VATNSGUFA VEITIR VÍSINDAMÖNNUM SMJÖRÞEFINN AF LÍFI Í ALHEIMI
Eftir 30 ára greiningar á öðrum sólkerfum höfum við loksins fundið vatn á plánetu sem gæti verið lífvænleg en vísindamenn hafa öllu metnaðarfyllri áform: Þeir vilja fá beinharðar sannanir fyrir því að lífið dafni og andi á öðrum plánetum.
Möguleikarnir eru tveir: Annað hvort erum við alein í alheimi eða við erum það ekki.
Báðir kostir eru álíka skelfilegir. Þessi tilvitnun frá vísindaskáldsagnahöfundinum Arthur C. Clarke dregur ágætlega saman núverandi þekkingu okkar á lífi í alheimi.
Við höfum engar beinharðar sannanir fyrir lífi þarna úti en núna hafa menn fundið um 4.000 plánetur í öðrum sólkerfum og fyrir vikið telja stjarnfræðingar að líf geti sannarlega verið að finna annars staðar.
Og í fyrsta sinn búum við nú yfir aðferðum til að finna það, ef það er til staðar.
Líf krefst réttrar stærðar plánetu
Nýleg rannsókn sýnir að plánetur þurfa að vera af tiltekinni stærð til að vera lífvænlegar. Framandi hnettir þurfa að hafa minnst 2,7 prósent af massa jarðar til að bera vatn og lofthjúp. Sé massinn hins vegar tvisvar sinnum meiri minnka verulega möguleikar á lífi.
Vatn hverfur frá litlum plánetum
Plánetur með massa sem samsvarar tunglinu teljast ekki vera lífvænlegar óháð því hvort þær eru á braut um stjörnu sína á svokölluðu gullbrársvæði. Það stafar af því að þyngdarkraftur þeirra er svo lítill að vatn sem gufar upp hverfur beint út í geim. Auk þess dynur sólvindurinn óhindrað á slíkum plánetum með eyðileggjandi geislum.
Stærð á við Mars veitir lofthjúp
Bergplánetur með massa á við Mars eða stærri eru líklegar til að geta myndað og haldið lofthjúp föstum sem gerir fljótandi vatn á yfirborðinu mögulegt. Pláneturnar geta þó, rétt eins og Mars, á milljónum ára misst stærstan hluta lofthjúpsins þar sem þær eru ekki nægjanlega stórar til að hafa verndandi segulsvið sem sveigir geislunina – einnig nefnt vindur – frá stjörnum sínum.
Stærri plánetur hafa eldfjöll
Plánetur með sama massa og jörðin og með massa sem er allt að tvöfalt stærri geta verið með verndandi segulsvið og lofthjúp. Auk þess geta þær verið með eldvirkni sem losar um vatn, metan og koltvísýring sem á þátt í að mynda stöðugan og heppilegan hita. Fjarplánetur með meiri massa eru líklega gasplánetur þar sem litlar líkur eru á að líf dafni.
Líf krefst réttrar stærðar plánetu
Nýleg rannsókn sýnir að plánetur þurfa að vera af tiltekinni stærð til að vera lífvænlegar. Framandi hnettir þurfa að hafa minnst 2,7 prósent af massa jarðar til að bera vatn og lofthjúp. Sé massinn hins vegar tvisvar sinnum meiri minnka verulega möguleikar á lífi.
Vatn hverfur frá litlum plánetum
Plánetur með massa sem samsvarar tunglinu teljast ekki vera lífvænlegar óháð því hvort þær eru á braut um stjörnu sína á svokölluðu gullbrársvæði. Það stafar af því að þyngdarkraftur þeirra er svo lítill að vatn sem gufar upp hverfur beint út í geim. Auk þess dynur sólvindurinn óhindrað á slíkum plánetum með eyðileggjandi geislum.
Stærð á við Mars veitir lofthjúp
Bergplánetur með massa á við Mars eða stærri eru líklegar til að geta myndað og haldið lofthjúp föstum sem gerir fljótandi vatn á yfirborðinu mögulegt. Pláneturnar geta þó, rétt eins og Mars, á milljónum ára misst stærstan hluta lofthjúpsins þar sem þær eru ekki nægjanlega stórar til að hafa verndandi segulsvið sem sveigir geislunina – einnig nefnt vindur – frá stjörnum sínum.
Stærri plánetur hafa eldfjöll
Plánetur með sama massa og jörðin og með massa sem er allt að tvöfalt stærri geta verið með verndandi segulsvið og lofthjúp. Auk þess geta þær verið með eldvirkni sem losar um vatn, metan og koltvísýring sem á þátt í að mynda stöðugan og heppilegan hita. Fjarplánetur með meiri massa eru líklega gasplánetur þar sem litlar líkur eru á að líf dafni.
Vísindamenn hafa kortlagt sporbrautir, stærðir og massa fjarplánetna undanfarin 30 ár og nú hefst mikil vinna við að greina betur öll þessi gögn.
