Wetenschappers denken nu dat we in de komende decennia mogelijk tekenen van leven kunnen detecteren op planeten buiten ons zonnestelsel. maar daarvoor zijn nieuwe instrumenten en technieken nodig. Onderzoekers van over de hele wereld hebben zojuist een routekaart gemaakt om de technieken te ontwikkelen die uiteindelijk de vraag kunnen beantwoorden of we alleen in het heelal zijn. Dit werk is deze maand gepubliceerd in vijf artikelen in het tijdschrift Astrobiologie . Deze papers zullen dienen als referentie voor toekomstig onderzoek naar hoe wetenschappers met behulp van telescoopwaarnemingen naar tekenen van leven in de kosmos kunnen zoeken.

Wetenschappers schatten dat er planeten kunnen zijn rond bijna elke ster in de melkweg. Planeten die om sterren voorbij de zon draaien, worden 'exoplaneten' genoemd. In feite, het tempo van de ontdekking van exoplaneten was zo snel - meer dan 3, 500 zijn gevonden sinds de eerste in 1992 - dat er dringend een bijeenkomst van wetenschappers uit vele disciplines nodig was om kennis te synthetiseren om ons vermogen om tekenen van leven op deze nieuwe exoplaneten te vinden, te vergroten. Drie jaar geleden opgericht, NASA's Nexus for Exoplanet System Science (NExSS) is een internationaal netwerk dat onderzoekers uit verschillende disciplines samenbrengt om te begrijpen hoe we tekens van leven kunnen karakteriseren en uiteindelijk kunnen zoeken, zogenaamde biohandtekeningen, op exoplaneten. Aangezien we momenteel geen exoplaneten kunnen bezoeken, wetenschappers moeten telescopen gebruiken om naar biosignaturen te zoeken. Deze waarnemingen zullen onze telescooptechnologie tot het uiterste moeten drijven.

Hiertoe, NExSS produceerde een uitgebreide reeks artikelen waarin het verleden, Cadeau, en toekomst van onderzoek naar het zoeken naar tekenen van leven op exoplaneten. Deze belangrijke overzichtsartikelen zijn het resultaat van twee jaar werk van enkele van 's werelds toonaangevende onderzoekers op het gebied van astrobiologie, planetaire wetenschap, Aardwetenschappen, heliofysica, astrofysica, scheikunde, en biologie. Dit werk begon met onlinevergaderingen, gevolgd door een persoonlijke workshop in Seattle, Washington in 2016, waar wetenschappers ideeën uitwisselden en nieuwe plannen bespraken over hoe het leven op werelden buiten ons zonnestelsel het best kan worden geïdentificeerd. Verschillende leden van het Earth-Life Science Institute (ELSI) en onderzoekers van andere instituten in de omgeving van Tokio namen persoonlijk of op afstand deel aan deze activiteiten. Deze discussies vormden de basis van de artikelen gepubliceerd in Astrobiologie .

De papers identificeren verschillende problemen in deze zoektocht en stellen oplossingen voor. Er zijn twee belangrijke soorten signalen waar wetenschappers naar willen zoeken. Eén type komt in de vorm van de gassen die het leven produceert, bijvoorbeeld de zuurstof die je nu inademt, die werd gemaakt door planten of fotosynthetische microben. Ze zijn ook van plan op zoek te gaan naar het licht dat door het leven zelf wordt weerkaatst, zoals de kleur van bladeren of de pigmenten die kleur geven aan algenbloei in de oceanen en aan de warmwaterbronnen van Yellowstone. Dit soort handtekeningen zijn vanuit een baan om de aarde te zien, en astronomen bestuderen nieuwe ontwerpconcepten voor telescopen die ze mogelijk kunnen detecteren op exoplaneten.

