สิ่งที่ต้องใช้ในการค้นหาชีวิต ค้นหาจักรวาลเพื่อหาชีวประวัติ

ซุปเปอร์สโคปกำลังมาหอสังเกตการณ์บนพื้นดินและอวกาศขนาดมหึมาที่ให้เราสังเกตการณ์บรรยากาศของโลกที่อยู่ห่างไกลโดยตรง เรารู้ว่ามีชีวิตบนโลกและบรรยากาศของเราบอกเล่าเรื่องราวดังนั้นเราสามารถทำสิ่งเดียวกันกับดาวเคราะห์นอกระบบได้หรือไม่ ปรากฎว่าเกิดขึ้นกับชีวประวัติเดี่ยวซึ่งเป็นสารเคมีในชั้นบรรยากาศที่บอกคุณว่าใช่มีชีวิตอยู่ในโลกนี้แน่นอน

ฉันต้องยอมรับว่าฉันไม่ดีกับเรื่องนี้มาก่อน ในเอพดาราศาสตร์เก่า ๆ และ Hangout Space Weekly แม้ที่นี่ใน Guide to Space ฉันได้กล่าวว่าถ้าเราสามารถลองบรรยากาศของโลกที่ห่างไกลเราสามารถพูดด้วยความมั่นใจหากมีชีวิตอยู่ที่นั่น

เพียงตรวจจับโอโซนในบรรยากาศหรือมีเธนหรือแม้แต่มลพิษและคุณสามารถพูดว่า "มีชีวิตอยู่ที่นั่น" ในอนาคตเฟรเซอร์มาที่นี่เพื่อแก้ไขเฟรเซอร์ที่ผ่านมา ในขณะที่ฉันชื่นชมความกระตือรือร้นที่ไร้เดียงสาของเขาเพื่อค้นหามนุษย์ต่างดาว แต่กลับกลายเป็นเช่นเคยสิ่งต่าง ๆ จะยากขึ้นกว่าที่เราเคยคิดไว้

นักโหราศาสตร์กำลังพยายามดิ้นรนเพื่อหาชีวประวัติปืนกระบอกเดียวที่สามารถนำมาใช้ในการบอกว่ามีชีวิตอยู่ที่นั่น และนั่นเป็นเพราะกระบวนการทางธรรมชาติดูเหมือนจะมีวิธีที่ฉลาดในการหลอกเรา

ประวัติทางชีวภาพที่เป็นไปได้คืออะไรทำไมพวกเขามีปัญหาและสิ่งที่จะได้รับการยืนยันว่า?

เริ่มต้นด้วยโลกใกล้กับบ้าน: ดาวอังคาร

เป็นเวลาเกือบสองทศวรรษที่นักดาราศาสตร์ตรวจจับเมฆก๊าซมีเทนขนาดใหญ่ในชั้นบรรยากาศของดาวอังคาร มีเทนบนโลกนี้มาจากสิ่งมีชีวิตเช่นแบคทีเรียและวัวผายลม นอกจากนี้ก๊าซมีเทนก็ถูกทำลายได้ง่ายจากแสงแดดซึ่งหมายความว่านี่ไม่ใช่ก๊าซมีเทนโบราณจากพันล้านปีก่อน กระบวนการบางอย่างบนดาวอังคารกำลังเติมเต็มอย่างต่อเนื่อง

แต่อะไร?

นอกเหนือจากชีวิตแล้วก๊าซมีเทนสามารถก่อตัวตามธรรมชาติผ่านภูเขาไฟเมื่อหินกระทบกับน้ำอุ่น

นาซ่าพยายามที่จะไปที่ด้านล่างของคำถามนี้ด้วยวิญญาณและโอกาสและคาดว่าอยากรู้อยากเห็นควรมีเครื่องมือบนกระดานเพื่อค้นหาแหล่งที่มาของก๊าซมีเทน

ในช่วงหลายเดือนที่ผ่านมาความอยากรู้อยากเห็นตรวจพบว่ามีเธนเพิ่มขึ้นบนพื้นผิว แต่ถึงแม้จะนำไปสู่ข้อโต้แย้ง ปรากฎว่ารถแลนด์โรเวอร์บรรทุกก๊าซมีเทนและอาจปนเปื้อนพื้นที่โดยรอบ บางทีก๊าซมีเทนที่ตรวจพบนั้นมาจากตัวมันเอง อาจเป็นไปได้ว่าอุกกาบาตหินตกลงมาใกล้ ๆ และปล่อยก๊าซที่ปนเปื้อนออกมา

