalahnya ialah terdapat proses semula jadi yang dapat menghasilkan ozon juga. Terdapat lapisan ozon di Venus, satu di Marikh, dan mereka bahkan telah dikesan di sekitar bulan berais di Sistem Suria.
Terdapat oksida nitrat, juga dikenali sebagai gas ketawa. Ia dihasilkan sebagai pengeluaran oleh bakteria di dalam tanah, dan membantu menyumbang kepada kitaran nitrogen Bumi. Dan ada berita baik, Bumi nampaknya satu-satunya dunia di Sistem Suria yang mempunyai nitrat oksida di atmosferanya.
Tetapi saintis juga telah mengembangkan model bagaimana bahan kimia ini dapat dihasilkan dalam sejarah awal Bumi ketika lautan kaya sulfur berinteraksi dengan nitrogen di planet ini. Sebenarnya, kedua Venus dan Marikh mungkin telah melalui kitaran yang serupa.
Dengan kata lain, anda mungkin melihat kehidupan, atau anda mungkin melihat planet muda.
Kemudian ada metana, bahan kimia yang kita habiskan banyak masa untuk dibincangkan. Dan seperti yang saya nyatakan, ada metana yang dihasilkan oleh kehidupan di Bumi, tetapi juga di Marikh, dan ada lautan metana cair di Titan.
Ahli astrobiologi telah mencadangkan hidrokarbon lain, seperti etana, isoprena, tetapi ini juga mempunyai masalah mereka sendiri.
Bagaimana dengan bahan pencemar yang dikeluarkan oleh peradaban maju? Ahli astrobiologi menyebutnya sebagai "teknosignature", dan mereka boleh merangkumi perkara seperti klorofluorokarbon, atau kejatuhan nuklear. Tetapi sekali lagi, bahan kimia ini sukar dikesan bertahun-tahun cahaya.
Ahli astronomi mencadangkan agar kita mencari bumi mati, hanya untuk menetapkan garis dasar. Ini adalah dunia yang terletak di zon yang dapat dihuni, tetapi jelas kehidupan tidak akan berjalan lancar. Cukup batu, air dan suasana yang tidak diciptakan secara biologi.
Masalahnya ialah kita mungkin tidak dapat mencari jalan untuk mengesahkan bahawa dunia juga mati. Jenis bahan kimia yang anda harapkan dapat dilihat di atmosfera, seperti karbon dioksida dapat diserap oleh lautan, jadi anda bahkan tidak dapat membuat pengesahan negatif.
Satu kaedah mungkin tidak melibatkan pengimbasan atmosfer sama sekali. Tumbuhan di Bumi memantulkan kembali panjang gelombang cahaya yang sangat spesifik di wilayah 700-750 nanometer. Ahli astrobiologi menyebutnya sebagai "pinggir merah", kerana anda akan melihat peningkatan reflektif 5X berbanding permukaan lain.
Walaupun kita tidak mempunyai teleskop untuk melakukan ini hari ini, ada beberapa idea yang sangat pintar, seperti melihat bagaimana cahaya dari planet memantulkan ke bulan yang berdekatan, dan menganalisisnya. Mencari permukaan bumi exoplanet.
Sebenarnya, sejak sejarah awal Bumi, ia kelihatan lebih ungu kerana bakteria Archaean.
Terdapat sebilangan besar kapal angkasa dan observatorium darat yang dalam talian yang akan membantu kami mendalami persoalan ini.
Misi Gaia ESA akan memetakan dan mencirikan 1% bintang di Bima Sakti, memberitahu kita jenis bintang di luar sana, serta mengesan ribuan planet untuk pemerhatian selanjutnya.
Survey Angkasa Exoplanet Transiting, atau TESS, dilancarkan pada tahun 2018, dan akan menemui semua eksoplanet bersaiz Bumi yang lebih besar dan lebih besar di kawasan kejiranan kami.
Misi PLATO 2 akan menemui dunia berbatu di zon yang dapat dihuni, dan James Webb akan dapat mempelajari atmosfera mereka. Kami juga membincangkan mengenai teleskop LUVOIR yang boleh datang dalam talian pada 2030-an, dan membuat pemerhatian ini ke tahap seterusnya.
Dan terdapat banyak lagi ruang dan landasan pemerhatian di dalam karya.
Oleh kerana teleskop pusingan ini akan datang dalam talian, yang mampu mengukur secara langsung atmosfer dunia bersaiz Bumi yang mengorbit bintang lain, ahli astrobiologi akan berjuang untuk mencari biosignature yang memberikan tanda yang jelas ada kehidupan di sana.
Daripada kepastian, nampaknya kita akan mengalami perjuangan yang sama untuk memahami apa yang kita lihat. Ahli astronomi akan saling tidak setuju, mengembangkan teknik baru dan instrumen baru untuk menjawab soalan yang tidak dapat diselesaikan.
Tidak lama lagi, dan ketidakpastian akan sukar ditangani. Tetapi ingat, ini mungkin soalan saintifik yang paling penting yang boleh ditanyakan oleh sesiapa sahaja: adakah kita bersendirian di Alam Semesta?
Jawapannya wajar ditunggu.
Sumber: John Lee Grenfell: Kajian Biosignature Exoplanetary.
Petua topi kepada Dr Kimberly Cartier kerana mengarahkan saya ke makalah ini. Ikuti karyanya di EOS Magazine.