Einn áfangi náðist þegar vísindamenn greindu athuganir frá Hubble-sjónaukanum og fundu merki um vatnsgufu í lofthjúp einnar plánetu í öðru sólkerfi.
Enn ein plánetan var komin fram sem gæti verið lífvænleg þar sem hún er á braut um stjörnu sína í heppilegri fjarlægð og líkist jafnframt jörðinni hvað stærð varðar.
Stjarnfræðingar hafa þar með fundið markverða vísa sem gera þeim kleift að halda inn í sannkallaða gullöld hvað varðar leitina að lífi í alheimi.
NASA hefur fundið plánetu sem líkist jörðinni – sjáðu hvernig hún lítur út hér:
Hvar gæti lífið verið?
Árið 1993 skilgreindi stjarnfræðingurinn James Kasting hugtakið „lífvænlegt svæði“. Fljótandi vatn er grunnur alls lífs eins og við þekkjum það.
Því hljótum við, sagði Kasting, að þurfa að ákvarða þá fjarlægð frá stjörnu þar sem hitinn felur í sér að vatnið hvorki gufar upp né frýs.
Þetta lífvænlega svæði fékk gælunafnið „gullbrársvæðið“ eftir ævintýrinu þar sem grauturinn mátti hvorki vera of heitur eða of kaldur.
Skilgreiningin hefur síðan virkað eins og viðmið fyrir það hvernig vísindamenn greina önnur sólkerfi í leit að lífi.
Tveimur árum eftir að grein Kastings kom út fundu stjarnfræðingar 51 Pegasi b, fyrstu fjarplánetuna sem er á braut um stjörnu sem líkist sólu okkar.
Ljós afhjúpar vatn á plánetu
Með geimsjónaukanum Hubble hafa stjarnfræðingar greint stjörnuljósið sem síast í gegnum lofthjúpinn á plánetu sem kölluð er K2-18b. Ljósið sýnir merki um nokkuð sem vísindamenn hefur dreymt um: vatnssameindir.
Stjörnuljós kastar geislum af K2-18
Vísindamenn hafa fundið merki um vatn í ljósi sem hefur ferðast í gegnum lofthjúp plánetunnar K2-18, sem er í 110 ljósárafjarlægð.
Ljós frá stjörnu skellur á lofthjúp plánetu
Fjarplánetan K2-18b sem er í 110 ljósára fjarlægð frá jörðu, gengur fram fyrir stjörnu sína. Sjónaukinn Hubble sér nú plánetuna upplýsta aftan frá og hluti af stjörnuljósinu skín í gegnum lofthjúpinn á K2-18b.
Sameindir taka upp og dreifa ljósinu
Sameindir í lofthjúpnum draga í sig ljós á sumum bylgjulengdum og dreifa ljósi á öðrum bylgjulengdum. Út frá bylgjulengdunum geta stjarnfræðingar ráðið í hvaða sameindir er um að ræða – t.d. vatn, ildi, metan eða koldíoxíð.
Vatn setur fingrafar sitt á ljósið frá plánetunni
Lofthjúpur K2-18b dregur einkum í sig ljós á bylgjulengdum í kringum 1.400 nanómetra – það samsvarar innrauðu ljósi sem vatnssameindir taka í sig. Vísindamenn telja jafnvel að regnský sé líklega að finna á K2-18b.
Plánetan fannst með aðstoð aðferðar þar sem stjarnfræðingar mæla frávik í bylgjulengd stjörnuljóss sem stafar af þyngdarkrafti plánetunnar en hún togar í stjörnu sína á leiðinni umhverfis hana.
Út frá þessum frávikum ljóssins má reikna út massa plánetunnar. Því meiri massi, þess meira „teygist“ hluti ljóssins út og verður rauðara meðan hluti þess „þrýstist“ saman og verður blárra.
Gullbrársvæðið finnst
Frá árinu 1995 hafa stöðugt verið smíðaðir stærri og skarpari sjónaukar á jörðu og eins hafa verið sendir út í geim þróaðir geimsjónaukar í leitinni að fjarplánetum.
Stjarnfræðingar hafa ekki einungis getað greint massa plánetna, eins og var raunin með 51 Pegasi B, heldur einnig þvermál þeirra.
1 = Of kalt. 2 = Lífvænlegt svæði. 3 = Of kalt.
Líf getur einungis dafnað á „gullbrársvæðinu“
Lífvænlegt svæði nærri stjörnu kallast einnig „gullbrársvæðið“ eftir ævintýrinu um Gullbrá og birnina þrjá. Nafnið vísar til þess að pláneta má hvorki vera of heit eða of köld til að vatn geti verið fljótandi þannig að líf geti myndast og þróast, einmitt eins og gerðist hér á jörðu. Sé plánetan of heit mun allt vatn gufa upp. Ef plánetan er of köld frýs vatnið og hamlar þróun lífs. Hitastig plánetu ræðst af fjarlægð til stjörnu hennar og styrks stjörnunnar. Þess heitari sem stjarnan er því lengra í burtu er að finna lífvænlegt svæði.