ภารกิจ ExoMars ขององค์การอวกาศแห่งยุโรปมาถึงดาวอังคารในเดือนตุลาคม 2016 แม้ว่า Schiaparelli Lander จะถูกทำลาย แต่ Trace Gas Orbiter รอดชีวิตจากการเดินทางและเริ่มทำแผนที่บรรยากาศของดาวอังคารอย่างละเอียดโดยค้นหาสถานที่ที่สามารถระบายมีเทน จนถึงตอนนี้เรายังไม่มีข้อสรุป

กล่าวอีกนัยหนึ่งคือเรามีกองยานอวกาศและยานอวกาศที่ดาวอังคารพร้อมเครื่องมือที่ออกแบบมาเพื่อสูดดมก๊าซมีเทนที่เบาที่สุดบนดาวอังคาร

มีคำแนะนำที่น่าสนใจเกี่ยวกับวิธีที่ระดับก๊าซมีเทนบนดาวอังคารดูเหมือนจะเพิ่มขึ้นและลดลงตามฤดูกาลบ่งบอกชีวิต แต่นักโหราศาสตร์ยังไม่เห็นด้วย

การเรียกร้องวิสามัญต้องมีหลักฐานพิเศษและทั้งหมดนั้น

กล้องโทรทรรศน์บางดวงสามารถวัดบรรยากาศของดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดวงดาวอื่นได้ ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมากล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์ของนาซ่าได้ทำแผนที่ชั้นบรรยากาศของโลกต่างๆ ตัวอย่างเช่นนี่คือแผนที่ของดาวพฤหัสบดีร้อน HD 189733b

. สถานที่ดูด แต่ว้าวเพื่อวัดบรรยากาศของดาวเคราะห์ดวงอื่นที่น่าตื่นตาตื่นใจ

พวกเขาแสดงเพลงนี้โดยการวัดสารเคมีของดาวในขณะที่ดาวเคราะห์ผ่านหน้ามันแล้วทำการวัดเมื่อไม่มีดาวเคราะห์ นั่นคือสิ่งที่บอกให้คุณทราบว่าสารเคมีที่โลกกำลังนำมาสู่งานปาร์ตี้

พวกเขายังสามารถวัดบรรยากาศของ HAT-P-26b ซึ่งเป็นโลกที่มีขนาดค่อนข้างเล็กซึ่งโคจรรอบดาวเนปจูนที่โคจรรอบดาวฤกษ์ใกล้เคียงและรู้สึกประหลาดใจที่พบไอน้ำในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์

นั่นหมายความว่ามีชีวิตเหรอ? ทุกที่ที่เราพบน้ำบนโลกเราพบชีวิต ไม่คุณสามารถได้รับน้ำโดยไม่ต้องมีชีวิต

เมื่อเปิดตัวในปี 2019 กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ของนาซ่าจะทำการตรวจจับบรรยากาศนี้ในระดับต่อไปทำให้นักดาราศาสตร์สามารถศึกษาบรรยากาศของโลกอื่น ๆ อีกมากมายที่มีความละเอียดสูงกว่ามาก

หนึ่งในเป้าหมายแรกของเวบบ์คือระบบ TRAPPIST-1 ที่มีดาวเคราะห์ครึ่งโหลอยู่ในเขตเอื้ออาศัยของดาวแคระแดง เวบบ์ควรจะสามารถตรวจจับโอโซนก๊าซมีเทนและชีวประวัติอื่น ๆ ที่อาจเกิดขึ้นได้ตลอดชีวิต

ดังนั้นสิ่งที่จะสามารถดูโลกที่ห่างไกลและรู้ว่ามีชีวิตอยู่ที่นั่น

นักโหราศาสตร์ John Lee Grenfell จากศูนย์การบินและอวกาศเยอรมันได้จัดทำรายงานขึ้นเมื่อเร็ว ๆ นี้โดยจะทำการสำรวจชีวประวัติของดาวเคราะห์นอกระบบทั้งหมดและตรวจสอบพวกเขาว่ามีโอกาสเป็นตัวบ่งชี้ชีวิตบนโลกอื่น

