Vaikka eksoplaneetoilla olisi happea sisältävä ilmakehä, se ei tarkoita, että siellä olisi elämää
Yrittäessään löytää todisteita elämästä aurinkokuntamme ulkopuolella tiedemiehet joutuvat omaksumaan niin sanotun 'matalalla roikkuvan hedelmän' lähestymistavan. Pohjimmiltaan tämä liittyy sen määrittämiseen, voisivatko planeetat olla 'potentiaalisesti asuttavia' sen perusteella, olisivatko ne tarpeeksi lämpimiä, jotta niiden pinnalla olisi nestemäistä vettä ja tiheä ilmakehä, jossa on riittävästi happea.
Tämä johtuu siitä, että olemassa olevat menetelmät kaukaisten planeettojen tutkimiseksi ovat suurelta osin epäsuoria ja että Maa on vain yksi planeetta, jonka tiedämme, että se pystyy ylläpitämään elämää. Mutta entä jos planeetat, joilla on runsaasti happea, eivät takaa elämää? Mukaan a uusi tutkimus Johns Hopkins Universityn tiimin toimesta, näin voi hyvinkin olla.
Tulokset julkaistiin tutkimuksessa nimeltä ' Kylmien eksoplaneettojen kaasufaasikemia: näkemyksiä laboratoriosimulaatioista ', joka julkaistiin äskettäin tieteellisessä lehdessäACS Maa ja avaruusKemia.Tutkimuksensa vuoksi ryhmä simuloi auringon ulkopuolisten planeettojen ilmapiiriä laboratorioympäristössä osoittaakseen, että happi ei välttämättä ole merkki elämästä.
Maapallolla happikaasu muodostaa noin 21 % ilmakehästä, ja se syntyi fotosynteesin seurauksena, joka huipentui Suureen hapetustapahtumaan (noin 2,45 miljardia vuotta sitten). Tämä tapahtuma muutti rajusti Maan ilmakehän koostumusta, muuttuen typestä, hiilidioksidista ja inertistä kaasusta koostuvasta typpi-happiseokseksi, jonka tunnemme nykyään.
Happikaasua pidetään yhtenä tärkeimmistä, koska se on tärkeä monimutkaisten elämänmuotojen nousulle maan päällä biosignatuureja etsiessään mahdollisia merkkejä elämästä Maan ulkopuolella. Loppujen lopuksi happikaasu on seurausta fotosynteettisistä organismeista (kuten bakteereista ja kasveista), ja sitä kuluttavat monimutkaiset eläimet, kuten hyönteiset ja nisäkkäät.
Mutta kun se tulee suoraan asiaan, tiedemiehet eivät tiedä paljon siitä, kuinka eri energialähteet käynnistävät kemiallisia reaktioita ja kuinka nämä reaktiot voivat luoda biosignatuureja, kuten happea. Vaikka tutkijat ovat käyttäneet valokemiallisia malleja tietokoneilla ennustaakseen, mitä eksoplaneetan ilmakehät voivat luoda, todelliset simulaatiot laboratorioympäristössä ovat puuttuneet.
Tutkimusryhmä suoritti simulaationsa käyttämällä erityisesti suunniteltua Planetary HAZE (PHAZER) -kammiota Sarah Hörstin laboratoriossa, joka on JHU:n maa- ja planeettatieteiden apulaisprofessori ja yksi paperin päätekijöistä. Tutkijat aloittivat luomalla yhdeksän erilaista kaasuseosta simuloidakseen eksoplaneetan ilmakehää.
Taiteilijan mielikuva aurinkokuntamme lähimmästä supermaasta. Luotto: ESO/M. Kornmesser
Nämä seokset vastasivat galaksimme kahdesta yleisimmästä eksoplaneettatyypistä tehtyjä ennusteita – supermaita ja mini-Neptunuksia. Näiden ennusteiden mukaisesti jokainen seos koostui hiilidioksidista, vedestä, ammoniakista ja metaanista, ja se kuumennettiin sitten 27 - 370 °C:n (80 - 700 °F) lämpötiloihin.
Tämän jälkeen ryhmä injektoi jokaisen seoksen PHAZER-kammioon ja altisti ne jollekin kahdesta energiamuodosta, joiden tiedettiin laukaisevan kemiallisia reaktioita ilmakehissä – vaihtovirtaplasmaa ja ultraviolettivaloa. Edellinen simuloi sähköistä toimintaa, kuten salamaa tai energisiä hiukkasia, kun taas UV-valo simuloi Auringosta tulevaa valoa, joka on aurinkokunnan kemiallisten reaktioiden päätekijä.
Suoritettuaan koetta jatkuvasti kolmen päivän ajan, mikä vastaa sitä, kuinka kauan ilmakehän kaasut altistuvat energialähteelle avaruudessa, tutkijat mittasivat ja tunnistivat tuloksena olevat molekyylit massaspektrometrillä. He havaitsivat, että useissa skenaarioissa tuotettiin happea ja orgaanisia molekyylejä. Näitä olivat formaldehydi ja vetysyanidi, jotka voivat johtaa aminohappojen ja sokereiden tuotantoon.
CO2-rikas planeettailmakehä, joka altistuu plasmapurkaukselle Sarah Hörstin laboratoriossa. Luotto: Chao He
Lyhyesti sanottuna ryhmä pystyi osoittamaan, että happikaasua ja raaka-aineita, joista elämä voisi syntyä, voidaan luoda yksinkertaisilla kemiallisilla reaktioilla. Kuten tutkimuksen johtava kirjoittaja Chao He selitti:
'Ihmiset väittivät, että hapen ja orgaanisten aineiden läsnäolo yhdessä osoittaa elämää, mutta teimme ne abioottisesti useissa simulaatioissa. Tämä viittaa siihen, että jopa yleisesti hyväksyttyjen biosignatuurien samanaikainen läsnäolo voi olla väärä positiivinen elämä.'
Tällä tutkimuksella voi olla merkittäviä vaikutuksia aurinkokuntamme ulkopuolisen elämän etsimiseen. Tulevaisuudessa seuraavan sukupolven kaukoputket antavat meille mahdollisuuden kuvata eksoplaneettoja suoraan ja saada spektrejä niiden ilmakehästä. Kun näin tapahtuu, hapen läsnäoloa on ehkä harkittava uudelleen mahdollisena merkkinä asumiskelpoisuudesta. Onneksi on vielä paljon potentiaalisia biosignatuureja etsittävänä!
Lisälukemista: JHU , ACS:n maa- ja avaruuskemia