1 – Of heitt
Hitastigið er það hátt að vatn myndi gufa upp á yfirborði pláneta á þessu svæði.
2 – Lífvænlegt svæði
Rétt eins og á Jörðinni er fjarlægðin til stjörnunnar nákvæmlega þannig að vatn getur flotið á yfirborðinu.
3 – Of kalt
Vatn nær ekki að fljóta á yfirborðinu en getur verið frosið
Geimsjónaukinn CHEOPS sem var sendur á loft í desember 2019, á einmitt að staðfesta þvermál þeirra plánetna sem þegar hafa fundist með aðstoð sjónauka á jörðu niðri.
Þvermálið má finna með þvergönguaðferðinni þar sem vísindamenn mæla hve mikið ljósstyrkur stjörnunnar minnkar þegar plánetan gengur framan fyrir hana.
Þegar stjarnfræðingar vita bæði massa plánetunnar og stærð geta þeir reiknað út þéttleika hennar og þar með hvort plánetan sé t.d. gasrisi, eins og Júpíter og Satúrnus eða bergpláneta eins og jörðin og Venus.
Núna hafa um 4.000 fjarplánetur fundist með sjónaukum eins og Hubble, Kepler og Spitzer. Stjarnfræðingar búa yfir nákvæmri skrá yfir plánetur og „gullbrársvæðið“ er ekki lengur einungis hugtak sem er upprunnið úr heimi ævintýranna, heldur vel staðfest fyrirbæri.
Geimsjónaukinn CHEOPS á að mæla radíus plánetna þannig að stjarnfræðingar geti reiknað út þéttleika þeirra.
Vatnsgufa opnar nýtt tímaskeið
Í september 2019 bættu stjarnfræðingar merkilegu púsli í púsluspilið um líf í alheimi þegar ný rannsókn sýndi fram á vatn í lofthjúpi plánetunnar K2-18b.
Plánetan er í um 110 ljósára fjarlægð frá sólkerfi okkar og er með átta sinnum meiri massa en jörðin og kallast því ofurjörð.
Plánetan er nærri stjörnu sinni og það tekur hana einungis 33 daga að komast heilan hring meðan hiti hnattarins er hóflegur þar sem stjarnan er töluvert daufari en sól okkar.
Og þegar stjarnfræðingar rannsökuðu K2-18b, með aðstoð Hubble-sjónaukans, sáu þeir að sumt af ljósi frá stjörnu hennar var tekið upp af sameindum þegar það fór í gegnum lofthjúp plánetunnar.
Bylgjulengdirnar á því ljósi sem „hvarf“ á leiðinni passa ágætlega við vel þekkta sameind sem getur tekið í sig ljós – H2O.
Vísindamenn höfðu fundið vatnsgufu í lofthjúpnum og frekari greiningar bentu til að rigning geti mögulega fyrirfundist á K2-18b.
Þessi greining á tilvist vatnsgufu staðfestir enn frekar hugtakið gullbrársvæði.
Þrátt fyrir að vísindamenn séu enn í vafa um hversu góð skilyrði fyrir líf eru á K2-18b, markar fundur þessi þáttaskil. Og þar með upphaf á nýju tímaskeiði í rannsóknum á geimnum.
Nú súma vísindamenn inn á plánetur sem eru svo líkar jörðu að mögulega er hægt með vísindalegri þekkingu að finna þar lífsmörk.
Við höfum þannig haldið frá því að kortleggja „gullbrárplánetur“ yfir í að gera beinharðar athuganir sem munu ráða hvor af tveimur möguleikum Arthur C Clarke sé réttur: Erum við alein – eða erum við það ekki?
FIMM PLÁNETUR ÞAR SEM LÍFIÐ GÆTI NOTIÐ SÍN
Stjarnfræðingar eru með skrá yfir plánetur sem lofa hvað bestu, sem og nýja öflugari sjónauka til að geta rannsakað nánar merki um líf innan fárra ára.
Ofurjörð tekur við 6% meira ljósi en jörðin
Í aðeins 12,4 ára ljósára fjarlægð frá jörðu er að finna plánetuna GJ 273 b sem er á braut um rauðan dverg sem nefnist stjarna Luytens. Eitt ár á plánetunni varir í 18,6 sólarhringa og fjarlægðin til stjörnunnar er um tíundi hluti fjarlægðarinnar milli jarðar og sólu. Plánetan tekur engu að síður einungis við 6% meira af sólarljósi en jörðin þar sem stjarna Luytens er dauf. Því gæti GJ 273 b sem er svonefnd ofurjörð og vegur næstum þrisvar sinnum meira en jörðin, kannski verið lífvænleg ef plánetan er bæði með lofthjúp og vatn.