เป้าหมายแรกจะเป็นโมเลกุลของออกซิเจนหรือ O2 คุณกำลังหายใจอยู่ในตอนนี้ 21% ของทุกลมหายใจ ออกซิเจนจะคงอยู่ในชั้นบรรยากาศของโลกอื่นเป็นพัน ๆ ปีโดยไม่มีแหล่งกำเนิด

เกิดจากการสังเคราะห์ด้วยแสงที่นี่บนโลก แต่ถ้าโลกถูกดาวกระจายและสูญเสียชั้นบรรยากาศไฮโดรเจนก็จะถูกปล่อยออกสู่อวกาศและโมเลกุลของออกซิเจนก็ยังคงอยู่ กล่าวอีกนัยหนึ่งคุณไม่สามารถแน่ใจได้ทั้งสองวิธี

แล้วโอโซนล่ะ O3 หรือเปล่า? O2 จะถูกแปลงเป็น O3 ผ่านกระบวนการทางเคมีในชั้นบรรยากาศ ดูเหมือนจะเป็นตัวเลือกที่ดี แต่ปัญหาคือมีกระบวนการทางธรรมชาติที่สามารถผลิตโอโซนได้เช่นกัน มีชั้นโอโซนบนดาวศุกร์หนึ่งดวงอยู่บนดาวอังคารและพวกมันยังถูกตรวจพบรอบดวงจันทร์น้ำแข็งในระบบสุริยะ

มีไนตรัสออกไซด์หรือที่เรียกว่าแก๊สหัวเราะ มันผลิตออกมาโดยแบคทีเรียในดินและช่วยให้เกิดวัฏจักรไนโตรเจนของโลก และมีข่าวดีว่าโลกดูเหมือนจะเป็นโลกเดียวในระบบสุริยะที่มีไนตรัสออกไซด์ในชั้นบรรยากาศ

แต่นักวิทยาศาสตร์ยังได้พัฒนาแบบจำลองสำหรับวิธีสร้างสารเคมีนี้ในประวัติศาสตร์ยุคแรก ๆ ของโลกเมื่อมหาสมุทรที่อุดมด้วยกำมะถันมีปฏิกิริยากับไนโตรเจนบนโลก ในความเป็นจริงทั้งดาวศุกร์และดาวอังคารสามารถผ่านรอบที่คล้ายกันได้

กล่าวอีกนัยหนึ่งคุณอาจเห็นชีวิตหรือคุณอาจเห็นดาวเคราะห์ดวงใหม่

แล้วก็มีเธนเคมีที่เราใช้เวลาพูดคุยกันมาก อย่างที่ฉันได้พูดไปมีก๊าซมีเธนเกิดขึ้นที่นี่บนโลก แต่มันก็มีอยู่บนดาวอังคารเช่นกันและมีมหาสมุทรมีเธนเหลวบนไททัน

นักโหราศาสตร์ได้แนะนำไฮโดรคาร์บอนอื่น ๆ เช่นอีเทนไอโซพรี แต่สิ่งเหล่านี้ก็มีปัญหาเช่นกัน

สิ่งที่เกี่ยวกับมลพิษที่ปล่อยออกมาจากอารยธรรมขั้นสูง? นักโหราศาสตร์เรียก "เทคนิค" เหล่านี้และพวกเขาอาจรวมถึงสิ่งต่าง ๆ เช่น chlorofluorocarbons หรือระเบิดนิวเคลียร์ แต่อีกครั้งสารเคมีเหล่านี้ก็ยากที่จะตรวจจับแสงได้หลายปี

นักดาราศาสตร์แนะนำว่าเราควรค้นหาโลกที่ตายแล้วเพื่อเป็นพื้นฐาน สิ่งเหล่านี้จะเป็นโลกที่ตั้งอยู่ในเขตเอื้ออาศัยได้ แต่ชีวิตที่ชัดเจนไม่เคยไป เพียงแค่หินน้ำและบรรยากาศที่ไม่ได้สร้างขึ้นทางชีวภาพ

ปัญหาคือเราอาจไม่สามารถหาวิธีที่จะยืนยันได้ว่าโลกจะตายเช่นกัน สารเคมีชนิดต่าง ๆ ที่คุณคาดว่าจะเห็นในบรรยากาศเช่นมหาสมุทรคาร์บอนไดออกไซด์อาจถูกดูดซึมโดยมหาสมุทรดังนั้นคุณจึงไม่สามารถยืนยันได้ในเชิงลบ

