Al decenia, wetenschappers hebben geloofd dat er leven zou kunnen zijn onder het ijzige oppervlak van Jupiters maan Europa. Sinds die tijd, er zijn meerdere bewijzen naar voren gekomen die suggereren dat het niet de enige is. Inderdaad, binnen het zonnestelsel, er zijn veel 'oceaanwerelden' die mogelijk leven kunnen herbergen, inclusief Ceres, Ganymedes, Enceladus, Titan, Dione, Triton, en misschien zelfs Pluto.

Maar wat als de elementen voor het leven zoals we dat kennen niet overvloedig genoeg zijn op deze werelden? In een nieuwe studie, twee onderzoekers van het Harvard Smithsonian Center of Astrophysics (CfA) probeerden te bepalen of er in feite een schaarste aan bio-essentiële elementen op oceaanwerelden zou kunnen zijn. Hun conclusies kunnen verstrekkende gevolgen hebben voor het bestaan ​​van leven in het zonnestelsel en daarbuiten, om nog maar te zwijgen van ons vermogen om het te bestuderen.

De studie, getiteld "Wordt buitenaards leven onderdrukt op ondergrondse oceaanwerelden vanwege het gebrek aan bio-essentiële elementen?" onlangs online verschenen. De studie werd geleid door Manasavi Lingam, een postdoc student aan het Institute for Theory and Computation (ITC) aan de Harvard University en het CfA, met de steun van Abraham Loeb – de directeur van het ITC en de Frank B. Baird, Jr. Professor of Science aan Harvard.

In eerdere onderzoeken is vragen over de bewoonbaarheid van manen en andere planeten hebben de neiging zich te concentreren op het bestaan ​​van water. Dit is waar als het gaat om de studie van planeten en manen in het zonnestelsel, en vooral waar als het gaat om de studie van extra-solaire planeten. Als ze nieuwe exoplaneten hebben gevonden, astronomen hebben er goed op gelet of de planeet in kwestie al dan niet binnen de bewoonbare zone van zijn ster draait.

Dit is de sleutel om te bepalen of de planeet vloeibaar water op het oppervlak kan ondersteunen. In aanvulling, astronomen hebben geprobeerd spectra te verkrijgen van rond rotsachtige exoplaneten om te bepalen of er waterverlies plaatsvindt vanuit de atmosfeer, zoals blijkt uit de aanwezigheid van waterstofgas. In de tussentijd, andere studies hebben geprobeerd de aanwezigheid van energiebronnen vast te stellen, omdat dit ook essentieel is voor het leven zoals wij dat kennen.

In tegenstelling tot, Dr. Lingam en Prof. Loeb onderzochten hoe het bestaan ​​van leven op oceaanplaneten afhankelijk zou kunnen zijn van de beschikbaarheid van beperkende voedingsstoffen (LN). Al enige tijd, er is veel discussie geweest over welke voedingsstoffen essentieel zouden zijn voor buitenaards leven, aangezien deze elementen van plaats tot plaats en over tijdschema's kunnen verschillen. Zoals Lingam via e-mail aan Universe Today vertelde:

"De meest algemeen aanvaarde lijst van elementen die nodig zijn voor het leven zoals we die kennen, bestaat uit waterstof, zuurstof, koolstof, stikstof en zwavel. In aanvulling, bepaalde sporenmetalen (bijv. ijzer en molybdeen) kunnen ook waardevol zijn voor het leven zoals we dat kennen, maar de lijst van bio-essentiële sporenmetalen is onderhevig aan een hogere mate van onzekerheid en variabiliteit."

Voor hun doeleinden, Dr. Lingam en Prof. Loeb hebben een model gemaakt met behulp van de oceanen van de aarde om te bepalen hoe de bronnen en zinken - d.w.z. de factoren die LN-elementen in oceanen toevoegen of uitputten, respectievelijk - zou vergelijkbaar kunnen zijn met die op oceaanwerelden. Op aarde, de bronnen van deze voedingsstoffen zijn onder meer rivierwater (van rivieren), atmosferische en glaciale bronnen, waarbij energie wordt geleverd door zonlicht.

