Các kính viễn vọng đang đến, các đài quan sát trên mặt đất và không gian rộng lớn mà Wll cho phép chúng ta quan sát trực tiếp bầu khí quyển của các thế giới xa xôi. Chúng ta biết có cuộc sống trên Trái đất và bầu khí quyển của chúng ta kể câu chuyện, vậy chúng ta có thể làm điều tương tự với các hành tinh ngoài hệ mặt trời không? Hóa ra, đến với một sinh học duy nhất, một chất hóa học trong bầu khí quyển cho bạn biết rằng có, hoàn toàn, có cuộc sống trên thế giới đó, thực sự khó khăn.
Tôi đã phải thừa nhận, tôi đã từng khá tệ vì điều này trong quá khứ. Trong các tập phim cũ về Thiên văn học và Hangout không gian hàng tuần, ngay cả ở đây trong Hướng dẫn về không gian, Iithve nói rằng nếu chúng ta có thể lấy mẫu bầu không khí của một thế giới xa xôi, chúng ta có thể nói với niềm tin nếu có cuộc sống ở đó.
Chỉ cần phát hiện ozone trong khí quyển, hoặc khí mê-tan, hoặc thậm chí là ô nhiễm và bạn có thể nói, ở đó có cuộc sống ở đó. Chà, Fraser tương lai đang ở đây để sửa chữa quá khứ Fraser. Trong khi tôi ngưỡng mộ sự nhiệt tình ngây thơ của anh ấy đối với việc tìm kiếm người ngoài hành tinh, thì hóa ra, như mọi khi, mọi thứ sẽ trở nên khó khăn hơn chúng ta nghĩ trước đây.
Các nhà sinh vật học thực sự đang vật lộn để tìm ra một dạng sinh học súng hút thuốc duy nhất có thể được sử dụng để nói rằng có cuộc sống ngoài kia. Và điều đó bởi vì các quy trình tự nhiên dường như có những cách thông minh để đánh lừa chúng ta.
Một số sinh trắc học tiềm năng là gì, tại sao chúng có vấn đề, và cần những gì để có được xác nhận đó?
Hãy bắt đầu với một thế giới gần nhà: Sao Hỏa.
Trong gần hai thập kỷ, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra những đám mây khí mêtan lớn trong bầu khí quyển của Sao Hỏa. Ở đây trên trái đất, khí mê-tan đến từ các sinh vật sống, như vi khuẩn và những con bò xì hơi. Hơn nữa, khí mê-tan dễ dàng bị phá vỡ bởi ánh sáng mặt trời, điều đó có nghĩa là khí mê-tan cổ xưa này còn sót lại từ hàng tỷ năm trước. Một số quá trình trên Sao Hỏa liên tục bổ sung nó.
Nhưng cái gì?
Chà, ngoài sự sống, khí mê-tan có thể hình thành tự nhiên thông qua núi lửa, khi đá tương tác với nước nóng.
NASA đã cố gắng đi đến tận cùng câu hỏi này với các động cơ Thần và Cơ hội, và người ta hy vọng rằng Curiosity nên có các công cụ trên tàu để tìm ra nguồn gốc của khí mê-tan.
Trong vài tháng, Curiosity đã phát hiện ra sự gia tăng khí mê-tan trên bề mặt, nhưng thậm chí điều đó đã dẫn đến một cuộc tranh cãi. Hóa ra chính rover đã mang khí mê-tan và có thể đã làm ô nhiễm khu vực xung quanh. Có lẽ khí mê-tan mà nó phát hiện ra từ chính nó. Nó cũng có thể là một thiên thạch đá rơi xuống gần đó và giải phóng một số khí làm ô nhiễm kết quả.
Nhiệm vụ ExoMars của Cơ quan Vũ trụ châu Âu đã đến Sao Hỏa vào tháng 10 năm 2016. Mặc dù Schiaparelli Lander đã bị phá hủy, Trace Gas Orbiter vẫn sống sót sau hành trình và bắt đầu lập bản đồ khí quyển của Sao Hỏa rất chi tiết, tìm kiếm những nơi có thể thoát khí metan, và vì vậy cho đến nay, chúng tôi không có kết quả cuối cùng.
Nói cách khác, chúng tôi đã có một đội tàu quỹ đạo và tàu đổ bộ lên Sao Hỏa, được trang bị các dụng cụ được thiết kế để đánh hơi ra luồng khí mêtan mờ nhạt nhất trên Sao Hỏa.
Có một số gợi ý thực sự hấp dẫn về mức độ khí mê-tan trên sao Hỏa dường như tăng và giảm theo mùa, cho thấy sự sống, nhưng các nhà sinh vật học vẫn không đồng ý.
Yêu cầu đặc biệt đòi hỏi bằng chứng phi thường và tất cả điều đó.
