Forskare tror nu att vi kanske kan upptäcka tecken på liv på planeter bortom vårt solsystem under de närmaste decennierna, men för att göra det kommer det att krävas nya verktyg och tekniker. Forskare från hela världen har precis tagit fram en färdplan för att utveckla de tekniker som äntligen kan svara på frågan om vi är ensamma i universum. Detta arbete publicerades denna månad i fem tidningar i tidskriften Astrobiologi . Dessa artiklar kommer att fungera som en referens för framtida forskning om hur forskare kan söka efter tecken på liv i kosmos med hjälp av teleskopobservationer.

Forskare uppskattar att det kan finnas planeter runt nästan varje stjärna i galaxen. Planeter som kretsar runt stjärnor bortom solen kallas "exoplaneter". Faktiskt, takten i upptäckten av exoplaneter har varit så snabb - över 3, 500 har hittats sedan den första 1992 - att ett möte med forskare från många discipliner var akut behövt för att syntetisera kunskap för att främja vår förmåga att hitta tecken på liv på dessa nya exoplaneter. Bildades för tre år sedan, NASA:s Nexus for Exoplanet System Science (NExSS) är ett internationellt nätverk som för forskare från en mängd olika discipliner att förstå hur vi kan karakterisera och så småningom söka efter tecken på liv, kallade biosignaturer, på exoplaneter. Eftersom vi för närvarande inte kan besöka exoplaneter, forskare måste använda teleskop för att söka efter biosignaturer. Dessa observationer kommer att behöva driva vår teleskopteknologi till dess gränser.

För detta ändamål, NExSS producerade en omfattande serie artiklar som beskriver det förflutna, närvarande, och framtida forskning om hur man söker efter tecken på liv på exoplaneter. Dessa stora granskningsartiklar är resultatet av två års arbete av några av världens ledande forskare inom astrobiologi, planetvetenskap, geovetenskap, heliofysik, astrofysik, kemi, och biologi. Detta arbete började med onlinemöten följt av en personlig workshop som hölls i Seattle, Washington 2016, där forskare utbytte idéer och diskuterade nya planer på hur man bäst identifierar liv i världar bortom vårt solsystem. Flera medlemmar av Earth-Life Science Institute (ELSI) och forskare från andra institut i Tokyo-området deltog i dessa aktiviteter antingen personligen eller på distans. Dessa diskussioner låg till grund för de artiklar som publicerades i Astrobiologi .

Tidningarna identifierar flera problem i denna sökning och föreslår lösningar på dem. Det finns två huvudtyper av signaler som forskare planerar att leta efter. En typ kommer i form av de gaser som livet producerar, till exempel syret du andas just nu, som gjordes av växter eller fotosyntetiska mikrober. De planerar också att leta efter ljuset som reflekteras av livet självt, till exempel färgen på löv eller pigmenten som ger färg åt algblomningen i haven och till Yellowstones varma källor. Dessa typer av signaturer kan ses på jorden från omloppsbana, och astronomer studerar nya teleskopdesignkoncept som kanske kan upptäcka dem på exoplaneter.

Gruppen diskuterar hur naturen kan "lura" forskare att tro att en planet utan liv levde, eller tvärtom. Forskarna granskar hur en planet skulle kunna göra syre – som är rikligt på jorden nu på grund av biologisk fotosyntes – utan liv, och hur planeter med liv kan ha biosignaturer förutom syre. Genom att tänka på sådana typer av planeter i förväg, forskare är nu bättre förberedda att skilja sådana världar från planeter som verkligen är bebodda, och hur man utökar katalogen av biosignaturer som forskare kan leta efter i framtiden.

Teamet satte sig också för att kvantifiera chanserna för livet och klarheten i dess signaler på andra världar, vilket är en otroligt viktig och svår utmaning. De data som astronomer samlar in om exoplaneter kommer att vara relativt sparsamma; de kommer inte att ha prover från dessa planeter, och istället kommer bara att ha data från en enda ljuspunkt från den världen. Genom att analysera fingeravtrycken av atmosfäriska gaser och ytor i det ljuset, de kommer att urskilja så mycket som möjligt om exoplaneten. Detta inkluderar slutsatser om planetens atmosfäriska sammansättning och klimat, och förekomsten av hav och kontinenter. Genom att kombinera denna information på systematiska sätt och utveckla nya modeller, forskare kommer att kunna analysera om data från en planet bäst kan förklaras av närvaron av liv. Baserat på dessa modeller, de planerar att sätta förtroendenivåer för huruvida biologi finns i den världen. Det nya arbetet betonar behovet av att betrakta planeter på ett integrerat sätt, som omfattar flera discipliner och perspektiv.

Slutligen, nya instrument kommer att behövas — teleskopen som kommer att göra de observationer som är nödvändiga för detta arbete. Detta inkluderar både markbaserade och rymdbaserade observatorier, och både teleskop i drift idag och andra som kommer att byggas decennier i framtiden. Dessa nya teknologier kommer inte bara att förbättra bedömningarna av storlekarna och banorna för dessa avlägsna världar, men tillåter också djupare analys av deras atmosfärer och ytegenskaper. Så småningom kan de kanske berätta för oss om de har en potential att hysa liv. Uppdragskoncept med biosignaturdetektering som central drivkraft diskuteras för lansering under 2030-talet.

"Sedan mitten av 1900-talet, vi har sett betydande framsteg i de metoder och teknologier vi kan använda för att göra mer exakta observationer och karakterisera exoplaneter. Många av dessa har testats på stora obeboeliga planeter", sa Yuka Fujii, en forskare vid ELSI och huvudförfattare till en av tidningarna. Omfattningen av observationer expanderar nu mot jordens storlek, potentiellt tempererade exoplaneter. Data som kommer att samlas in under det kommande decenniet kommer att göra det möjligt för forskare att bättre studera planeter som kan hysa liv. "Sökandet efter liv på exoplaneter ljusår bort är en ambitiös utmaning - det kommer inte att sluta med en upptäckt av en enda egenskap, men kommer att kräva långsiktiga ansträngningar för att ackumulera en uppsättning "signaturer" som inte kan förklaras av några kända abiotiska processer och som troligtvis kan förklaras av den möjliga närvaron av en biosfär."

Författarna avslutade med den hoppfulla bedömningen att, med tanke på kommande teknologier och aktuell kunskap om exoplaneternas utbredning, upptäckten av atmosfäriska signaturer av ett fåtal potentiellt beboeliga planeter kan komma redan före 2030.