Van deze voedingsstoffen ze bepaalden dat de belangrijkste fosfor zou zijn, en onderzocht hoe overvloedig dit en andere elementen zouden kunnen zijn op oceaanwerelden, waar de omstandigheden zo enorm verschillend zijn. Zoals Dr. Lingam uitlegde, het is redelijk om aan te nemen dat op deze werelden, het potentiële bestaan ​​van leven zou ook neerkomen op een evenwicht tussen de netto-instroom (bronnen) en netto-uitstroom (sinks).

"Als de putten veel dominanter zijn dan de bronnen, het zou erop kunnen wijzen dat de elementen relatief snel uitgeput zouden raken. In andere om de omvang van de bronnen en putten te schatten, we maakten gebruik van onze kennis van de aarde en koppelden deze aan andere basisparameters van deze oceaanwerelden, zoals de pH van de oceaan, de grootte van de wereld, etc. bekend uit waarnemingen/theoretische modellen."

Hoewel atmosferische bronnen niet beschikbaar zouden zijn voor de binnenste oceanen, Dr. Lingham en Prof. Loeb beschouwden de bijdrage van hydrothermale bronnen. Nu al, er is overvloedig bewijs dat deze op Europa bestaan, Enceladus, en andere oceaanwerelden. Ze beschouwden ook abiotische bronnen, die bestaan ​​uit mineralen die door regen op aarde uit rotsen zijn uitgeloogd, maar zou bestaan ​​uit de verwering van rotsen door de binnenste oceanen van deze manen.

uiteindelijk, wat ze vonden was dat, in tegenstelling tot water en energie, beperkende voedingsstoffen zijn mogelijk beperkt beschikbaar als het gaat om oceaanwerelden in ons zonnestelsel:

"We hebben gevonden dat, volgens de aannames in ons model, fosfor, wat een van de bio-essentiële elementen is, is uitgeput over snelle tijdschalen (volgens geologische normen) op oceaanwerelden waarvan de oceanen neutraal of alkalisch van aard zijn, en die hydrothermische activiteit bezitten (d.w.z. hydrothermale ventilatiesystemen op de oceaanbodem). Vandaar, ons werk suggereert dat het leven in lage concentraties wereldwijd kan bestaan ​​in deze oceaanwerelden (of alleen aanwezig is in lokale plekken), en kan daarom niet gemakkelijk worden gedetecteerd."

Dit heeft natuurlijk gevolgen voor missies die bestemd zijn voor Europa en andere manen in het buitenste zonnestelsel. Deze omvatten de NASA Europa Clipper-missie, die momenteel gepland staat voor lancering tussen 2022 en 2025. Via een reeks flybys van Europa, deze sonde zal proberen biomarkers te meten in de pluimactiviteit die van het oppervlak van de maan komt.

Soortgelijke missies zijn voorgesteld voor Enceladus, en NASA overweegt ook een "Dragonfly" -missie om de atmosfeer van Titan te verkennen, oppervlakte- en methaanmeren. Echter, if Dr. Lingam and Prof. Loeb's study is correct, then the chances of these missions finding any signs of life on an ocean world in the Solar System are rather slim. Hoe dan ook, as Lingam indicated, they still believe that such missions should be mounted.

"Although our model predicts that future space missions to these worlds might have low chances of success in terms of detecting extraterrestrial life, we believe that such missions are still worthy of being pursued, " he said. "This is because they will offer an excellent opportunity to:(i) test and/or falsify the key predictions of our model, and (ii) collect more data and improve our understanding of ocean worlds and their biogeochemical cycles."

In aanvulling, as Prof. Loeb indicated via email, this study was focused on "life as we know it". If a mission to these worlds did find sources of extra-terrestrial life, then it would indicate that life can arise from conditions and elements that we are not familiar with. Als zodanig, the exploration of Europa and other ocean worlds is not only advisable, but necessary.

"Our paper shows that elements that are essential for the 'chemistry-of-life-as-we-know-it', such as phosphorous, are depleted in subsurface oceans, " he said. "As a result, life would be challenging in the oceans suspected to exist under the surface ice of Europa or Enceladus. If future missions confirm the depleted level of phosphorous but nevertheless find life in these oceans, then we would know of a new chemical path for life other than the one on Earth."

Uiteindelijk, scientists are forced to take the "low-hanging fruit" approach when it comes to searching for life in the universe . Until such time that we find life beyond Earth, all of our educated guesses will be based on life as it exists here. I can't imagine a better reason to get out there and explore the universe than this!