Superteleskopene kommer, enorme jordbaserede og pladsbaserede observatorier, der lader os direkte observere atmosfærerne i fjerne verdener. Vi ved, at der er liv på Jorden, og vores atmosfære fortæller historien, så kan vi gøre det samme med ekstrasolære planeter? Det viser sig at komme med en enkelt biosignatur, et kemikalie i atmosfæren, der fortæller dig, at ja, absolut, der er liv på den verden, er virkelig hårdt.
Jeg må indrømme, jeg har været temmelig dårlig for dette i fortiden. I gamle episoder med Astronomy Cast og Weekly Space Hangout, selv her i Guide to Space, har jeg sagt, at hvis vi bare kunne prøve prøven fra en fjern verden, kan vi sige med overbevisning, hvis der er liv der.
Detekterer bare ozon i atmosfæren eller metan eller endda forurening, og du kan sige, "der er liv der." Nå, fremtidige Fraser er her for at rette forbi Fraser. Mens jeg beundrer hans naive entusiasme for søgen efter udlændinge, viser det sig som altid, at tingene bliver sværere, end vi tidligere troede.
Astrobiologer kæmper faktisk for at finde ud af en biosignatur med en rygerpistol, der kunne bruges til at sige, at der er liv derude. Og det skyldes, at naturlige processer ser ud til at have smarte måder at narre os på.
Hvad er nogle potentielle biosignaturer, hvorfor er de problematiske, og hvad skal der til for at få denne bekræftelse?
Lad os starte med en verden tæt på hjemmet: Mars.
I næsten to årtier har astronomer opdaget store skyer af metan i Mars 'atmosfære. Her på Jorden kommer methan fra levende væsener, som bakterier og pirrende køer. Endvidere nedbrydes methan let af sollys, hvilket betyder, at dette ikke er ældgamle metan-rester fra milliarder af år siden. Nogle processer på Mars er konstant at genopfylde den.
Men hvad?
Nå, ud over livet, kan metan dannes naturligt gennem vulkanisme, når klipper interagerer med opvarmet vand.
NASA forsøgte at komme til bunden af dette spørgsmål med ånderne og mulighederne, og det var forventet, at nysgerrighed skulle have værktøjerne om bord til at finde kilden til metan.
I løbet af flere måneder opdagede nysgerrighed et boost af metan dernede på overfladen, men selv det har ført til en kontrovers. Det viser sig, at roveren selv bar metan og kunne have forurenet området omkring sig selv. Måske den metan, det detekterede, kom fra sig selv. Det er også muligt, at en stenet meteorit faldt i nærheden og frigav noget gas, der forurenede resultaterne.
Det Europæiske Rumagenturs ExoMars-mission ankom Mars i oktober 2016. Selvom Schiaparelli Lander blev ødelagt, overlevede Trace Gas Orbiter rejsen og begyndte at kortlægge Mars-atmosfæren i detaljer, og søgte efter steder, der kunne udluftes metan, og så langt, har vi ikke endelige resultater.
Med andre ord, vi har en flåde af orbiters og landere på Mars, udstyret med instrumenter, der er designet til at snuse ud den svageste tan af metan på Mars.
Der er nogle virkelig spændende tip om, hvordan metaniveauet på Mars ser ud til at stige og falde med årstiderne, hvilket indikerer liv, men astrobiologer er stadig ikke enige.
Ekstraordinære påstande kræver ekstraordinære beviser og alt det.
Nogle teleskoper kan allerede måle atmosfærer fra planeter, der kredser rundt om andre stjerner. I det sidste årti har NASAs Spitzer-rumteleskop kortlagt atmosfærerne fra forskellige verdener. For eksempel er her et kort over den varme jupiter HD 189733b
. Stedet suger, men wow, for at måle en atmosfære af en anden planet, der er temmelig spektakulær.
De udfører denne bedrift ved at måle stjernens kemikalier, mens planeten passerer foran den, og måler den derefter, når der ikke er nogen planet. Det fortæller dig, hvilke kemikalier planeten bringer til festen.
De var også i stand til at måle atmosfæren i HAT-P-26b, som er en relativt lille Neptun-størrelse verden, der kredser om en nærliggende stjerne, og blev overrasket over at finde vanddamp i planetens atmosfære.
Betyder det, at der er liv? Uanset hvor vi finder vand på Jorden finder vi liv. Nej, du kan helt få vand uden at have liv.
Når det lanceres i 2019, vil NASAs James Webb-rumteleskop tage denne atmosfæriske sansning til næste niveau, så astronomer kan studere atmosfærerne i mange flere verdener med en meget højere opløsning.
Et af de første mål for Webb er TRAPPIST-1-systemet med sine halvt dusin planeter, der kredser rundt i den beboelige zone af en rød dværgstjerne. Webb skal være i stand til at registrere ozon, metan og andre potentielle biosignaturer for livet.
Så hvad skal der til for at kunne se en fjern verden og vide med sikkerhed, at der er liv der.
Astrobiolog John Lee Grenfell fra det tyske luftfartscenter oprettede for nylig en rapport, der gennemgik alle de exoplanetære biosignaturer, der kunne være derude, og gennemgik dem for, hvor sandsynligt de var for at være en indikation på livet i en anden verden.
