Als het gaat om de zoektocht naar buitenaards leven, wetenschappers hebben de neiging om een ​​beetje geocentrisch te zijn, d.w.z. ze zoeken naar planeten die op de onze lijken. Dit is begrijpelijk, aangezien de aarde de enige planeet is waarvan we weten dat ze leven ondersteunt. Als resultaat, degenen die op zoek zijn naar buitenaards leven zijn op zoek naar planeten die terrestrisch (rotsachtig) van aard zijn, draaien in de bewoonbare zones van hun sterren, en voldoende water op hun oppervlak hebben.

Tijdens de ontdekking van enkele duizenden exoplaneten, wetenschappers hebben ontdekt dat velen in feite "waterwerelden" kunnen zijn (planeten waar tot 50% van hun massa uit water bestaat). Dit roept natuurlijk wat vragen op, zoals hoeveel water te veel is, en kan te veel land ook een probleem zijn? Om deze aan te pakken, een paar onderzoekers van het Harvard Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) voerden een onderzoek uit om te bepalen hoe de verhouding tussen water- en landmassa's kan bijdragen aan het leven.

De studie - "Afhankelijkheid van biologische activiteit op de oppervlaktewaterfractie van planeten", die wordt beoordeeld voor publicatie met The Astronomical Journal - is geschreven door Manasvi Lingam, een postdoctoraal onderzoeker bij het CfA's Institute for Theory and Computation (ITC), en Abraham Loeb – de directeur van het ITC en de Frank B. Baird Jr. Chair of Science aan de Harvard University.

Beginnen, Lingam en Loeb bespreken de kwestie van het antropische principe, die een belangrijke rol heeft gespeeld in de astronomie en het onderzoek naar exoplaneten. Kortom, dit principe stelt dat als de omstandigheden op aarde geschikt zijn voor leven, dan moet het bestaan ​​om leven te scheppen. Uitgebreid tot het hele universum, dit principe stelt dat de wetten van de fysica bestaan ​​zoals ze bestaan ​​ter wille van het ontstaan ​​van leven.

Een andere manier om ernaar te kijken is om te overwegen hoe onze beoordelingen van de aarde vallen in wat bekend staat als "observatieselectie-effecten" - waarbij de resultaten rechtstreeks worden beïnvloed door het type methode dat erbij betrokken is. In dit geval, de effecten komen voort uit het feit dat onze zoektocht naar leven buiten de aarde en ons zonnestelsel het bestaan ​​van een goed gepositioneerde waarnemer vereist.

In werkelijkheid, we hebben de neiging om aan te nemen dat de voorwaarden voor leven in het universum overvloedig zullen zijn, omdat we ermee vertrouwd zijn. Deze voorwaarden de aanwezigheid van zowel vloeibaar water als landmassa's, die essentieel waren voor het ontstaan ​​van het leven zoals wij dat kennen. Zoals Lingam via e-mail aan universe Today heeft uitgelegd, dit is een van de manieren waarop het antropische principe naar voren komt bij het zoeken naar potentieel bewoonbare planeten:

"Het feit dat de land- en waterfracties van de aarde vergelijkbaar zijn, wijst op antropische selectie-effecten, Het is te zeggen, de opkomst van mensen (of analoge bewuste waarnemers) kan zijn vergemakkelijkt door een geschikt mengsel van land en water."

Echter, bij het behandelen van de vele superaardes die zijn ontdekt in andere sterrenstelsels, statistische analyses van hun gemiddelde dichtheid hebben aangetoond dat de meerderheid hoge fracties vluchtige stoffen heeft. Een goed voorbeeld hiervan is het TRAPPIST-1 systeem, waar theoretische modellering van de zeven planeten ter grootte van de aarde heeft aangetoond dat ze tot 40-50% water per gewicht kunnen zijn.

Deze "waterwerelden" zouden daarom zeer diepe oceanen hebben en geen landmassa's om van te spreken, die ingrijpende gevolgen kunnen hebben voor het ontstaan ​​van leven. Tegelijkertijd, planeten die weinig tot geen water op hun oppervlak hebben, worden niet als goede kandidaten voor leven beschouwd, gegeven hoe water essentieel is voor het leven zoals wij het kennen.