Eldfjallapláneta er gamall frændi jarðar
Kepler-452b er jarðarlík fjarpláneta á braut um stjörnu sem minnir á sól okkar. Plánetan er 385 daga að ferðast hringinn í kringum stjörnu sína og hún er einungis 5% lengra í burtu en jörðin er frá sólu. Kepler-452b er líklega bergpláneta og sérfræðingar telja að ský og eldfjöll kunni að finnast á henni. Þetta tvennt gæti veitt lífi góð skilyrði þar sem það bendir til plánetu sem losar stöðugt gas, hefur lofthjúp og stöðugan hita.
Nýuppgötvuð pláneta minnir mest á jörðina
Sumarið 2019 opinberuðu stjarnfræðingar við Göttingen Universitet að þeir hefðu fundið tvær plánetur á braut um dvergstjörnuna Teegarden´s Star í 12,5 ljósára fjarlægð frá jörðu. Sú sem er nær stjörnunni og nefnist Teegarden b hefur vakið áhuga manna. Plánetan er svo nærri stjörnu sinni að það tekur hana einungis 4,9 sólarhringa að fara einn hring um hana. Fram til þessa er Teegarden b sú fjarpláneta sem líkist mest jörðu hvað varðar t.d. þvermál, þéttleika og yfirborðshita.
Sjö systurplánetur geta hýst líf
Árið 2016 opinberuðu stjarnfræðingar ótrúlegan fund á sjö jarðarlíkum fjarplánetum á braut um sömu stjörnu, Trappist-1, í einungis 40 ljósára fjarlægð frá jörðu. Af þessum sjö plánetum áætla stjarnfræðingar við University of Washington að sú fjórða – Trappist-1e – sé líklegust til að hafa loftslag á við jarðar. Trappist-1e er líklega í samhæfðum snúningi í kringum stjörnu sína sem felur í sér að hún er með viðvarandi daghlið og viðvarandi næturhlið. Líkurnar á að finna fljótandi vatn – og þar með líf – er mestur á skilunum milli tveggja hliða plánetunnar þar sem hitinn er hvorki of hár né of lítill.
SJÓNAUKAR LEITA FRAMANDI MENNINGARHEIMA
Brátt getum við athugað hvaðeina, allt frá ljósi plantna til sólarsella og geimfara framandi menninga. Stjarnfræðingurinn Avi Loeb telur að í náinni framtíð getum við nýtt nýja sjónauka til að skerpa sjónina á líf í öðrum sólkerfum.
Ímyndaðu þér framtíð þar sem búið er að svara því hvort að líf finnist fyrir utan sólkerfi okkar.
Sannað er að líf finnst á þúsundum eða milljónum hnatta úti í geimnum.
Metangas frá meltingarkerfum frumstæðra dýra hefur verið greint með háþróuðum sjónaukum og ljósið frá geimskipum hámenningar hefur sést.
Hljómar þetta eins og helber vísindaskáldskapur? Það telur hinn 58 ára gamli Avi Loeb alls ekki. Hann er kennilegur eðlisfræðingur, stjarnfræðingur og forkólfur hjá Harvards Institute for Astronomy.
„Við vitum ekki hvort það finnist líf annars staðar,“ staðhæfir Avi Loeb í byrjun þegar Lifandi vísindi ná honum í símann í Boston.
„En við vitum að raunverulegar aðstæður á milljörðum plánetna í Vetrarbrautinni einni saman líkjast þeim hér á jörðu.
Og okkar stjörnuþoka er bara ein af þúsundum milljarða í sýnilegum alheimi. Því finnst mér það hrokafullt að staðhæfa að við séum svona sérstök og að aðstæður á jörðu sé ekki að finna annars staðar.
Mér finnst það algjörlega eðlilegt að líf eins og við þekkjum það finnist annars staðar í geimnum – og jafnvel líf sem er langtum þróaðra.“
Tæknigeta geimvera markar sín spor.
Greinilegustu merki háþróaðra samfélaga gæti falist í tæknigetu þeirra. Stjarnfræðingar hyggjast leita eftir svokölluðum tæknivísum – merkjum eins og geislum frá geimskipum, mengun í lofthjúpi og jafnvel götulýsingu í stórborgum á fjarplánetum.
Greindar geimverur menga lofthjúpinn
Gróðurhúsalofttegundir eru efnasambönd milli klórs, flúors og kolefnis og myndast hér á jörðu í verulegu magni með iðnaði. Því getur mikið magn af gróðurhúsalofttegundum í lofthjúpi á fjarplánetu verið til marks um menningarsamfélög sem hafa náð ákveðinni tæknilegri getu.
Götulýsing afhjúpar borgir geimvera
Ljósið frá stórborg eins og Tókýó myndi vera sýnilegt ef jörðin væri rannsökuð frá jaðri sólkerfisins með einum af stærstu núverandi sjónaukum okkar. Stjarnfræðingar telja að við getum nýtt næstu kynslóð öflugra sjónauka til þess að svipast eftir lýsingu á næturhlið plánetu í öðrum sólkerfum.