Một số kính thiên văn đã có thể đo được bầu khí quyển của các hành tinh quay quanh các ngôi sao khác. Trong thập kỷ qua, Kính thiên văn vũ trụ NASA NASA Spitzer đã vạch ra bầu khí quyển của nhiều thế giới khác nhau. Ví dụ, ở đây, một bản đồ của jupiter HD 189733b nóng
. Nơi này thật hấp dẫn, nhưng wow, để đo một bầu không khí, của một hành tinh khác, điều đó thật ngoạn mục.
Họ thực hiện kỳ tích này bằng cách đo các hóa chất của ngôi sao trong khi hành tinh đi qua phía trước nó, và sau đó đo nó khi không có hành tinh nào. Điều đó cho bạn biết những gì hóa chất hành tinh đang mang đến cho bữa tiệc.
Họ cũng có thể đo được bầu khí quyển của HAT-P-26b, một thế giới tương đối nhỏ có kích cỡ sao Hải Vương quay quanh một ngôi sao gần đó và rất ngạc nhiên khi tìm thấy hơi nước trong bầu khí quyển của hành tinh.
Điều đó có nghĩa là có cuộc sống của người Hồi giáo? Bất cứ nơi nào chúng ta tìm thấy nước trên Trái đất, chúng ta tìm thấy sự sống. Không, bạn hoàn toàn có thể lấy nước mà không cần sự sống.
Khi nó ra mắt vào năm 2019, Kính viễn vọng Không gian NASA Web James sẽ đưa cảm biến khí quyển này lên một tầm cao mới, cho phép các nhà thiên văn học nghiên cứu bầu khí quyển của nhiều thế giới với độ phân giải cao hơn nhiều.
Một trong những mục tiêu đầu tiên cho Webb sẽ là hệ thống TRAPPIST-1 với nửa tá hành tinh quay quanh khu vực có thể ở được của một ngôi sao lùn đỏ. Webb sẽ có thể phát hiện ozone, metan và các đặc tính sinh học tiềm năng khác cho sự sống.
Vì vậy, cần những gì để có thể nhìn thấy một thế giới xa xôi và biết chắc chắn có cuộc sống ở đó.
Nhà sinh vật học John Lee Grenfell từ Trung tâm hàng không vũ trụ Đức gần đây đã tạo ra một báo cáo, đi qua tất cả các sinh trắc học ngoại hành tinh có thể ở ngoài đó, và xem xét chúng về khả năng chúng là dấu hiệu của sự sống ở một thế giới khác.
Mục tiêu đầu tiên sẽ là oxy phân tử, hoặc O2. Bạn đang thở nó ngay bây giờ. Vâng, 21% của mỗi hơi thở, dù sao. Oxy sẽ tồn tại trong bầu khí quyển của một thế giới khác trong hàng ngàn năm mà không có nguồn.
Nó được sản xuất ở đây trên Trái đất bằng quang hợp, nhưng nếu một thế giới bị ngôi sao của nó vùi dập và mất đi bầu khí quyển, thì hydro bị thổi bay vào không gian, và oxy phân tử có thể tồn tại. Nói cách khác, bạn có thể chắc chắn một trong hai cách.
Làm thế nào về ozone, còn gọi là O3? O2 được chuyển đổi thành O3 thông qua một quá trình hóa học trong khí quyển. Nghe có vẻ là một ứng cử viên tốt, nhưng vấn đề là có những quá trình tự nhiên cũng có thể tạo ra ozone. Có một tầng ozone trên sao Kim, một tầng trên sao Hỏa và chúng thậm chí còn được phát hiện xung quanh các mặt trăng băng giá trong Hệ mặt trời.
Có oxit nitơ nitơ, còn được gọi là khí cười. Nó được sản xuất như một sản phẩm đầu ra của vi khuẩn trong đất và giúp đóng góp vào chu trình nitơ của Trái đất. Và có tin tốt lành, Trái đất dường như là thế giới duy nhất trong Hệ Mặt trời có oxit nitơ trong khí quyển.
Nhưng các nhà khoa học cũng đã phát triển các mô hình về cách thức hóa chất này có thể được tạo ra trong lịch sử ban đầu của Trái đất khi đại dương giàu lưu huỳnh của nó tương tác với nitơ trên hành tinh. Trên thực tế, cả Sao Kim và Sao Hỏa đều có thể trải qua một chu kỳ tương tự.
Nói cách khác, bạn có thể đang nhìn thấy cuộc sống, hoặc bạn có thể đang nhìn thấy một hành tinh trẻ.
Sau đó, có meth methane, hóa chất chúng tôi đã dành rất nhiều thời gian để nói về. Và như tôi đã đề cập, có khí mêtan được tạo ra bởi sự sống ở đây trên Trái đất, nhưng nó cũng có trên Sao Hỏa và có những đại dương khí metan lỏng trên Titan.
