Jeśli chodzi o poszukiwanie życia pozaziemskiego, naukowcy mają tendencję do bycia nieco geocentrycznymi - tj. Szukają planet podobnych do naszej. Jest to zrozumiałe, ponieważ Ziemia jest jedyną znaną planetą, która wspiera życie. W rezultacie ci, którzy szukają życia pozaziemskiego, szukali planet o charakterze ziemskim (skalistym), krążących wokół swoich stref mieszkalnych gwiazd i mających wystarczającą ilość wody na swoich powierzchniach.
W trakcie odkrywania kilku tysięcy egzoplanet naukowcy odkryli, że wiele z nich może w rzeczywistości być „światami wodnymi” (planetami, na których do 50% ich masy stanowi woda). To oczywiście rodzi pytania, na przykład o to, ile wody jest za dużo, a czy zbyt wiele gruntów może również stanowić problem? Aby rozwiązać ten problem, para naukowców z Harvard Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) przeprowadziła badanie w celu ustalenia, w jaki sposób stosunek wody do mas lądowych może przyczynić się do życia.
Badanie - „Zależność aktywności biologicznej od frakcji wód powierzchniowych planet”, które jest recenzowane do publikacji z The Astronomical Journal- autorstwa Manasvi Lingama, doktora habilitowanego w Instytucie Teorii i Obliczeń CfA (ITC) oraz Abrahama Loeba - dyrektora ITC i katedry naukowej Franka B. Bairda Jr. na Uniwersytecie Harvarda.
Na początek Lingam i Loeb zajmują się kwestią zasady antropicznej, która odegrała ważną rolę w badaniach astronomicznych i egzoplanet. Krótko mówiąc, zasada ta stwierdza, że jeśli warunki na Ziemi są odpowiednie, aby przystosować się do życia, to musi istnieć ze względu na tworzenie życia. Zasada ta, rozciągnięta na cały Wszechświat, dowodzi, że prawa fizyki istnieją tak, jak mają one na celu powstanie życia.
Innym sposobem spojrzenia na to jest rozważenie, w jaki sposób nasze oceny Ziemi mieszczą się w tak zwanych „efektach selekcji obserwacji” - gdzie na wyniki bezpośrednio wpływa rodzaj zastosowanej metody. W tym przypadku skutki wynikają z faktu, że nasze poszukiwania życia poza Ziemią i naszym Układem Słonecznym wymagają istnienia odpowiednio umiejscowionego obserwatora.
W rezultacie zakładamy, że warunki do życia będą wszechobecne we Wszechświecie, ponieważ jesteśmy z nimi zaznajomieni. Warunkuje to obecność zarówno ciekłej wody, jak i mas lądowych, które były niezbędne do powstania życia, jakie znamy. Jak Lingam wyjaśnił Space Magazine za pośrednictwem poczty elektronicznej, jest to jeden ze sposobów, w jaki pojawia się zasada antropiczna podczas wyszukiwania planet potencjalnie nadających się do zamieszkania:
„Fakt, że ziemskie i wodne frakcje Ziemi są porównywalne, wskazuje na antropiczne skutki selekcji, to znaczy pojawienie się ludzi (lub analogicznych świadomych obserwatorów) mogło być ułatwione dzięki odpowiedniej mieszaninie ziemi i wody”.
Jednakże, odnosząc się do wielu super-Ziem, które zostały odkryte w innych układach gwiezdnych, analizy statystyczne ich średniej gęstości wykazały, że większość ma wysokie ułamki substancji lotnych. Dobrym przykładem tego jest system TRAPPIST-1, w którym teoretyczne modelowanie jego siedmiu planet wielkości Ziemi wykazało, że mogą one zawierać do 40–50% masy wody.
Te „wodne światy” miałyby zatem bardzo głębokie oceany i nie byłoby mowy o lądach, co mogłoby mieć drastyczne konsekwencje dla pojawienia się życia. Jednocześnie planety, które mają niewiele lub nie mają wcale wody na swoich powierzchniach, nie są uważane za dobrych kandydatów do życia, biorąc pod uwagę, jak woda jest niezbędna do życia, jakie znamy.