Geimskip senda frá sér sterkt ljós
Núverandi eldflaugar og geimskip eru knúin með efnabruna en háþróuð menning mun að líkindum nýta aðferðina „directed energy propulsion“ til þess að ná meiri hraða. Öflugum leysigeisla er skotið að ljósasegli og knýr farartækið hratt áfram. Greina má þetta öfluga ljós frá leysinum með sjónauka.
Það er ekki bara að líf finnist þarna úti, telur Avi Loeb, hann útskýrir einnig að nú séum við farin að öðlast tæknilega getu til að finna merki um geimverur.
Þar með getur stjarnfræðin tekið risastökk í leitinni að lífi í geimnum.
Frá því að fyrstu fjarpláneturnar fundust fyrir um 30 árum og fram til dagsins í dag höfum við fylgst með því hvort plánetur „geti“ verið með fljótandi vatn og einnig hvort þær „geti“ verið lífvænlegar.
Nú súmum við inn og leitum eftir beinhörðum lífsmörkum. Ekkert meira „geti“ – nú varðar það „eru“: Er líf á þessari plánetu?
Samkvæmt Avi Loeb munu fjölmargir nýir sjónaukar og framfarir innan tækninnar veita okkur svarið.
Er líf þarna úti og ef svo er: Hvar? Hér eru hugmyndir hins þekkta stjörnufræðings Frank Drake:
Stjörnufræðingurinn Frank Drake er einnig kallaður „faðir“ leitarinnar að vitsmunalífi í alheiminum og hefur verið ákafur talsmaður þess síðan á sjöunda áratugnum að beina sjónaukum út í geim til að finna merki um háþróaða siðmenningar.
Nýir sjónaukar skerpa sýnina
Þekking okkar á fjarplánetum hefur orðið mun meiri á nokkrum áratugum en við höfum ennþá einungis óljósa hugmynd um hvernig þær líta út.
Sjónaukar okkar duga ekki til vegna gríðarlegra fjarlægða í alheimi. Það er erfitt að fanga ljós frá fjarplánetum, einkum þar sem þær hverfa auðveldlega í ljósi stjarna sinna.
Eftir að vatnsgufa fannst á fjarplánetunni K2-18b útskýrði stjarneðlisfræðingurinn Ingo Waldman sem dæmi fyrir netmiðlinum The Verge hve örðugt það er að rannsaka plánetu úr 110 ljósára fjarlægð: Það samsvarar því að vera staddur í New York og reyna að ákvarða litinn á vængjum mýflugu sem fer fyrir ljósið frá ljóskastara í London.
Stjarnvísindamaður trúir á líf í alheimi
Abraham „Avi“ Loeb (f. 1962 í Ísrael) varð doktor í stjarneðlisfræði 24 ára gamall og er í dag stjarnfræðingur og stjórnandi hjá Institute for Astronomy í Harvard. Hann er vel þekktur fyrir baráttu sína fyrir því að meira fjármagni sé veitt í leitina að lífi og þá einkum skyni bornu lífi fyrir utan sólkerfi okkar. Avi Loeb telur m.a. það vera mikinn hroka að ætla að við mennirnir á jörðu séum einir í alheimi. Hann hefur gefið út fjórar bækur og yfir 700 rannsóknargreinar um líf í geimnum og svarthol. Árið 2012 útnefndi Time Magazine hann sem einn af 25 áhrifamestu manneskjum á sviði geimvísinda.
En næstu kynslóðir öflugra sjónauka munu brátt veita stjarnfræðingum nýja möguleika á að rannsaka betur pláneturnar.
Í Chile á sjónaukinn Vera C. Rubin Observatory (VCRO) t.d. frá árinu 2022 að byggja upp nákvæmt myndaalbúm af næturhimninum með því að taka myndir af honum í um tíu ára skeið.
Búist er að við því að sjónaukinn muni uppgötva fjöldan allan af nýjum fjarplánetum og frá árinu 2025 getur hinn 39,4 metra stóri sjónauki European Extremely Large Telescope (ELT) rannsakað pláneturnar nánar.
Þvermálið á stærsta spegli ELT er fjórum sinnum stærra en á núverandi stærsta optíska sjónauka á jörðu niðri.
Og í geiminn höfum við sent upp sjónaukann James Webb Space Telescope sem er með spegil sem hefur 6,5 metra þvermál en það er mun stærra en fyrirrennarinn Hubble með sína 2,4 metra.
LESTU EINNIG
Auk þess að búa yfir spegli sem getur fangað meira ljós er James Webb-sjónaukinn hannaður til að greina ljós á innrauðum bylgjulengdum ólíkt Hubble sjónaukanum sem greinir útfjólublátt og sýnilegt ljós.
Því er James Webb-sjónaukinn heppilegri til þess að rannsaka lofthjúpa á fjarplánetum.
Sameindir vitna um líf
Með James Webb-sjónaukann á sporbraut um jörðu geta stjarnfræðingar um heim allan grandskoðað lofthjúpa til að finna merki sem við vitum út frá okkar eigin hnetti að lífverur skilja eftir sig.