Các nhà sinh vật học đã đề xuất các hydrocarbon khác, như ethane, isoprene, nhưng chúng cũng có những vấn đề riêng.
Còn các chất ô nhiễm phát ra từ các nền văn minh tiên tiến thì sao? Các nhà sinh vật học gọi những công nghệ này là các kỹ thuật viên của người Hồi giáo, và họ có thể bao gồm những thứ như chlorofluorocarbons hoặc hạt nhân. Nhưng một lần nữa, những hóa chất này sẽ khó phát hiện ra những năm ánh sáng.
Các nhà thiên văn học cho rằng chúng ta nên tìm kiếm những trái đất chết, chỉ để đặt đường cơ sở. Đây sẽ là những thế giới nằm trong khu vực có thể ở được, nhưng rõ ràng cuộc sống không bao giờ có được. Chỉ cần đá, nước và một bầu không khí không sinh học.
Vấn đề là chúng ta có thể có thể thậm chí tìm ra một cách để xác nhận rằng một thế giới đã chết. Các loại hóa chất mà bạn mong muốn nhìn thấy trong khí quyển, như carbon dioxide có thể được hấp thụ bởi các đại dương, vì vậy bạn thậm chí có thể xác nhận tiêu cực.
Một phương pháp thậm chí có thể không liên quan đến việc quét khí quyển. Thảm thực vật ở đây trên Trái đất phản chiếu lại một bước sóng ánh sáng rất đặc biệt trong vùng 700-750 nanomet. Các nhà sinh vật học gọi đây là đường viền đỏ, vì bạn sẽ thấy độ phản xạ tăng gấp 5 lần so với các bề mặt khác.
Mặc dù chúng ta không có kính viễn vọng để thực hiện điều này ngày hôm nay, nhưng có một số ý tưởng thực sự thông minh, như xem cách ánh sáng từ một hành tinh phản chiếu lên mặt trăng gần đó và phân tích điều đó. Tìm kiếm trái đất ngoại hành tinh.
Trên thực tế, trở lại trong lịch sử ban đầu của Earth, nó sẽ có màu tím hơn do vi khuẩn Archaean.
Có một đội tàu toàn bộ tàu vũ trụ và đài quan sát mặt đất trực tuyến mà Wll sẽ giúp chúng ta đẩy sâu hơn vào câu hỏi này.
Nhiệm vụ ESA Led Gaia sẽ lập bản đồ và mô tả 1% các ngôi sao trong Dải Ngân hà, cho chúng ta biết những loại sao nào ở ngoài đó, cũng như phát hiện hàng ngàn hành tinh để quan sát thêm.
Khảo sát không gian Exoplanet quá cảnh, hay TESS, ra mắt vào năm 2018, và sẽ tìm thấy tất cả các ngoại hành tinh có kích thước Trái đất và lớn hơn trong khu phố của chúng ta.
Nhiệm vụ PLATO 2 sẽ tìm thấy các thế giới đá trong khu vực có thể ở được và James Webb sẽ có thể nghiên cứu bầu khí quyển của chúng. Chúng tôi cũng đã nói về kính viễn vọng LUVOIR khổng lồ có thể xuất hiện trực tuyến vào những năm 2030 và đưa những quan sát này lên một tầm cao mới.
Và có nhiều đài quan sát không gian và mặt đất hơn trong các công trình.
Khi vòng kính viễn vọng tiếp theo xuất hiện, những người có khả năng đo trực tiếp bầu khí quyển của một thế giới có kích thước Trái đất quay quanh một ngôi sao khác, các nhà sinh vật học sẽ phải vật lộn để tìm ra một sinh học cung cấp một dấu hiệu rõ ràng ở đó.
Thay vì chắc chắn, có vẻ như chúng ta sẽ có cùng một cuộc đấu tranh để hiểu được những gì chúng ta đã thấy. Các nhà thiên văn học sẽ không đồng ý với nhau, phát triển các kỹ thuật mới và các công cụ mới để trả lời các câu hỏi chưa được giải quyết.
Nó sẽ mất một lúc, và sự không chắc chắn sẽ rất khó xử lý. Nhưng hãy nhớ rằng, đây có lẽ là câu hỏi khoa học quan trọng nhất mà bất cứ ai cũng có thể hỏi: chúng ta có đơn độc trong vũ trụ không?
Câu trả lời là đáng chờ đợi.
Nguồn: John Lee Grenfell: Một đánh giá về sinh học ngoại sinh.
Hat tip cho Tiến sĩ Kimberly Cartier đã hướng dẫn tôi đến bài báo này. Theo dõi công việc của cô trên Tạp chí EOS.
