Er zijn tientallen potentieel bewoonbare planeten ontdekt buiten ons zonnestelsel, en nog veel meer wachten op detectie.

Is daar iemand - of iets -?

De jacht op het leven in deze plaatsen, die niet persoonlijk te bezoeken zijn, zal beginnen met een zoektocht naar biologische producten in hun atmosfeer. Deze atmosferische vingerafdrukken van het leven, zogenaamde biohandtekeningen, zal worden gedetecteerd met behulp van telescopen van de volgende generatie die de samenstelling meten van gassen rond planeten die lichtjaren verwijderd zijn.

Het is een lastige zaak, omdat biohandtekeningen gebaseerd op enkele metingen van atmosferische gassen misleidend kunnen zijn. Om deze markeringen aan te vullen, en dankzij financiering van het NASA Astrobiology Institute, wetenschappers van de Universiteit van Californië, Riverside's Alternative Earths Astrobiology Center ontwikkelt het eerste kwantitatieve raamwerk voor dynamische biosignaturen op basis van seizoensveranderingen in de atmosfeer van de aarde.

Getiteld "Atmosferische seizoensgebondenheid als een exoplaneet biosignatuur, " een paper waarin het onderzoek wordt beschreven, is vandaag gepubliceerd in Astrofysische journaalbrieven . De hoofdauteur is Stephanie Olson, een afgestudeerde student in UCR's Department of Earth Sciences.

Terwijl de aarde om de zon draait, de gekantelde as betekent dat verschillende regio's op verschillende tijdstippen van het jaar meer stralen ontvangen. De meest zichtbare tekenen van dit fenomeen zijn veranderingen in het weer en de lengte van de dagen, maar de atmosferische samenstelling wordt ook beïnvloed. Bijvoorbeeld, op het noordelijk halfrond, die de meeste vegetatie van de wereld bevat, plantengroei in de zomer resulteert in merkbaar lagere niveaus van kooldioxide in de atmosfeer. Het omgekeerde geldt voor zuurstof.

"Atmosferische seizoensgebondenheid is een veelbelovende biosignatuur omdat het biologisch wordt gemoduleerd op aarde en waarschijnlijk zal voorkomen op andere bewoonde werelden, Olson zei. "Het afleiden van leven op basis van seizoensinvloeden vereist geen gedetailleerd begrip van de buitenaardse biochemie, omdat het ontstaat als een biologische reactie op seizoensveranderingen in de omgeving. in plaats van als gevolg van een specifieke biologische activiteit die uniek zou kunnen zijn voor de aarde." Verder, extreem elliptische banen in plaats van ashelling kunnen seizoensgebondenheid opleveren op planeten buiten het zonnestelsel, of exoplaneten, uitbreiding van het aantal mogelijke doelen.

In de krant, de onderzoekers identificeren de kansen en valkuilen die samenhangen met het karakteriseren van de seizoensvorming en vernietiging van zuurstof, kooldioxide, methaan, en hun detectie met behulp van een beeldvormingstechniek die spectroscopie wordt genoemd. Ze modelleerden ook fluctuaties van zuurstof in de lucht op een levensdragende planeet met een laag zuurstofgehalte, zoals die van de aarde miljarden jaren geleden. Ze ontdekten dat ozon (O3), die in de atmosfeer wordt geproduceerd door reacties met zuurstofgas (O ₂ ) geproduceerd door het leven, zou een gemakkelijker meetbare marker zijn voor de seizoensvariabiliteit in zuurstof dan O ₂ zichzelf op zwak geoxygeneerde planeten.

"Het is heel belangrijk dat we dit soort scenario's nu nauwkeurig modelleren, zodat de ruimte- en grondtelescopen van de toekomst kunnen worden ontworpen om de meest veelbelovende biosignaturen te identificeren, " zei Edward Schwieterman, een NASA Postdoctoraal Programma fellow bij UCR. "In het geval van ozon, we zouden telescopen nodig hebben met ultraviolette mogelijkheden om het gemakkelijk te detecteren."

Schwieterman zei dat de uitdaging bij het zoeken naar leven de dubbelzinnigheid is van gegevens die van zo ver zijn verzameld. Valse positieven - niet-biologische processen die zich voordoen als leven - en valse negatieven - leven op een planeet die weinig of geen biosignaturen produceert - zijn beide grote zorgen.

"Zowel zuurstof als methaan zijn veelbelovende biosignaturen, maar er zijn manieren waarop ze kunnen worden geproduceerd zonder leven, ' zei Schwieterman.

Olson zei dat het observeren van seizoensveranderingen in zuurstof of methaan meer informatief zou zijn.

"Een potentieel krachtige manier om exoplaneten te beoordelen op bewoning zou zijn om hun atmosferen tijdens hun banen te observeren om te zien of we in de loop van een jaar veranderingen in deze biosignatuurgassen kunnen detecteren, "zei ze. "In sommige omstandigheden, zulke veranderingen zouden moeilijk te verklaren zijn zonder leven en zouden ons zelfs in staat kunnen stellen vooruitgang te boeken in de richting van karakterisering, in plaats van alleen te erkennen, leven op een exoplaneet."

Timoteüs Lyons, een professor in biogeochemie aan de afdeling Aardwetenschappen van UCR en directeur van het Alternative Earths Astrobiology Center, zei dat dit werk de fundamentele benadering van het zoeken naar leven op zeer verre planeten bevordert.

"We zijn vooral enthousiast over het vooruitzicht om zuurstoffluctuaties te karakteriseren op de lage niveaus die we zouden verwachten op een vroege versie van de aarde, Lyons zei. "Seizoensvariaties zoals onthuld door ozon zouden het gemakkelijkst detecteerbaar zijn op een planeet zoals de aarde miljarden jaren geleden was, toen het meeste leven nog microscopisch klein was en in de oceaan leefde."