วิธีการหนึ่งอาจไม่ได้เกี่ยวข้องกับบรรยากาศการสแกนเลย พืชพรรณบนโลกนี้สะท้อนความยาวคลื่นที่เฉพาะเจาะจงของแสงในภูมิภาค 700-750 นาโนเมตร นักโหราศาสตร์เรียกสิ่งนี้ว่า "ขอบแดง" เพราะคุณจะเห็นการสะท้อนแสงเพิ่มขึ้น 5 เท่าเมื่อเทียบกับพื้นผิวอื่น ๆ

แม้ว่าเราจะไม่ได้มีกล้องโทรทรรศน์ที่จะทำเช่นนี้ในวันนี้ แต่ก็มีความคิดที่ฉลาดเช่นการมองว่าแสงจากดาวเคราะห์สะท้อนไปยังดวงจันทร์ใกล้เคียงและวิเคราะห์สิ่งนั้นได้อย่างไร ค้นหาดาวเคราะห์นอกโลก

อันที่จริงแล้วในประวัติศาสตร์ยุคแรก ๆ ของโลกมันจะดูเป็นสีม่วงมากขึ้นเนื่องจากแบคทีเรียอาร์ไคนัน

มียานอวกาศและยานสำรวจภาคพื้นดินทั้งหมดมาออนไลน์ซึ่งจะช่วยเราผลักดันคำถามนี้ให้ลึกซึ้งยิ่งขึ้น

ภารกิจ Gaia ของ ESA กำลังทำแผนที่และระบุลักษณะของดาวฤกษ์ในทางช้างเผือก 1% บอกเราว่ามีดาวประเภทใดบ้างรวมทั้งตรวจจับดาวเคราะห์หลายพันดวงเพื่อการสังเกตการณ์เพิ่มเติม

การสำรวจอวกาศ Transiting Exoplanet หรือ TESS จะเปิดตัวในปี 2561 และจะพบดาวเคราะห์นอกระบบขนาดใหญ่และขนาดใหญ่ทั้งหมดในพื้นที่ใกล้เคียงของเรา

ภารกิจ PLATO 2 จะค้นหาโลกที่เต็มไปด้วยหินในเขตที่อยู่อาศัยได้และ James Webb จะสามารถศึกษาบรรยากาศของพวกเขาได้ นอกจากนี้เรายังได้พูดคุยเกี่ยวกับกล้องโทรทรรศน์ LUVOIR ขนาดใหญ่ที่สามารถเข้ามาออนไลน์ในปี 2030 และนำการสำรวจเหล่านี้ไปสู่อีกระดับ

และยังมีหอสังเกตการณ์พื้นที่และพื้นดินอีกมากมายในงานนี้

เนื่องจากกล้องโทรทรรศน์รอบต่อไปนี้มาออนไลน์ผู้ที่สามารถวัดบรรยากาศโลกขนาดโลกที่โคจรรอบดาวฤกษ์ดวงอื่นได้โดยตรงนักโหราศาสตร์จะต้องดิ้นรนเพื่อค้นหาชีวประวัติที่ให้สัญญาณที่ชัดเจนว่ามีชีวิตอยู่ที่นั่น

แทนที่จะมีความแน่นอนดูเหมือนว่าเราจะต้องดิ้นรนอย่างเดียวกันเพื่อทำความเข้าใจกับสิ่งที่เราเห็น นักดาราศาสตร์จะไม่เห็นด้วยซึ่งกันและกันพัฒนาเทคนิคใหม่และเครื่องมือใหม่เพื่อตอบคำถามที่ไม่ได้ตอบ

ต้องใช้เวลาสักครู่และความไม่แน่นอนจะจัดการได้ยาก แต่จำไว้ว่านี่อาจเป็นคำถามทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญที่สุดที่ทุกคนสามารถถามได้: เราอยู่คนเดียวในจักรวาลหรือไม่

คำตอบนั้นคุ้มค่ากับการรอคอย

ที่มา: John Lee Grenfell: การทบทวนชีวประวัติของดาวเคราะห์นอกระบบ

แนะนำหมวกให้ดร. คิมเบอร์ลี่คาร์เทียร์เพื่อนำฉันไปที่บทความนี้ ติดตามผลงานของเธอในนิตยสาร EOS