Na przestrzeni ostatnich trzydziestu lat astronomowie odkryli już dużo ponad pięć tysięcy planet krążących wokół innych gwiazd. Wśród z nich można znaleźć odpowiedniki planet znajdujących się w Układzie Słonecznym, ale także wiele innych planet, których na swoim podwórku nie znajdziemy. Okazuje się bowiem, że wokół innych gwiazd krążą także superziemie, planety oceaniczne, podneptuny, gorące jowisza i wiele innych. Tak naprawdę brakuje nam jeszcze tylko jednego: odkrycia planety, na której powierzchni odkryjemy ślady procesów biologicznych wskazujących na istnienie życia pozaziemskiego.
Nie oznacza to jednak, że tego życia na planetach nie ma. Naukowcy wskazują bowiem, że tak naprawdę nie wiemy jaki sygnał pochodzący z powierzchni czy atmosfery planety można traktować jako „biosygnaturę”, czyli jednoznaczny sygnał potwierdzający istnienie życia na powierzchni planety. Co więcej, astronomowie muszą mieć możliwość wyłowienia takiej biosygnatury z całego sygnału pochodzącego z powierzchni odległej bądź co bądź planety. Jeżeli weźmiemy pod uwagę fakt, że życie na odległej planecie wcale nie musi przypominać naszego, a tym samym może manifestować się w atmosferze (która też nie musi przypominać ziemskiej) w inny sposób niż życie ziemskie, możemy uznać, że odkrycie odpowiedniej biosygnatury jest niewiarygodnie trudne. Przypomina to na swój sposób poszukiwanie igły w stogu siana w sytuacji, w której nie wiemy, czy w danym stogu jest w ogóle jakaś igła i na dodatek nie wiemy, co to jest igła.
Jak jednak wskazują naukowcy w najnowszej pracy opublikowanej na serwerze preprintów naukowych arXiv i zaakceptowanej do publikacji w periodyku Astronomy and Astrophysics, jest jeszcze jeden problem. Jeżeli w atmosferze danej egzoplanety występują błyskawice, to mogą one znacząco utrudnić poszukiwanie jakichkolwiek biosygnatur. Błyskawice mogą przesłaniać jedne biosygnatury i wzmacniać inne. Dobrym przykładem są tutaj ozon i metan. Pierwszy z tych związków jest dobrze maskowany przez wyładowania atmosferyczne, a drugi jest przez nie wzmacniany w sygnale docierającym do nas z egzoplanety.
Gdzie szukamy życia w kosmosie?
Spośród 5500 odkrytych dotąd egzoplanet, tylko 69 to planety skaliste znajdujące się w ekosferach swoich gwiazd, czyli w przedziale odległości od gwiazdy, w którym temperatury na powierzchni planety skalistej mogą być takie, aby utrzymała się tam woda w stanie ciekłym.
Oczywiście w przypadku egzoplanet sama odległość od gwiazdy jeszcze niczego nie determinuje. Kolejnym krokiem jest tutaj znalezienie w tej grupie planet atmosfer planetarnych. Aktualnie najlepszym narzędziem do poszukiwania atmosfer jest — jak się można spodziewać — Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. Naukowcy już teraz starają się rozszyfrować, co mogą oznaczać sygnały docierające do nas z atmosfer egzoplanet znajdujących się w ekosferach swoich gwiazd. W ten sposób można się przygotować z jednej strony do poszukiwania właściwych sygnałów, a z drugiej do ignorowania fałszywych alarmów.
W swoich badaniach autorzy połączyli eksperymenty laboratoryjne z modelowaniem fotochemicznym i transferu radiacyjnego. Atmosfera może być niezwykle złożona i prawdopodobnie nie ma dwóch egzoplanet o takich samych właściwościach atmosferycznych. Jednak fizyka i chemia dyktują, co może się w nich dziać, a modele fotochemiczne i transferu radiacyjnego mogą wyjaśnić tysiące różnych typów reakcji chemicznych w atmosferach.
Czytaj także: James Webb wskazuje, że życie we wszechświecie mogło istnieć bardzo wcześnie
W eksperymentach laboratoryjnych naukowcy zastępują błyskawice wyładowaniami iskrowymi. Naukowcy skupili się na atmosferach zawierających azot i wodór cząsteczkowy, dwutlenek węgla oraz związki powstające w wyładowaniach atmosferycznych. W swojej pracy naukowcy skupili się na analizie wpływu wyładowań na wytwarzanie potencjalnych biosygnatur, które mogłyby być dostrzeżone podczas przeglądu egzoplanet za pomocą teleskopu Jamesa Webba.
Naukowcy odkryli, że wpływ błyskawicy na biosygnatury zależy od rodzaju atmosfery i ilości wyładowań atmosferycznych. Przyjrzeli się dwóm typom atmosfer: redukującym i utleniającym. Atmosfera redukująca nie zawiera tlenu ani innych gazów utleniających i nie może wytwarzać żadnych utlenionych związków. Atmosfera utleniająca jest jej przeciwieństwem: zawiera tlen, który wytwarza utlenione związki.
Wyniki pokazują, że w przypadku planety z wodą w stanie ciekłym na powierzchni i warunkami nadającymi się do zamieszkania oraz atmosferą lekko redukującą lub lekko utleniającą prawdopodobieństwo, że wyładowania atmosferyczne będą prowadziły do powstania sygnałów fałszywie dodatnich, jest mniejsze. W takiej atmosferze, pioruny nie będą w stanie doprowadzić do powstania sygnału wskazującego na obecność takich związków jak NH3, N20 ani CH4.
Nie zmienia to jednak faktu, że wyładowania doprowadziły do powstania niewielkich ilości NO oraz CO. Powstało zatem pytanie, czy odpowiednio dużo wyładowań jest w stanie zmienić atmosferę planety. Wyniki okazały się skomplikowane. Z jednej strony wyszło bowiem, że wyładowania atmosferyczne nie są w stanie wytworzyć sygnału tlenku węgla (CO) – który byłby antybiosygnaturą — na zamieszkanej planecie. Z drugiej jednak strony wystarczy, aby było tam kilka razy więcej wyładowań niż na Ziemi, abyśmy nie byli w stanie już dostrzec warstwy ozonowej, która jest biosygnaturą. To akurat może być dobra informacja, bowiem dzięki temu nie odkryjemy ozonu na planecie krążącej wokół czerwonego karła, gdzie ozon może być jedynie produktem procesu abiologicznej fotolizy dwutlenku węgla. Widzicie już, jak bardzo jest to skomplikowany problem?
Wewnętrzne przekonanie, że uda nam się w ciągu najbliższych kilku lat i dekad odkryć dowody na istnienie życia na odległej egzoplanecie może być przesadnie optymistyczne. Powyższe badania wskazują bowiem, że wiele będzie zależało od interpretacji wszelkich biosygnatur, które będziemy odkrywali na odległych planetach. Najrozsądniej będzie powstrzymać entuzjazm i uzbroić się w całe wiadra sceptycyzmu przy ocenie wszelkich sygnałów wskazujących na istnienie życia. Najlepiej zatem by było, gdybyśmy odkryli po prostu jasny sygnał wysłany przez zaawansowaną cywilizację w przestrzeń kosmiczną. Mogłaby się z nami po prostu skontaktować i zaoszczędzić nam tych wszystkich poszukiwań i domysłów.