De groep bespreekt manieren waarop de natuur wetenschappers kan 'verleiden' om te denken dat er een planeet zonder leven bestaat, of vice versa. De wetenschappers bekijken manieren waarop een planeet zuurstof kan maken - die nu overvloedig aanwezig is op aarde vanwege biologische fotosynthese - zonder leven, en hoe planeten met leven naast zuurstof ook biosignaturen kunnen hebben. Door van tevoren over dit soort planeten na te denken, wetenschappers zijn nu beter voorbereid om zulke werelden te onderscheiden van planeten die echt bewoond zijn, en hoe de catalogus van biosignaturen waar wetenschappers in de toekomst naar kunnen zoeken, kan worden uitgebreid.

Het team ging ook op zoek naar het kwantificeren van de kansen op leven en de helderheid van zijn signalen op andere werelden, wat een ongelooflijk belangrijke en moeilijke uitdaging is. De gegevens die astronomen over exoplaneten verzamelen, zullen relatief schaars zijn; ze zullen geen monsters hebben van deze planeten, en zal in plaats daarvan alleen gegevens hebben van een enkel lichtpunt van die wereld. Door de vingerafdrukken van atmosferische gassen en oppervlakken in dat licht te analyseren, ze zullen zoveel mogelijk over de exoplaneet onderscheiden. Dit omvat gevolgtrekkingen over de atmosferische samenstelling en het klimaat van de planeet, en de aanwezigheid van oceanen en continenten. Door deze informatie systematisch te combineren en nieuwe modellen te ontwikkelen, wetenschappers zullen kunnen analyseren of gegevens van een planeet het best kunnen worden verklaard door de aanwezigheid van leven. Op basis van deze modellen, ze zijn van plan om betrouwbaarheidsniveaus vast te stellen over de vraag of biologie op die wereld aanwezig is. Het nieuwe werk benadrukt de noodzaak om planeten op een geïntegreerde manier te bekijken, die meerdere disciplines en perspectieven omvat.

als laatste, er zullen nieuwe instrumenten nodig zijn - de telescopen die de waarnemingen zullen doen die voor dit werk nodig zijn. Dit omvat zowel op de grond als in de ruimte gestationeerde observatoria, en zowel telescopen die vandaag in bedrijf zijn als andere die in de toekomst tientallen jaren zullen worden gebouwd. Deze nieuwe technologieën zullen niet alleen de beoordelingen van de afmetingen en banen van deze verre werelden verbeteren, maar maken ook een diepere analyse van hun atmosfeer en oppervlakte-eigenschappen mogelijk. Uiteindelijk kunnen ze ons misschien vertellen of ze het potentieel hebben om leven te herbergen. Missieconcepten met biosignatuurdetectie als centrale driver worden besproken voor lancering in de jaren 2030.

"Sinds het midden van de 20e eeuw we hebben aanzienlijke vooruitgang gezien in de methoden en technologieën die we kunnen gebruiken om preciezere waarnemingen te doen en exoplaneten te karakteriseren. Veel van deze zijn getest op grote onbewoonbare planeten", zegt Yuka Fujii, een onderzoeker bij ELSI en de hoofdauteur van een van de papers. De reikwijdte van de waarnemingen breidt zich nu uit naar de grootte van de aarde, mogelijk gematigde exoplaneten. De gegevens die de komende tien jaar zullen worden verzameld, zullen wetenschappers in staat stellen planeten die mogelijk leven bevatten, beter te bestuderen. "De zoektocht naar leven op exoplaneten op lichtjaren afstand is een ambitieuze uitdaging - het zal niet eindigen met de detectie van een enkel kenmerk, maar het zal langdurige inspanningen vergen om een ​​reeks "handtekeningen" te verzamelen die niet kunnen worden verklaard door bekende abiotische processen en die aannemelijk kunnen worden verklaard door de mogelijke aanwezigheid van een biosfeer."

De auteurs eindigden met de hoopvolle beoordeling dat, gezien de opkomende technologieën en de huidige kennis van de verspreiding van exoplaneten, de detectie van atmosferische handtekeningen van enkele potentieel bewoonbare planeten zou zelfs vóór 2030 kunnen komen.