Det første mål vil være molekylært ilt eller O2. Du trækker vejret lige nu. Nå, 21% af hvert åndedrag, alligevel. Oxygen vil vare i atmosfæren i en anden verden i tusinder af år uden kilde.
Den er produceret her på Jorden ved fotosyntesen, men hvis en verden bliver slået af sin stjerne og mister atmosfære, sprænges brintet ud i rummet, og molekylært ilt kan forblive. Med andre ord kan du ikke være sikker på nogen måde.
Hvad med ozon, også O3? O2 omdannes til O3 gennem en kemisk proces i atmosfæren. Det lyder som en god kandidat, men problemet er, at der er naturlige processer, der også kan producere ozon. Der er et ozonlag på Venus, et på Mars, og de er endda blevet opdaget omkring iskolde måner i solsystemet.
Der er nitrogenoxid, også kendt som lattergas. Det produceres som et output af bakterier i jorden og hjælper med at bidrage til Jordens nitrogencyklus. Og der er gode nyheder, Jorden ser ud til at være den eneste verden i solsystemet, der har nitrogenoxid i sin atmosfære.
Men forskere har også udviklet modeller for, hvordan dette kemikalie kunne have været genereret i jordens tidlige historie, da dets svovlrige hav interagerede med nitrogen på planeten. Faktisk kunne både Venus og Mars have gennemgået en lignende cyklus.
Med andre ord ser du måske livet, eller du ser måske en ung planet.
Så er der metan, det kemikalie, vi har brugt så meget tid på at tale om. Og som jeg nævnte, der er methan, der er produceret af livet her på Jorden, men det er også på Mars, og der er flydende oceaner af metan på Titan.
Astrobiologer har foreslået andre kulbrinter, såsom etan, isopren, men disse har også deres egne problemer.
Hvad med de forurenende stoffer, der er udsendt af avancerede civilisationer? Astrobiologer kalder disse "teknosignaturer", og de kan omfatte ting som chlorfluorcarboner eller nuklear nedfald. Men igen ville disse kemikalier være svære at opdage lysår væk.
Astronomer har foreslået, at vi skulle søge efter døde jordarter bare for at sætte en basislinje. Dette ville være verdener beliggende i den beboelige zone, men livet kom helt klart aldrig i gang. Bare sten, vand og en ikke-biologisk skabt atmosfære.
Problemet er, at vi sandsynligvis ikke engang kan finde ud af en måde at bekræfte, at en verden er død heller. De slags kemikalier, som du kunne forvente at se i atmosfæren, ligesom kuldioxid kunne optages af oceaner, så du ikke engang kan bekræfte.
En metode involverer muligvis ikke engang scanning af atmosfærer. Vegetationen her på Jorden afspejler en meget specifik bølgelængde af lys i 700-750 nanometerregionen. Astrobiologer kalder dette den "røde kant", fordi du ser en 5X stigning i refleksionsevne sammenlignet med andre overflader.
Selvom vi ikke har teleskopene til at gøre dette i dag, er der nogle virkelig smarte ideer, som at se på hvordan lyset fra en planet reflekteres på en nærliggende måne og analysere det. Søger efter eksoplanet jordskin.
I jordens tidlige historie ville det faktisk have set mere lilla ud på grund af arkæiske bakterier.
Der er en hel flåde af rumfartøjer og jordobservatorier, der kommer online, som hjælper os med at skubbe yderligere ind på dette spørgsmål.
ESAs Gaia-mission vil kortlægge og karakterisere 1% af stjernerne i Mælkevejen og fortælle os, hvilke slags stjerner der er derude, samt opdage tusinder af planeter til yderligere observation.
Transiting Exoplanet Space Survey, eller TESS, lanceres i 2018 og finder alle de transiterende jordstore og større eksoplaneter i vores kvarter.
PLATO 2-missionen vil finde stenede verdener i den beboelige zone, og James Webb vil være i stand til at studere deres atmosfærer. Vi talte også om det massive LUVOIR-teleskop, der kunne komme online i 2030'erne og tage disse observationer til næste niveau.
Og der er mange flere plads- og jordbaserede observatorier i værkerne.
Da denne næste runde med teleskoper kommer online, dem, der er i stand til direkte at måle atmosfæren i en jordstørrelse verden, der kredser om en anden stjerne, vil astrobiologer kæmpe for at finde en biosignatur, der giver et klart tegn på, at der er liv der.
I stedet for sikkerhed ser det ud til, at vi vil have den samme kamp for at give mening om, hvad vi ser. Astronomer vil være uenige med hinanden, udvikle nye teknikker og nye instrumenter til at besvare uløste spørgsmål.
Det vil tage et stykke tid, og usikkerheden bliver svær at håndtere. Men husk, dette er sandsynligvis det vigtigste videnskabelige spørgsmål, som enhver kan stille: er vi alene i universet?
Svaret er værd at vente på.
Kilde: John Lee Grenfell: En gennemgang af exoplanetære biosignaturer.
Hat tip til Dr. Kimberly Cartier for at henvise mig til dette papir. Følg hendes arbejde på EOS Magazine.