Sem dæmi skapar plöntulífið ljóstillífun og öndun dýralífsins sérstaka hringrás af gasi sem má mæla.
Stjarnfræðingar nefna merki þessi lífsmörk og lífsmörkin geta – fyrir utan t.d. súrefni frá ljóstillífun plantna – verið metangas sem er upprunnið frá dýrum.
Vísindamenn hyggjast með aðstoð James Webb-sjónaukanum styðjast við hárnákvæma ljósrófssjá.
Þegar ljósið frá stjörnu fer í gegnum lofthjúp fjarplánetu og nær síðan til okkar breytist það á leiðinni.
Sumt af ljósinu sveigist en annað draga sameindir í lofthjúpnum í sig.
Tilteknar sameindir draga ljós í sig á ákveðnum bylgjulengdum og því afhjúpar samsetning ljóssins hvort tilteknar sameindir sé þar að finna.
Sameindir í lofthjúpnum vitna um plöntu- og dýralíf
Stjarnfræðingar hafa fundið „fingrafar“ jarðar í formi sérstakrar blöndu af gasi í lofthjúpnum. Fingrafar þetta má nýta fyrir fjarplánetur sem iða af lífi.
1 – Vatn bendir til mögulegs lífs
H2O er tvípóla sem þýðir að sameindin getur tengst mörgum öðrum sameindum. Vatn getur t.d. leyst upp salt og blandað saman næringarefnum og steinefnum sem geta ferðast um í frumum lífvera með hjálp vökvans.
2 – Súrefni er kóngur lífsmarkanna
Súrefni hvarfast auðveldlega við aðrar sameindir. Þess vegna þarf mikið af því til að það geti viðhaldist í lofthjúpi. Á jörðu endurnýjast súrefnið fyrir tilstuðlan plantnanna. Með innrauðum sjónaukum getum við fundið merki um súrefni í lofthjúpi fjarplánetna.
3 – Metan getur komið frá dýrum
Á jörðu er metan í lofthjúpnum einkum komið frá meltingu lifandi vera, allt frá termítum til örvera í iðrum kvikfénaðs. Metan í lofthjúpi á fjarplánetu getur því verið til marks um að líf sé þar að finna.
Og við eigum ekki að láta okkur nægja að finna annað hvort súrefni eða metan, útskýrir stjarnfræðingurinn Avi Loeb.
Nái stjarnfræðingar t.d. að mæla tilvist bæði súrefnis og metan í lofthjúpi mun þetta vera sterkar vísbendingar um líf.
Skýringin er sú að metan er svonefnt skerðandi gas sem með tímanum mun fjarlægja súrefni úr lofthjúpnum nema því aðeins að súrefnið sé stöðugt endurnýjað, t.d. með ljóstillífun plantna.
Teymi vísindamanna við McGill University í Kanada hefur rannsakað róf ljóss sem má lesa út frá gasinu í lofthjúp jarðar.
Þannig hafa þeir fundið út „fingrafar jarðar“. Ljósróf þetta nær yfir blöndu jarðar af vatni, metani, súrefni og koltvísýringi.
Fingrafarið geta stjarnfræðingar nýtt til samanburðar þegar þeir rannsaka lofthjúpa fjarplánetna.
Stjörnuskin afhjúpar andardrátt lífsins
Efni sem eru til marks um líf má sjá með því að greina lofthjúp fjarplánetna með litrófssjá. Þegar pláneta gengur framan við stjörnu sína, séð frá okkur, mun hún skyggja á hluta ljóssins en annað ljós mun fara utan með plánetunni meðan lítill hluti þess fer í gegnum lofthjúpinn áður en það nær til jarðar. Á leiðinni um lofthjúpinn rekst ljósið á sameindir í mismunandi gasi og breytileiki sameindanna felur í sér að þær taka til sín ljós á mismunandi bylgjulengdum. Þegar vísindamenn greina lofthjúpinn á fjarplánetu leita þeir eftir þeim bylgjulengdum í ljósrofinu – frá útfjólubláu yfir í sýnilegt og innrautt ljós – þar sem mesta fall verður í ljósstyrknum. Sérhver sameind – t.d. vatn eða súrefni – hefur sitt eigið svokallað aðsogsróf sem er röð lítilla bila sem dreifast yfir ljósrófið þar sem sameindirnar taka mest ljós til sín. Þetta má lesa með greiningu.
Sólarsellur lýsa um nætur
Lífsmörk innan stjarnfræði verða sífellt vinsælla rannsóknarsvið. En Avi Loeb útskýrir að sumir sérfræðingar hafi þegar gengið lengra en að einblína á lofthjúpa og sem dæmi hyggjast þeir leita eftir ljósi frá plöntum í höfum á fjarplánetum, því kannski sendir gróðurinn þar frá sér rautt ljós þegar útfjólublátt ljós skellur á honum frá stjörnu – fyrirbæri sem nefnist lífljómun og er vel þekkt frá okkar eigin plöntum.
