Als jonge wetenschapper Tony del Genio van NASA's Goddard Institute for Space Studies in New York City ontmoette Clyde Tombaugh, de ontdekker van Pluto.

"Ik dacht, 'Wauw, dit is een eenmalige kans, '" zei del Genio. "Ik zal nooit iemand anders ontmoeten die een planeet heeft gevonden."

Die voorspelling was spectaculair fout. 1992, twee wetenschappers ontdekten de eerste planeet rond een andere ster, of exoplaneet, en sindsdien hebben meer mensen planeten gevonden dan in de hele voorgaande geschiedenis van de aarde. Vanaf deze maand is wetenschappers hebben meer dan 3 bevestigd, 500 exoplaneten in meer dan 2, 700 sterrenstelsels. Del Genio heeft veel van deze nieuwe planeetvinders ontmoet.

Del Genio is nu mede-leider van een interdisciplinair NASA-initiatief om te zoeken naar leven op andere werelden. Deze nieuwe positie als leider van dit project lijkt misschien vreemd voor degenen die hem professioneel kennen. Waarom? Hij heeft tientallen jaren gewijd aan het bestuderen van de aarde, niet op zoek naar het leven elders.

We kennen maar één levende planeet:de onze. Maar we weten het heel goed. Terwijl we naar de volgende fase gaan in de zoektocht naar buitenaards leven, de inspanning vereist de expertise van planetaire wetenschappers, heliofysici en astrofysici. Echter, de kennis en hulpmiddelen die NASA heeft ontwikkeld om het leven op aarde te bestuderen, zullen ook een van de grootste troeven van de zoektocht zijn.

Bewoonbare Werelden

Er zijn twee hoofdvragen in de zoektocht naar het leven:met zoveel plaatsen om te kijken, hoe kunnen we ons concentreren op de plaatsen die het meest waarschijnlijk leven herbergen? Wat zijn de onmiskenbare tekenen van leven, zelfs als het in een vorm komt die we niet helemaal begrijpen?

"Voordat we op zoek gaan naar het leven, we proberen erachter te komen welke soorten planeten een klimaat kunnen hebben dat bevorderlijk is voor leven, " zei del Genio. "We gebruiken dezelfde klimaatmodellen die we gebruiken om de klimaatverandering van de 21e eeuw op aarde te projecteren om simulaties te doen van specifieke exoplaneten die zijn ontdekt, en hypothetische."

Del Genio erkent dat het leven heel goed kan bestaan ​​in vormen en plaatsen die zo bizar zijn dat het wezenlijk kan verschillen van de aarde. Maar in deze vroege fase van de zoektocht, "We moeten gaan met het soort leven dat we kennen, " hij zei.

Verder, we moeten ervoor zorgen dat we de gedetailleerde kennis van de aarde gebruiken. Vooral, we moeten zeker zijn van onze ontdekkingen over het leven in verschillende omgevingen op aarde, onze kennis van hoe onze planeet en haar leven elkaar in de geschiedenis van de aarde hebben beïnvloed, en onze satellietobservaties van het klimaat op aarde.

Bovenal, dat betekent vloeibaar water. Elke cel die we kennen, zelfs bacteriën rond diepzee-openingen die zonder zonlicht bestaan, heeft water nodig.

Leven in de oceaan

Onderzoekswetenschapper Morgan Cable van NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië, zoekt binnen het zonnestelsel naar locaties die het potentieel hebben om vloeibaar water te ondersteunen. Sommige van de ijzige manen rond Saturnus en Jupiter hebben oceanen onder de ijskorst. Deze oceanen werden gevormd door getijdenverwarming, dat is, opwarming van het ijs veroorzaakt door wrijving tussen het oppervlakte-ijs en de kern als gevolg van de zwaartekrachtinteractie tussen de planeet en de maan.

"We dachten dat Enceladus gewoon saai en koud was totdat de Cassini-missie een vloeibaar water onder de oceaan ontdekte, " zei Cable. Het water spuit de ruimte in, en de Cassini-missie vond aanwijzingen in de chemische samenstelling van de spray dat de oceaanchemie wordt beïnvloed door interacties tussen verwarmd water en rotsen op de zeebodem. De Galileo- en Voyager-missies leverden het bewijs dat Europa ook een oceaan met vloeibaar water heeft onder een ijzige korst. Waarnemingen onthulden een verward terrein dat het resultaat zou kunnen zijn van het smelten en hervormen van ijs.

Terwijl missies naar deze manen worden ontwikkeld, wetenschappers gebruiken de aarde als een testbed. Net zoals prototypes voor NASA's Marsrovers hun proefvluchten maakten in de woestijnen van de aarde, onderzoekers testen zowel hypothesen als technologie op onze oceanen en extreme omgevingen.

Cable gaf het voorbeeld van satellietwaarnemingen van Arctische en Antarctische ijsvelden, die de planning voor een Europa-missie informeren. De aardobservaties helpen onderzoekers manieren te vinden om de oorsprong van door elkaar gegooid ijs te dateren. "Als we Europa bezoeken, we willen naar heel jonge plaatsen gaan, waar materiaal van die oceaan wordt uitgedrukt op het oppervlak, "zei ze. "Ergens zoals dat, de kans om bewijs van leven te vinden neemt toe - als ze er zijn."

Water in de ruimte

Voor elke ster, het is mogelijk om het bereik van afstanden te berekenen waar in een baan om de aarde draaiende planeten vloeibaar water op het oppervlak kunnen hebben. Dit wordt de bewoonbare zone van de ster genoemd.

