2022-10-29 nap bejegyzései

(4009) Exobolygók

Tibor bá’ szerkesztett fordítása online

Négy módszer az idegen életre utaló jelek felfedezésére a James Webb Űrteleszkóp segítségével

 

Szerző: Joanna Barstow  – Ernest Rutherford munkatárs, a Nyílt Egyetem
89. Útban a 90. felé

Az exobolygók – a mi Napunkon kívüli csillagok körül keringő bolygók – tanulmányozását jelenleg az új James Webb Űrteleszkóp (JWST) változtatja meg. Hamarosan először nyerünk betekintést a Naprendszerünkön túli, potenciálisan Föld-szerű világok körülményeibe. E távoli világok valamelyike életet takarhat, de vajon észlelhetnénk-e?

Lehetséges, hogy a bolygó légkörének összetételében életjeleket fedezhetünk fel. Használhatjuk a transzmissziós spektroszkópiának nevezett technikát, ami a fényt hullámhossza szerint osztja fel arra, hogy különböző gázok nyomait keressük a bolygó légkörén áthaladó csillagfényben.

Egyes csillagfény-elnyelő gázok jelezhetik az élet jelenlétét a bolygón. Ezeket „biosignaturnak” nevezzük.

1.Oxigén és ózon

Az oxigén valószínűleg a legnyilvánvalóbb biosignature. A növények előállítják, mi lélegezzük, és a kőzetkutatások azt mutatják, hogy a Föld légkörének szintje drámaian megváltozott az élet fejlődésével. Az oxigén, amit belélegzünk, O2, egymáshoz kapcsolt két oxigénatom. De az oxigén egy másik konfigurációja, az O3, vagy az ózon is megfigyelhető a JWST-vel.

Tehát, ha az egyik, másik, vagy mindkét gázt észlelnénk, az mit bizonyítana? Sajnos nem egyértelműen életet. Egy másik lehetőség, ami nagy mennyiségű légköri oxigént termelhet, egy olyan bolygón, amelyen „elszökő üvegházhatás” történhetett. Ha egy bolygó elég meleg ahhoz, hogy az óceán vize elpárologjon, a légkörben keletkező vízgőz hozzájárul az üvegházhatáshoz, a bolygót az élettel nem összeegyeztethető szintre túlmelegítve, egy visszacsatolást okoz.

Végül a bolygó eléggé felforrósodik ahhoz, hogy a vízmolekulák hidrogénné és oxigénné bomoljanak szét. A hidrogénmolekulák könnyűek, és elég gyorsan tudnak mozogni ahhoz, hogy könnyen legyőzzék a bolygó gravitációját, míg a lomhább oxigén hajlamos helyben maradni, készen arra, hogy észleljék, és becsapják a gyanútlan csillagászokat.

2.Foszfin és ammónia

Az életkeresés jelenlegi fókuszában leginkább az exobolygók állnak, de a közelmúltban az otthonunkhoz közelebbi fejlemények is történtek. A foszfin egy olyan gázt, amely természetesen előfordul a hidrogén uralta légkörben, például a Jupiter és a Szaturnusz gázóriásaiban, és nemrégiben észlelték a Vénusz légkörében is. Érdekes módon a foszfint potenciális biosignature-nek tekintik.

A Földön a foszfint mikroorganizmusok termelik, például az állatok bélrendszerében. Ha nincs jelen élet, akkor nem számíthatunk arra, hogy nagy mennyiségben foszfin fordul elő a Vénusz-szerű légkörben, amelyet a szén-dioxid ural. Ennek ellenére még nem zárhatunk ki más foszfinforrásokat a Vénuszon.

A rossz szagú ammónia egy másik lehetséges biosignature gáz, amelyet szintén a Földön élő állatok termelnek. A foszfinhoz hasonlóan elterjedt a gázóriás bolygókon, de várhatóan nem fordul elő élethiányos, sziklás bolygókon.