Stjarnfræðingar nefna einnig ljós plantnanna „rauðu brúnina“ vegna lit ljóssins og þetta má einnig finna á fjarplánetu.
„Við getum leitað eftir þessari sömu rauðu brún á plánetum á brautum um aðrar stjörnur sem geta bent til að þar finnist gróður á yfirborðinu, útskýrir Avi Loeb.
Ef við finnum ljós frá plöntu verður það eitt og sér stórbrotið afrek. En Avi Loeb telur að leitin að lífi þurfi að vera metnaðarfyllri en svo: Við eigum að leita eftir greindum geimverum.
Sem dæmi geta stjarnfræðingar nýtt sömu meginreglu sem á við um „rauðu brúnina“ til þess að leita eftir sólarsellum á framandi plánetum.
Ef framandi hámenning nýtir sólarsellur eins og við þekkjum þær munu sellurnar endurkasta ljósi á styttri bylgjulengdum en plöntur og því veita „tilbúna brún“ sem er fremur bláleit en rauðleit.
„Það gæfi til kynna líf með greind og fyrir slíkt líf gætum við séð lífsmörkin úr meiri fjarlægð því þau kunna að vera öflugari,“ segir Avi Loeb sem er meira að segja að hugsa um tiltekna fjarplánetu: Proxima b.
Sjálflýsandi kórallar sýna líf í höfunum
Á jörðu umbreyta kórallar skaðlegu útfjólubláu ljósi frá sólu í sýnilegt ljós sem sést úr mikilli fjarlægð. Með því að leita eftir þessu fyrirbæri sem nefnist lífljómun, getum við fundið lifandi verur í höfum framandi hnatta.
Stjörnur gefa frá sér útfjólublátt ljós
Stjarna í framandi sólkerfi sendir frá sér útfjólublátt ljós sem venjulega er skaðlegt lífi. Rauðir dvergar senda frá sér mikið af þessum skaðlegum bylgjulengdum útfjólublás ljóss.
Kórall tekur í sig ljós
Kórallar á jörðu innihalda prótín til varnar skaðlegum útfjólubláum geislum sólar og breyta því í sýnilegt ljós. Sama fyrirbæri kann að finnast á fjarplánetum, t.d. í Vetrarbrautinni, þar sem stór hluti stjarnanna eru rauðir dvergar sem oft senda frá sér útfjólubláa blossa.
Útfjólubláu ljósi breytt í sýnilegt ljós
Ljóseindir úr útfjólubláu ljósi ná til flúrljómandi sameinda kóralla sem örva rafeindir – þær fá til sín orku og fara á hærra orkusvið. Þegar rafeindin fellur aftur í fyrri stöðu sendir hún orku frá sér í formi ljóseinda með sömu bylgjulengd og sýnilegt ljós.
Kórallar lýsa upp plánetu
Ljós kóralanna er svo sterkt að það mun sjást í öðru sólkerfi hér frá jörðinni.
Sjónauki fangar ljósið
Sérfræðingar telja að komandi sjónauki ELT sem verður með 39 metra breiðan spegil, geti fangað ljós frá kóröllum á fjarplánetum. ELT er heppilegur í þetta verkefni þar sem hann verður stærsti sjónauki smíðaður til að fanga sýnilegt og innrautt ljós á þeim bylgjulengdum sem kórallar senda frá sér.
Plánetan er á braut um nágrannastjörnur sólar, Proxima Centauri en er u.þ.b. 20 sinnum nær stjörnu sinni en jörðin er sólu.
Hins vegar skín Proxima Centauri mun veikar en okkar stjarna.
Þessi litla fjarlægð til stjörnunnar felur í sér að plánetan er læst í föstum snúningi við stjörnuna þannig að hún er, rétt eins og máninn, með myrkvaða hlið og daghlið.
„Ef það er að finna siðmenningu á plánetunni gæti hún hafa smíðað sólarsellur á daghliðinni til þess að framleiða straum til að lýsa upp myrkvuðu hliðina eða flytja varma.
Og þessu getur maður auðveldlega komist að með því að finna frávik í því magni ljóss sem plánetan sendir frá sér, samanborið við ljósmagnið í þeim aðstæðum, þar sem plánetan myndi vera með alveg myrkvaða næturhlið,“ segir Avi Loeb.
Horfnar stjörnur kunna að vera framandi menningarsamfélög
Vísindamenn hafa borið saman stjörnuhimininn um miðja síðustu öld við myndir teknar í sjónaukum á síðustu fimm árum og kortlagt allar stjörnur sem eru sýnilegar á gömlu myndunum en ekki þeim nýju. Þeir benda á að stjörnurnar kunna að hafa hrunið saman en koma jafnframt með þá skýringu að framandi menningarsamfélög kunni að hafa smíðað gríðarmiklar byggingar í geimnum sem skyggja á stjörnuna. Meðal annars nefna þeir svonefnt Dysonhvolf – „skel“ sem samanstendur af sólarsellum utan um stjörnu til þess að fanga orku hennar.
