I årtionden, Forskare har trott att det kan finnas liv under den isiga ytan på Jupiters måne Europa. Sen den tiden, flera bevis har dykt upp som tyder på att det inte är ensamt. Verkligen, inom solsystemet, det finns många "havvärldar" som potentiellt kan vara värd för liv, inklusive Ceres, Ganymedes, Enceladus, Titan, Dione, Triton, och kanske till och med Pluto.

Men vad händer om elementen för livet som vi känner det inte är tillräckligt rikligt i dessa världar? I en ny studie, två forskare från Harvard Smithsonian Center of Astrophysics (CfA) försökte avgöra om det faktiskt kunde finnas en brist på bioessentiella element i havsvärldarna. Deras slutsatser kan få omfattande konsekvenser för existensen av liv i solsystemet och bortom, för att inte tala om vår förmåga att studera det.

Studien, med titeln "Är utomjordiskt liv undertryckt på underjordiska havsvärldar på grund av bristen på bioessentiella element?" nyligen dök upp på nätet. Studien leddes av Manasavi Lingam, en postdoc-student vid Institute for Theory and Computation (ITC) vid Harvard University och CfA, med stöd av Abraham Loeb – chefen för ITC och Frank B. Baird, Jr. professor i vetenskap vid Harvard.

I tidigare studier, frågor om månar och andra planeters beboelighet har tenderat att fokusera på förekomsten av vatten. Detta har varit sant när det kommer till studiet av planeter och månar inom solsystemet, och särskilt sant när det gäller studiet av extrasolära planeter. När de har hittat nya exoplaneter, astronomer har ägnat stor uppmärksamhet åt huruvida planeten i fråga kretsar inom sin stjärnas beboeliga zon eller inte.

Detta är nyckeln till att avgöra om planeten kan stödja flytande vatten på sin yta eller inte. Dessutom, astronomer har försökt erhålla spektra från runt steniga exoplaneter för att avgöra om vattenförlust äger rum från dess atmosfär, vilket framgår av närvaron av vätgas. Under tiden, andra studier har försökt fastställa förekomsten av energikällor, eftersom detta också är viktigt för livet som vi känner det.

I kontrast, Dr Lingam och Prof. Loeb övervägde hur existensen av liv på havsplaneter kan vara beroende av tillgången på begränsande näringsämnen (LN). För en tid, det har förekommit stor debatt om vilka näringsämnen som skulle vara väsentliga för utomjordiskt liv, eftersom dessa element kan variera från plats till plats och över tidsskalor. Som Lingam sa till Universe Today via e-post:

"Den mest allmänt accepterade listan över grundämnen som är nödvändiga för livet som vi känner det består av väte, syre, kol, kväve och svavel. Dessutom, vissa spårmetaller (t.ex. järn och molybden) kan också vara värdefulla för livet som vi känner det, men listan över bioessentiella spårmetaller är föremål för en högre grad av osäkerhet och variation."

För deras syften, Dr Lingam och Prof. Loeb skapade en modell med hjälp av jordens hav för att bestämma hur källorna och sänkorna – dvs. faktorerna som lägger till eller utarmar LN-element i haven, respektive – kan likna dem på havsvärldar. På jorden, källorna till dessa näringsämnen inkluderar fluvial (från floder), atmosfäriska och glaciala källor, med energi från solljus.

Av dessa näringsämnen, de bestämde att det viktigaste skulle vara fosfor, och undersökte hur rikligt med detta och andra element kan vara på havsvärldar, där förhållandena är väldigt olika. Som Dr Lingam förklarade, det är rimligt att anta att i dessa världar, den potentiella existensen av liv skulle också komma ner till en balans mellan nettoinflödet (källor) och nettoutflödet (sänkor).

"Om sänkorna är mycket mer dominerande än källorna, det skulle kunna tyda på att elementen skulle utarmas relativt snabbt. För att uppskatta storleken på källorna och sänkorna, vi hämtade vår kunskap om jorden och kopplade den med andra grundläggande parametrar för dessa havsvärldar, såsom havets pH, världens storlek, etc. kända från observationer/teoretiska modeller."

Även om atmosfäriska källor inte skulle vara tillgängliga för inre hav, Dr. Lingham och prof. Loeb övervägde bidraget från hydrotermiska ventiler. Redan, det finns gott om bevis för att dessa finns i Europa, Enceladus, och andra havsvärldar. De övervägde också abiotiska källor, som består av mineraler som lakats ut från stenar av regn på jorden, men skulle bestå av vittring av stenar av dessa månars inre hav.

I sista hand, vad de hittade var att till skillnad från vatten och energi, begränsande näringsämnen kan finnas i begränsad tillgång när det gäller havsvärldar i vårt solsystem:

"Vi fann att enligt antagandena i vår modell, fosfor, som är ett av de bioessentiella elementen, utarmas över snabba tidsskalor (genom geologiska standarder) på havsvärldar vars hav är neutrala eller alkaliska till sin natur, och som har hydrotermisk aktivitet (dvs hydrotermiska ventilationssystem vid havsbotten). Därav, vårt arbete tyder på att liv kan existera i låga koncentrationer globalt i dessa havsvärldar (eller bara vara närvarande i lokala fläckar), och kanske därför inte är lätt att upptäcka."

Detta har naturligtvis konsekvenser för uppdrag som är avsedda för Europa och andra månar i det yttre solsystemet. Dessa inkluderar NASAs Europa Clipper-uppdrag, som för närvarande är planerad att lanseras mellan 2022 och 2025. Genom en serie förbiflygningar av Europa, denna sond kommer att försöka mäta biomarkörer i plymaktiviteten som kommer från månens yta.

Liknande uppdrag har föreslagits för Enceladus, och NASA överväger också ett "Dragonfly"-uppdrag för att utforska Titans atmosfär, yt- och metansjöar. Dock, om Dr Lingam och Prof. Loebs studie är korrekt, då är chanserna för dessa uppdrag att hitta några tecken på liv på en havsvärld i solsystemet ganska små. Ändå, som Lingam antydde, de anser fortfarande att sådana uppdrag bör utföras.

"Although our model predicts that future space missions to these worlds might have low chances of success in terms of detecting extraterrestrial life, we believe that such missions are still worthy of being pursued, " he said. "This is because they will offer an excellent opportunity to:(i) test and/or falsify the key predictions of our model, and (ii) collect more data and improve our understanding of ocean worlds and their biogeochemical cycles."

Dessutom, as Prof. Loeb indicated via email, this study was focused on "life as we know it". If a mission to these worlds did find sources of extra-terrestrial life, then it would indicate that life can arise from conditions and elements that we are not familiar with. Som sådan, the exploration of Europa and other ocean worlds is not only advisable, but necessary.

"Our paper shows that elements that are essential for the 'chemistry-of-life-as-we-know-it', såsom fosfor, are depleted in subsurface oceans, " he said. "As a result, life would be challenging in the oceans suspected to exist under the surface ice of Europa or Enceladus. If future missions confirm the depleted level of phosphorous but nevertheless find life in these oceans, then we would know of a new chemical path for life other than the one on Earth."

I slutet, scientists are forced to take the "low-hanging fruit" approach when it comes to searching for life in the universe . Until such time that we find life beyond Earth, all of our educated guesses will be based on life as it exists here. I can't imagine a better reason to get out there and explore the universe than this!