Satelliter övervakar hur "grönhet" förändras med jordens årstider. UCR-forskare studerar de åtföljande förändringarna i atmosfärens sammansättning som en markör för liv på avlägsna planeter. Kredit:NASA
Dussintals potentiellt beboeliga planeter har upptäckts utanför vårt solsystem, och många fler väntar på upptäckt.
Är någon – eller något – där?
Jakten på livet på dessa platser, som är omöjliga att besöka personligen, kommer att börja med ett sökande efter biologiska produkter i deras atmosfärer. Dessa atmosfäriska fingeravtryck av livet, kallade biosignaturer, kommer att upptäckas med hjälp av nästa generations teleskop som mäter sammansättningen av gaser som omger planeter som är ljusår bort.
Det är en knepig affär, eftersom biosignaturer baserade på enstaka mätningar av atmosfäriska gaser kan vara vilseledande. För att komplettera dessa markörer, och tack vare finansiering från NASA Astrobiology Institute, forskare vid University of California, Riversides Alternative Earths Astrobiology Center utvecklar det första kvantitativa ramverket för dynamiska biosignaturer baserat på säsongsmässiga förändringar i jordens atmosfär.
Med titeln "Atmosfärisk säsongsvariation som en exoplanetbiosignatur, " en artikel som beskriver forskningen publicerades idag i Astrofysiska tidskriftsbrev . Huvudförfattare är Stephanie Olson, en doktorand vid UCR:s institution för geovetenskaper.
När jorden kretsar runt solen, dess lutande axel innebär att olika regioner får fler strålar vid olika tidpunkter på året. De mest synliga tecknen på detta fenomen är förändringar i vädret och dagarnas längd, men atmosfärens sammansättning påverkas också. Till exempel, på norra halvklotet, som innehåller det mesta av världens växtlighet, växttillväxt på sommaren resulterar i märkbart lägre halter av koldioxid i atmosfären. Det omvända är sant för syre.
"Atmosfärisk säsongsvariation är en lovande biosignatur eftersom den är biologiskt modulerad på jorden och sannolikt kommer att inträffa i andra bebodda världar, ", sa Olson. "Att sluta liv baserat på säsongsvariationer skulle inte kräva en detaljerad förståelse av utomjordisk biokemi eftersom det uppstår som ett biologiskt svar på säsongsmässiga förändringar i miljön, snarare än som en konsekvens av en specifik biologisk aktivitet som kan vara unik för jorden." Vidare, extremt elliptiska banor snarare än axellutning kan ge säsongsvariationer på extrasolära planeter, eller exoplaneter, utöka utbudet av möjliga mål.
I tidningen, forskarna identifierar de möjligheter och fallgropar som är förknippade med att karakterisera den säsongsbetonade bildningen och förstörelsen av syre, koldioxid, metan, och deras upptäckt med hjälp av en avbildningsteknik som kallas spektroskopi. De modellerade också fluktuationer av atmosfäriskt syre på en livbärande planet med låg syrehalt, som på jorden för miljarder år sedan. De fann att ozon (O3), som produceras i atmosfären genom reaktioner som involverar syrgas (O 2 ) producerat av livet, skulle vara en lättare mätbar markör för säsongsvariationen i syre än O 2 sig på svagt syresatta planeter.
"Det är verkligen viktigt att vi noggrant modellerar den här typen av scenarier nu, så framtidens rymd- och markbaserade teleskop kan designas för att identifiera de mest lovande biosignaturerna, sa Edward Schwieterman, en NASA-postdoktor vid UCR. "När det gäller ozon, vi skulle behöva teleskop för att inkludera ultraviolett kapacitet för att enkelt upptäcka det."
Schwieterman sa att utmaningen med att söka efter liv är tvetydigheten i data som samlats in från så långt håll. Falska positiva – icke-biologiska processer som maskerar sig som liv – och falska negativa – liv på en planet som producerar få eller inga biosignaturer – är båda stora bekymmer.
"Både syre och metan är lovande biosignaturer, men det finns sätt de kan produceras utan liv, " sa Schwieterman.
Olson sa att observation av säsongsmässiga förändringar i syre eller metan skulle vara mer informativt.
"Ett potentiellt kraftfullt sätt att bedöma exoplaneter för bebyggelse skulle vara att observera deras atmosfärer genom deras banor för att se om vi kan upptäcka förändringar i dessa biosignaturgaser under loppet av ett år, " sa hon. "I vissa omständigheter, sådana förändringar skulle vara svåra att förklara utan liv och kan till och med tillåta oss att göra framsteg mot att karakterisera, istället för att bara känna igen, liv på en exoplanet."
Timothy Lyons, en professor i biogeokemi vid UCR:s institution för geovetenskap och chef för Alternative Earths Astrobiology Center, sade att detta arbete främjar den grundläggande strategin för att söka efter liv på mycket avlägsna planeter.
"Vi är särskilt glada över möjligheten att karakterisera syrefluktuationer på de låga nivåer vi förväntar oss att hitta på en tidig version av jorden, " sa Lyons. "Säsongsvariationer som avslöjas av ozon skulle vara lättast att upptäcka på en planet som jorden var för miljarder år sedan, när det mesta livet fortfarande var mikroskopiskt och havslevande."
