"Onze aanpak is niet direct gericht op het begrijpen van biosignaturen en atmosferen van bewoonde planeten, maar op de omstandigheden waarin prebiotische chemie kan plaatsvinden", schrijven ze. Volgens hun onderzoek is de minimale concentratie in de atmosfeer voordat een voedingsstof beschikbaar is 10 ⁹ , of één ppb (deel per miljard.)

"We ontdekken dat voor de meeste atmosferen op (p-gas, T-gas) punten, waar vloeibaar water stabiel is, CZS-dragende moleculen aanwezig zijn in concentraties boven de 10 ⁹ ", schrijven ze. Ze ontdekten ook dat koolstof over het algemeen aanwezig is in elke gesimuleerde atmosfeer en dat de beschikbaarheid van zwavel toeneemt met de oppervlaktetemperatuur. Bij lagere oppervlaktetemperaturen zal stikstof (N₂ , NH₃ ) is in steeds grotere hoeveelheden aanwezig. Maar bij hogere oppervlaktetemperaturen kan de stikstof uitgeput raken.

Fosfor is een andere zaak. "Het beperkende element van de CHNOPS-elementen is fosfor, dat grotendeels gebonden is in de planetaire korst", schrijven ze. De auteurs wijzen erop dat fosforschaarste in het verleden in de atmosfeer van de aarde de biosfeer beperkte.

Een luchtbiosfeer is een interessant idee. Maar het is niet de hoofdmoot van de inspanningen van wetenschappers om de atmosfeer van exoplaneten te detecteren. Het oppervlakteleven is hun heilige graal. Het mag geen verrassing zijn dat het, alles bij elkaar genomen, nog steeds om vloeibaar water gaat. "Net als bij eerder werk suggereren onze modellen dat de beperkende factor voor bewoonbaarheid aan het oppervlak van een planeet de aanwezigheid van vloeibaar water is", schrijven de auteurs. In hun werk was CNS, wanneer oppervlaktewater beschikbaar was, beschikbaar in de lagere atmosfeer nabij het oppervlak.

Maar oppervlaktewater speelt verschillende rollen in de atmosferische chemie. Het kan zich onder bepaalde omstandigheden binden met bepaalde voedingsstoffen, waardoor deze niet meer beschikbaar zijn, en in andere omstandigheden kan het ze wel beschikbaar maken.

"Als er water beschikbaar is aan de oppervlakte, worden de elementen die niet aanwezig zijn in de gasfase opgeslagen in de korstcondensaten", schrijven de auteurs. Door chemische verwering kunnen ze vervolgens als voedingsstoffen beschikbaar komen. "Dit biedt een manier om het gebrek aan fosfor en metalen in de atmosfeer te overwinnen, die worden gebruikt in enzymen die veel biologische processen aansturen."

Dit bemoeilijkt de zaken op werelden die door oceanen worden bedekt. Prebiotische moleculen zijn mogelijk niet beschikbaar als er geen mogelijkheid is voor water en gesteente om met de atmosfeer in wisselwerking te treden. "Als inderdaad kan worden aangetoond dat leven zich kan vormen in een wateroceaan zonder enig blootgesteld land, wordt deze beperking zwakker en wordt het potentieel voor de bewoonbaarheid van het oppervlak vooral een kwestie van waterstabiliteit", schrijven de auteurs.

Sommige modellen zijn verrassend vanwege het atmosferische vloeibare water. "Veel van de modellen tonen de aanwezigheid van een zone met vloeibaar water in de atmosfeer, die los staat van het oppervlak. Deze regio's zouden van belang kunnen zijn voor de vorming van leven in vormen van biosferen in de lucht", schrijven Herbort en zijn collega's. P>

Als onderzoek als dit één ding aantoont, is de atmosfeer van planeten buitengewoon complex en kan deze in de loop van de tijd dramatisch veranderen, soms als gevolg van het leven zelf. Dit onderzoek heeft enige zin om alles te proberen te begrijpen. Wat de complexiteit benadrukt, is het feit dat de onderzoekers geen stellaire straling in hun werk hebben opgenomen. Als je dat erbij optelde, zou de inspanning onpraktisch zijn geworden.

Het probleem van de bewoonbaarheid is gecompliceerd en wordt verstoord door ons gebrek aan antwoorden op fundamentele vragen. Moet de aardkorst in contact komen met water en de atmosfeer voordat de CHNOPS-voedingsstoffen beschikbaar zijn? De aarde heeft een tijdelijke luchtbiosfeer. Kunnen biosferen in de lucht een belangrijk onderdeel zijn van de bewoonbaarheid van exoplaneten?

Maar afgezien van alle simulaties en modellen, hoe krachtig ze ook zijn, hebben wetenschappers vooral meer gegevens nodig. Wanneer ARIEL wordt gelanceerd, zullen wetenschappers over veel meer gegevens beschikken om mee te werken. Onderzoek als dit zal wetenschappers helpen begrijpen wat ARIEL ontdekt.

Meer informatie: Oliver Herbort et al, Beperkingen van de bewoonbaarheid door de beschikbaarheid van voedingsstoffen in de atmosfeer van rotsachtige exoplaneten, arXiv (2024). arxiv.org/abs/2404.04029

Aangeboden door Universe Today