De ultrakrachtige James Webb Space Telescope wordt binnenkort gelanceerd. Als het eenmaal is ingezet en in positie is bij Earth-Sun Lagrange Point 2, het zal beginnen te werken. Een van zijn taken is het onderzoeken van de atmosferen van exoplaneten en het zoeken naar biosignaturen. Het moet eenvoudig zijn, Rechtsaf? Scan gewoon de atmosfeer tot je zuurstof vindt, klap dan je laptop dicht en ga naar de kroeg:Fanfare, confetti, Nobelprijs.

Natuurlijk, Lezers van Universe Today weten dat het ingewikkelder is dan dat. Veel ingewikkelder.

In feite, de aanwezigheid van zuurstof is niet per se betrouwbaar. Het is methaan dat een sterker signaal kan afgeven dat de aanwezigheid van leven aangeeft.

Zuurstof lijkt misschien het meest voor de hand liggende ding om te zoeken in de atmosfeer van een planeet bij het zoeken naar tekenen van leven, maar dat is niet het geval. De aanwezigheid of het ontbreken daarvan is geen betrouwbare indicator. De geschiedenis van de aarde maakt dat duidelijk.

De atmosfeer van de moderne aarde bevat ongeveer 21% zuurstof, en we weten dat het meeste afkomstig is van organismen in de oceanen van de planeet. Maar er is een probleem:toen cyanobacteriën op de oude aarde zuurstof begonnen te produceren als bijproduct van fotosynthese, het duurde nog ontzettend lang voordat de atmosfeer zuurstofrijk werd, mogelijk een miljard jaar.

Wat als we een exoplaneet zouden onderzoeken, vond geen zuurstof, ging toen verder, niet beseffend dat daar beneden leven was, aan het begin van het zuurstofrijk maken van die wereld? Wat als we een miljard jaar te vroeg waren, en het leven heeft de atmosfeer van de exoplaneet nog niet van zuurstof voorzien? Rotsachtige planeten hebben veel zuurstofputten, en biologisch geproduceerde zuurstof zou pas vrij in de atmosfeer worden gevonden als die putten verzadigd raakten.

Dat is wat er op aarde gebeurde, en dat is wat we verwachten dat zou kunnen gebeuren op andere rotsachtige werelden. Op aarde, geologische activiteit karnt magma van de mantel op de korst. Veel van het mantelmateriaal, zoals ijzer, bijvoorbeeld, bindingen met zuurstof uit de lucht, het uit de atmosfeer halen.

Dit is een van de redenen waarom planetaire wetenschappers zich op andere dingen concentreren, zoals methaan (CH ₄ ). In een nieuwe krant onderzoekers onderzochten het potentieel voor methaan om biologische activiteit te signaleren. Ze zeggen dat overvloedig methaan in de atmosfeer van een planeet waarschijnlijk niet afkomstig is van vulkanen en hoogstwaarschijnlijk een biologische oorsprong heeft.

De titel van het artikel is "Overvloedig atmosferisch methaan van vulkanisme op terrestrische planeten is onwaarschijnlijk en versterkt de argumenten voor methaan als biosignatuur." De hoofdauteur is Nicholas Wogan van het Dept. of Earth and Space Sciences, Universiteit van Washington, en van het Virtual Planetary Laboratory aan de U of W. Het artikel is gepubliceerd in: Het planetaire wetenschappelijke tijdschrift .

Het detecteren van potentiële biosignaturen zoals methaan in de atmosferen van verre exoplaneten is lastig. Maar zodra iets als methaan wordt gedetecteerd, harder werk wacht. Zijn aanwezigheid moet worden onderzocht in de context van de planeet zelf.

Biosignature-onderzoekers hebben niet werkeloos gewacht op de lancering van de James Webb Space Telescope. Ze hebben veel nagedacht over het detecteren van biosignaturen met de telescoop. Wetenschappers hebben voorgesteld dat planetaire atmosferen met overvloedig methaan en koolstofdioxide in onevenwichtigheid een sterke biosignatuur zouden kunnen zijn. In hun krant de auteurs wijzen erop dat "... weinig studies de mogelijkheid van niet-biologische CH . hebben onderzocht ₄ en co ₂ en gerelateerde contextuele aanwijzingen." In dit geval, niet-biologisch betekent vulkanen.

De auteurs wilden een thermodynamisch model gebruiken om te onderzoeken of uitgassen van vulkanisch magma op aardachtige planeten CH ₄ en co ₂ de atmosfeer in. In essentie, ze ontdekten dat het onwaarschijnlijk is dat vulkanen dezelfde hoeveelheden methaan produceren als biologische bronnen. Het is niet onmogelijk, gewoon onwaarschijnlijk.

Dat komt grotendeels omdat waterstof graag in magma blijft. H ₂ O is zeer goed oplosbaar in magma, het beperken van de hoeveelheid H die wordt ontgast en bijgevolg de hoeveelheid CH . beperken ₄ aanwezig is in de atmosfeer van een planeet. Een andere reden is dat CH ₄ zelf vereist magma bij lage temperatuur om te ontgassen, terwijl het grootste deel van het magma van de aarde een hogere temperatuur heeft.

In die onwaarschijnlijke gevallen waarin vulkanisme grote hoeveelheden methaan zou kunnen produceren, vonden de auteurs, ze zouden ook kooldioxide produceren. De oude Archaïsche aarde was veel vulkanischer dan de moderne aarde. Tijdens de Archaïsche Eon, De warmtestroom van de aarde was tot drie keer zo groot als nu. Volgens de studie, het had 25 keer meer magma kunnen produceren dan de moderne aarde en veel meer methaan. Maar dezelfde activiteit die al dat methaan produceerde, zou ook veel meer koolstofdioxide produceren. Dat, de auteurs wijzen erop, een detecteerbaar vals-positief is. Maar als er overvloedig methaan wordt gedetecteerd zonder bijbehorende hoeveelheden CO ₂ , dan is dat een betrouwbaardere biosignatuur.

De auteurs zeggen dat het moeilijk zou zijn om de detectie van methaan en kooldioxide te verklaren zonder een beroep te doen op biologische bronnen, tenminste voor gelijkaardige planeten als de aarde. Ze concludeerden ook dat een kleine of verwaarloosbare hoeveelheid koolmonoxide die in een atmosfeer wordt gedetecteerd, de CH . versterkt ₄ +CO ₂ biosignatuur omdat "... het leven gemakkelijk atmosferische CO verbruikt, terwijl het verminderen van vulkanische gassen er waarschijnlijk voor zorgt dat CO zich ophoopt in de atmosfeer van een planeet."

De onderzoekers sluiten af ​​met een waarschuwing:erop wijzend dat dit werk allemaal gebaseerd is op wat we weten over de aarde en andere planeten in ons eigen zonnestelsel. In hoeverre die kennis kan worden uitgebreid tot duizenden verschillende exoplaneten, is onduidelijk.

"Deze conclusies moeten met de nodige voorzichtigheid worden genomen, omdat ze gebaseerd zijn op wat wordt begrepen over processen die plaatsvinden op de aarde en ons zonnestelsel, wat een zeer schaarse steekproef kan zijn van wat mogelijk is, " zij schrijven.