„Zbyt duża powierzchnia ziemi stanowi problem, ponieważ ogranicza ilość wód powierzchniowych, przez co większość kontynentów jest bardzo sucha”, powiedział Lingam. „Suche ekosystemy zazwyczaj charakteryzują się niskim poziomem produkcji biomasy na Ziemi. Zamiast tego, jeśli weźmie się pod uwagę scenariusz przeciwny (tj. Głównie oceany), napotyka się potencjalny problem z dostępnością fosforu, który jest jednym z podstawowych elementów życia tak, jak wiemy. Dlatego może to powodować wąskie gardło w zakresie ilości biomasy. ”
Aby wykorzystać te możliwości, Lingam i Leob zaczęli analizować, w jaki sposób planety o zbyt dużej ilości wody lub ziemi mogą wpłynąć na rozwój biosfer egzoplanet. Jak wyjaśnił Lingam:
„Opracowaliśmy prosty model, aby oszacować, jaki ułamek ziemi będzie suchy (tj. Pustynie) i względnie niezdatny do zamieszkania. W scenariuszu z dominującymi w wodzie biosferami dostępność fosforu staje się czynnikiem ograniczającym. Wykorzystaliśmy tutaj model opracowany w jednym z naszych wcześniejszych artykułów, który bierze pod uwagę źródła i pochłanianie fosforu. Połączyliśmy te dwa przypadki, wykorzystaliśmy dane z Ziemi jako punkt odniesienia, a tym samym ustaliliśmy, w jaki sposób właściwości ogólnej biosfery zależą od ilości ziemi i wody. ”
Odkryli, że staranna równowaga między lądami i oceanami (podobnie jak to, co mamy tutaj na Ziemi) jest kluczowa dla pojawienia się złożonych biosfer. W połączeniu z symulacjami numerycznymi przeprowadzonymi przez innych badaczy, badania Lingama i Loeba wskazują, że planety takie jak Ziemia - ze stosunkiem oceanów do powierzchni lądu (około 30:70) - są prawdopodobnie dość rzadkie. Jak podsumował Lingam:
„Zatem podstawowy wniosek jest taki, że bilansu frakcji lądowej i wodnej nie można przechylać zbyt mocno w taki czy inny sposób. Nasza praca pokazuje również, że na ważne wydarzenia ewolucyjne, takie jak wzrost poziomu tlenu i pojawienie się gatunków technologicznych, może wpływać frakcja lądowo-wodna i że optymalna wartość może być zbliżona do Ziemi ”.
Od pewnego czasu astronomowie szukają egzoplanet, w których panują warunki podobne do ziemskich. Jest to znane jako podejście „nisko wiszących owoców”, w którym staramy się znaleźć życie, szukając biosignatur, które kojarzą nam się z życiem takim, jakie znamy. Jednak zgodnie z najnowszymi badaniami znalezienie takich miejsc może być jak szukanie surowca diamentowego.
Wnioski z badania mogą mieć również znaczące implikacje, jeśli chodzi o poszukiwanie inteligencji pozaziemskiej, wskazując, że i ona jest dość rzadka. Na szczęście Lingam i Loeb przyznają, że niewiele wiadomo o egzoplanetach i ich stosunkach wody do lądu, by cokolwiek powiedzieć.
„Nie można jednak przewidzieć, w jaki sposób wpłynie to ostatecznie na SETI”, powiedział Lingam. „Wynika to z faktu, że nie mamy jeszcze odpowiednich ograniczeń obserwacyjnych dotyczących frakcji egzoplanet i wód gruntowych, a nasza obecna wiedza na temat ewolucji gatunków technologicznych (zdolnych do udziału w SETI) wciąż jest nieznana”.
W końcu musimy uzbroić się w cierpliwość i czekać, aż astronomowie dowiedzą się więcej o planetach pozasłonecznych i ich środowiskach. Będzie to możliwe w nadchodzących latach dzięki teleskopom nowej generacji. Należą do nich naziemne teleskopy takie jak ESO Niezwykle duży teleskop (ELT) i kosmiczne teleskopy takie jak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) - które mają rozpocząć działalność odpowiednio w 2024 i 2021 r.
Dzięki ulepszeniom technologii i tysiącom egzoplanet dostępnych obecnie do badań astronomowie zaczęli przechodzić od procesu odkrywania do charakteryzacji. W nadchodzących latach to, czego dowiadujemy się o atmosferach egzoplanet, znacznie przyczyni się do udowodnienia lub obalenia naszych teoretycznych modeli, nadziei i oczekiwań. Z czasem możemy wreszcie określić, jak obfite jest życie w naszym Wszechświecie i jakie formy może on przybierać.