"Te veel landmassa is een probleem, omdat het de hoeveelheid oppervlaktewater beperkt, waardoor de meeste continenten erg dor worden, " zei Lingam. "Aride ecosystemen worden typisch gekenmerkt door lage biomassaproductie op aarde. In plaats daarvan, als men het tegenovergestelde scenario beschouwt (d.w.z. meestal oceanen), men een potentieel probleem tegenkomt met de beschikbaarheid van fosfor, wat een van de essentiële elementen is voor het leven zoals we het kennen. Vandaar, hierdoor kan een knelpunt ontstaan ​​op de hoeveelheid biomassa."

Om deze mogelijkheden aan te pakken, Lingam en Leob analyseerden hoe planeten met te veel water of landmassa de ontwikkeling van biosferen van exoplaneten kunnen beïnvloeden. Zoals Lingam uitlegde:

"[W]e hebben een eenvoudig model ontwikkeld om te schatten welk deel van het land droog zal zijn (d.w.z. woestijnen) en relatief onbewoonbaar. Voor het scenario met door water gedomineerde biosferen, de beschikbaarheid van fosfor wordt de beperkende factor. Hier, we gebruikten een model ontwikkeld in een van onze eerdere artikelen dat rekening houdt met de bronnen en putten van fosfor. We hebben deze twee gevallen gecombineerd, gebruikte gegevens van de aarde als maatstaf, en zo bepaald hoe de eigenschappen van een generieke biosfeer zouden afhangen van de hoeveelheid land en water."

Wat ze ontdekten was dat een zorgvuldige balans tussen landmassa's en oceanen (net zoals we hier op aarde hebben) cruciaal is voor het ontstaan ​​van complexe biosferen. Gecombineerd met numerieke simulaties door andere onderzoekers, De studie van Lingam en Loeb geeft aan dat planeten zoals de aarde - met zijn verhouding van oceanen tot landmassa (ongeveer 30:70) - waarschijnlijk vrij zeldzaam zijn. Zoals Lingam samenvatte:

"Dus, de basisconclusie is dat de balans van land- en waterfracties niet te veel op een of andere manier kan worden gekanteld. Ons werk laat ook zien dat belangrijke evolutionaire gebeurtenissen, zoals de stijging van het zuurstofgehalte en de opkomst van technologische soorten, kan worden beïnvloed door de land-waterfractie, en dat de optimale waarde dicht bij die van de aarde zou kunnen liggen."

Al enige tijd, astronomen hebben gezocht naar exoplaneten waar aardachtige omstandigheden heersen. Dit staat bekend als de "laaghangend fruit"-aanpak, waar we leven proberen te vinden door te zoeken naar biosignaturen die we associëren met het leven zoals we het kennen. Maar volgens deze laatste studie, het vinden van dergelijke plaatsen kan zijn als het zoeken naar ruwe diamanten.

De conclusies van de studie kunnen ook belangrijke implicaties hebben als het gaat om het zoeken naar buitenaardse intelligentie, waaruit blijkt dat het ook vrij ongebruikelijk is. Gelukkig, Lingam en Loeb geven toe dat er niet genoeg bekend is over exoplaneten en hun water-tot-landmassa-verhoudingen om iets definitiefs te zeggen.

"Het is niet mogelijk, echter, om definitief te voorspellen hoe dit SETI beïnvloedt, Lingam zei. "Dit komt omdat we nog geen goede observatiebeperkingen hebben voor land-waterfracties van exoplaneten, en er zijn nog steeds veel onbekenden in onze huidige kennis van hoe technologische soorten (in staat om deel te nemen aan SETI) evolueerden."

Uiteindelijk, we moeten geduld hebben en wachten tot astronomen meer te weten komen over planeten buiten ons zonnestelsel en hun respectievelijke omgevingen. Dat kan de komende jaren dankzij telescopen van de volgende generatie. Deze omvatten telescopen op de grond zoals ESO's Extremely Large Telescope (ELT) en ruimtetelescopen zoals de James Webb Space Telescope (JWST) – die naar verwachting in 2024 en 2021 operationeel zullen zijn, respectievelijk.

Met verbeteringen in technologie en duizenden exoplaneten die nu beschikbaar zijn voor studie, astronomen zijn begonnen te verschuiven van het proces van ontdekking naar karakterisering. In de komende jaren, wat we leren over de atmosferen van exoplaneten zal een grote bijdrage leveren aan het bewijzen of weerleggen van onze theoretische modellen, hoop en verwachtingen. Gegeven tijd, kunnen we eindelijk bepalen hoe overvloedig leven er in ons universum is, en welke vormen het kan aannemen.