Astronomen hebben al enkele planeten in de bewoonbare zone gelokaliseerd, en onderzoekswetenschapper Andrew Rushby, van NASA Ames Research Center, in Moffett-veld, Californië, bestudeert manieren om de zoekopdracht te verfijnen. Locatie alleen is niet genoeg. "Een buitenaards wezen zou drie planeten in ons zonnestelsel in de bewoonbare zone [aarde, Mars en Venus], " zei Rusby, "maar we weten dat 67 procent van die planeten niet erg bewoonbaar is." Hij ontwikkelde onlangs een vereenvoudigd model van de koolstofcyclus van de aarde en combineerde het met andere hulpmiddelen om te bestuderen welke planeten in de bewoonbare zone de beste doelen zouden zijn om naar te kijken voor leven, rekening houdend met waarschijnlijke tektonische activiteit en watercycli. Hij ontdekte dat grotere rotsachtige planeten meer kans hebben dan kleinere om oppervlaktetemperaturen te hebben waar vloeibaar water zou kunnen bestaan, dezelfde hoeveelheid licht van de ster krijgen.

Renyu Hu, van JPL, de zoektocht naar bewoonbare planeten op een andere manier verfijnd, op zoek naar de handtekening van een rotsachtige planeet. Basisfysica vertelt ons dat kleinere planeten rotsachtig moeten zijn en grotere gasvormig, maar voor planeten variërend van de grootte van de aarde tot ongeveer twee keer die straal, astronomen kunnen een grote rotsachtige planeet niet onderscheiden van een kleine gasplaneet. Hu pionierde met een methode om oppervlaktemineralen op kale rots exoplaneten te detecteren en definieerde de atmosferische chemische handtekening van vulkanische activiteit, die niet zou voorkomen op een gasplaneet.

Vitale functies

Wanneer wetenschappers een mogelijke bewoonbare planeet evalueren, "het leven moet de hypothese van het laatste redmiddel zijn, "Zei Cable. "Je moet alle andere verklaringen elimineren." Het identificeren van mogelijke valse positieven voor het signaal van leven is een voortdurend onderzoeksgebied in de exoplaneetgemeenschap. Bijvoorbeeld, de zuurstof in de atmosfeer van de aarde komt van levende wezens, maar zuurstof kan ook worden geproduceerd door anorganische chemische reacties.

Shawn Domagal-Goldman, van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, zoekt onmiskenbaar, chemische tekenen van leven, of biohandtekeningen. Een biosignatuur kan het vinden van twee of meer moleculen in een atmosfeer zijn die er niet tegelijkertijd zouden moeten zijn. Hij gebruikt deze analogie:als je een studentenkamer binnenloopt en drie studenten en een pizza vindt, je zou kunnen concluderen dat de pizza onlangs was aangekomen, omdat studenten snel pizza consumeren. Zuurstof "verbruikt" methaan door het af te breken in verschillende chemische reacties. Zonder input van methaan van het leven op het aardoppervlak, onze atmosfeer zou binnen enkele decennia volledig uitgeput zijn van methaan.

Aarde als exoplaneet

Wanneer mensen beginnen met het verzamelen van directe beelden van exoplaneten, zelfs de dichtstbijzijnde zal verschijnen als een handvol pixels in de detector - zoiets als het beroemde "blauwe stip"-beeld van de aarde vanaf Saturnus. Wat kunnen we leren over planetair leven van een enkele stip?

Stephen Kane van de Universiteit van Californië, rivieroever, heeft een manier bedacht om die vraag te beantwoorden met behulp van NASA's Earth Polychromatic Imaging-camera op het Deep Space Climate Observatory (DSCOVR) van de National Oceanic and Atmospheric Administration. Deze afbeeldingen met hoge resolutie—2, 000 x 2, 000 pixels - documenteer de wereldwijde weerpatronen van de aarde en andere klimaatgerelateerde fenomenen. "Ik maak deze glorieuze foto's en vouw ze samen tot een enkele pixel of een handvol pixels, " legde Kane uit. Hij laat het licht door een ruisfilter gaan dat probeert de interferentie te simuleren die wordt verwacht van een exoplaneetmissie.

DSCOVR maakt elk half uur een foto, en het is al twee jaar in een baan om de aarde. Het is meer dan 30, 000 beelden zijn verreweg de langste ononderbroken registratie van de aarde vanuit de ruimte die er bestaat. Door te observeren hoe de helderheid van de aarde verandert wanneer voornamelijk land in zicht is in vergelijking met voornamelijk water, Kane is erin geslaagd de rotatiesnelheid van de aarde te reverse-engineeren - iets dat nog rechtstreeks voor exoplaneten moet worden gemeten.

Wanneer zullen we leven vinden?

Elke wetenschapper die betrokken is bij de zoektocht naar leven is ervan overtuigd dat het daarbuiten is. Hun meningen verschillen over wanneer we het zullen vinden.

"Ik denk dat we over 20 jaar één kandidaat hebben gevonden die het zou kunnen zijn, ", zegt del Genio. Gezien zijn ervaring met Tombaugh, hij voegde toe, "Maar mijn trackrecord voor het voorspellen van de toekomst is niet zo goed."

Rushby, anderzijds, zegt, "Het is de afgelopen 50 jaar 20 jaar weg geweest. Ik denk dat het op de schaal van tientallen jaren is. Als ik een gokman was, wat ik niet ben, Ik zou voor Europa of Enceladus gaan."

Hoe snel we een levende exoplaneet vinden, hangt er echt van af of er een relatief dichtbij is, met de juiste baan en grootte, en met biohandtekeningen die we kunnen herkennen, zei Hu. Met andere woorden, "Er is altijd een factor van geluk."