A foszfin vagy ammónia kimutatása egy távoli exobolygó légkörében azonban valószínűleg kihívást jelent. Mindkettő kis koncentrációt ér el, a Földön mindössze néhány ppm-t. Tehát, hacsak potenciális földönkívüli lények nem sokkal büdösebbek a Föld állatainál, valószínűleg nem fogjuk egyhamar észrevenni őket.

3.Metán plusz szén-dioxid

Az egyedi gázokból, amelyek egyértelműen biosignature-ek, nagyon kevés van, ezért lehet, hogy jobban járunk, ha megfelelő kombinációt keresünk az életet kimutatásához. A Földön fingó állatok által termelt nagy mennyiségű metán, plusz a szén-dioxid jó utalás arra, hogy valami történik.

Ha elegendő oxigén áll rendelkezésre, akkor a szén sokkal szívesebben kapcsolódik az oxigénhez, (CO2, egy szénatom és két oxigénatom), mint a hidrogénhez (metán = CH4, egy szénatom és négy hidrogénatom). Oxigénben gazdag környezetben minden szén, amely egy metánmolekulában találja magát, gyorsan elhagyja hidrogéntársait, és néhány oxigént nyomot hagy maga után.

Tehát a sok metán és szén-dioxid együttélése azt sugallja, hogy valami – talán baktériumok – folyamatosan metánt állítanak elő.

4.Kémiai egyensúlyhiány

A fenti érvelést alkalmazhatjuk a gázok bármely kombinációjára, amelyeknek nem kellene vidáman együtt élniük. Az élet felborítja a környezet kémiai egyensúlyát, mert kémiai reakciókat használ az energia előállítására.

A Földön az oxigén átalakul szén-dioxiddá, de más típusú atmoszférában, különböző vegyi anyagokkal az élet más folyamatokat is felhasználna ugyanazon cél elérése érdekében. A Föld óceánjaiban mélyen található hidrotermális szellőzőnyílások körül élő metántermelő baktériumok például ásványi anyagokból és kémiai vegyületekből nyerik ki a vegyi energiát. Az egyensúlytalanságok keresése lehetővé teszi számunkra, hogy nyitottak legyünk arra vonatkozóan, hogy milyen lehet az élet máshol.

Mi történik, ha idegen élet jeleit észleljük?

A JWST már meghaladja a várakozásainkat az exobolygó légköri megfigyeléseivel kapcsolatban. Bármilyen erős is, az enyhe hőmérsékletű és nitrogén, vagy szén-dioxid által uralt légkörű sziklás bolygók transzmissziós spektroszkópiával való tanulmányozása továbbra is kihívást jelent. Az ezektől a bolygóktól elvárt jelek sokkal gyengébbek, mint azok, amelyeket sikeresen megfigyeltünk forró gáz-óriás légkörben.

Ha van szerencsénk csillagfényt elnyelő gázokat megfigyelni egy sziklás exobolygó – például a TRAPPIST-1e – légkörében, akkor is meg kell mérnünk, hogy ezekből a gázokból mennyi van jelen, hogy értelmes következtetéseket vonjunk le. Ez nem egyszerű, mivel a jelek átfedhetik egymást, és gondosan szét kell őket választani.

Még ha észleljük is, és pontosan mérjük is valamelyik lehetséges biosignature gázunkat, nem hiszem, hogy azt állíthatnánk, hogy idegen életet észleltünk. A JWST csak most nyitja meg a bolygó légköreinek új, gazdag laboratóriumát, és a kutatás során kétségtelenül azt fogjuk találni, hogy számos korábbi feltételezésünk tévesnek bizonyult.

Korai lenne következtetni idegenek  létezésére, amikor valami szokatlant találunk. A JWST biosignature detektálása érdekes tipp lenne, még sok tennivaló ígéretével. Csillagászként ez elég izgalmas számomra.

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Éljetek a lehetőségekkel!