Götulýsing þvert yfir alheim
Avi Loeb veit að margir stjarnfræðingar gagnrýna hann fyrir að koma fram með svo óraunsæjar kenningar.
En honum er slétt sama. Hann nefnir svarthol og þyngdarbylgjur sem dæmi um það að vísindin geti fyrst staðfest kenningar áratugum eftir að þær voru settar fram.
Sjálfur setti hann fram kenningu árið 2011, þegar hann birti, ásamt kollega sínum Edwin Turner frá Princeton University, fræðigrein, þar sem þeir reiknuðu út að ljósið frá Tókýóborg um nætur gæti sést með Hubble sjónaukanum frá Kuiper-beltinu – fjarlægu belti úr loftsteinum og smástirnum sem er um 100 sinnum lengra burt frá sólu en jörðin.
Í sömu grein komust fræðimennirnir tveir að því að ljósið frá t.d. tæknilegri hámenningu – eða réttara sagt það hvernig ljósið dofnar þegar fjarplánetan fjarlægist okkur – megi lýsa með allt annarri jöfnu en á við um það ljós stjarna sem endurkastast með náttúrulegum hætti frá yfirborði plánetna.
Viðtekin þekking á þessu sviði kvað á um að jöfnurnar myndu vera eins en með greininni sýndu Loeb og kollegi hans fram á að það sé í það minnsta fræðilega mögulegt að greina á milli tilbúins ljóss og náttúrulegs:
„Þegar fólk telur að það viti fyrirfram svarið, rannsakar það ekki hvort það sé í raun rétt,“ segir Avi Loeb.
Stjörnufræðingar efla leitina að lífi:
Á síðustu árum hafa vísindamenn boðið upp á tímamótauppgötvanir og nýstárlegar aðferðir í leitinni að lífi í geimnum. Árið 2019 fundu stjörnufræðingar við University College í London vatn í fyrsta skipti á jarðarlíkri plánetu á braut um stjörnu sína á svokölluðu gullbráarsvæði, þar sem hvorki er of heitt né of kalt þannig að vatn haldist fljótandi. Og gullbrársvæðið á ekki aðeins við um fjarlægðir til stjarna segir hópur vísindamanna frá Harvard háskólanum. Það á einnig við um stærðir pláneta. Þær mega ekki vera of litlar og heldur ekki of stórar. Stjörnufræðingar við Cornell háskólann í Bandaríkjunum ætla að leita að lýsandi kórölum á fjarplánetum og NASA beinir nú sjónum að því hvernig við finnum tæknivæddar siðmenningar í alheiminum.
Geimför senda frá sér ljósblik
Kannski þurfum við ekki að rýna til svo fjarlægra svæða til að finna merki um hátæknilegar geimverur.
Ef til vill hafa þær komið til okkar. Þann 19. október 2017 greindu stjarnfræðingar torkennilegt fyrirbæri sem var nefnt ´Oumuamua, á leið í gegnum sólkerfið.
Fyrirbærið var með hröðun sem jafnan á við um halastjörnur.
En stjarnfræðingarnir gátu ekki fundið nokkurn hala á „halastjörnunni“ og fyrir vikið pældi Avi Loeb í því hvort hröðunin gæti komið frá ljósasegli.
Þá er geislunarþrýstingur frá ljósgjafa – t.d. leysigeisla – nýttur til að knýja geimfar áfram með því að senda ljósið að endurkastandi segli.
Tæknin felur í sér möguleika til að knýja geimför mun hraðar áfram en með nútíma eldflaugum.
Kannski, segir Loeb, hefur framandi menning þegar náð tökum á þessari tækni og ´Oumuamua væri geimfar frá háþróuðum verum.
LESTU EINNIG
Hvað sem því líður ættum við að leita eftir merkjum um ljósasegl og svipuðum fyrirbærum – t.d. með væntanlegum Vera C. Rubin-sjónauka.
„Búi einhverjar verur yfir svo öflugum ljósgeisla fyrir slík ljósasegl mun mögulega eitthvað af ljósinu leka utan við seglið og þá gætum við séð það ef við horfum í þá átt.
Það myndi birtast sem öflugt ljósblik í stutta stund og við gætum leitað eftir því,“ segir Avi Loeb.
Takist okkur að greina endurkastið frá sólarselluverum á framandi plánetum, mengun menningarsamfélaga eða bliki frá geimförum þeirra myndi það ekki einungis umbylta stjarnfræðinni – og að líkindum hefja nýtt geimkapphlaup.
Það gæti opnað fyrir algjörlega nýjan skilning á tilveru okkar í alheimi, segir Avi Loeb.
„Ef geimverurnar hafa t.d. haft einn milljarð ára til að þróa þekkingu sína og tækni gætu þeir verið sem guðir fyrir okkur. Þá myndi ég spyrja geimverurnar hver sé tilgangurinn með lífinu. Þetta er grundvallarspurning mannkyns og kannski vita þær svarið.“
