Det ultrakraftfulla rymdteleskopet James Webb lanseras snart. När den väl är utplacerad och på plats vid Earth-Sun Lagrange Point 2, det börjar jobba. En av dess jobb är att undersöka exoplaneternas atmosfärer och leta efter biosignaturer. Det ska vara enkelt, höger? Skanna bara av atmosfären tills du hittar syre, stäng sedan din bärbara dator och bege dig till puben:Fanfar, konfetti, Nobelpriset.

Självklart, Universum Idag vet läsare att det är mer komplicerat än så. Mycket mer komplicerat.

Faktiskt, närvaron av syre är inte nödvändigtvis tillförlitlig. Det är metan som kan skicka en starkare signal som indikerar närvaron av liv.

Syre kan tyckas vara det självklara att leta efter i en planets atmosfär när man söker efter tecken på liv, men så är inte fallet. Dess närvaro eller brist på sådan är inte en tillförlitlig indikator. Jordens historia gör det tydligt.

Den moderna jordens atmosfär innehåller cirka 21 % syre, och vi vet att det mesta kommer från organismer i planetens hav. Men det finns ett problem:När cyanobakterier på den antika jorden började producera syre som en biprodukt av fotosyntes, det tog fortfarande väldigt lång tid innan atmosfären blev syresatt, kanske en miljard år.

Tänk om vi undersökte en exoplanet, hittade inget syre, gick sedan vidare, att inte inse att det fanns liv där nere, i början av att syresätta den världen? Tänk om vi var en miljard år för tidiga, och livet har inte syresatt exoplanetens atmosfär än? Steniga planeter har många syresänkor, och biologiskt producerat syre skulle inte finnas fritt i atmosfären förrän dessa sänkor blev mättade.

Det var vad som hände på jorden, och det är vad vi förväntar oss kan hända i andra steniga världar. På jorden, geologisk aktivitet driver upp magma från manteln till skorpan. Mycket av mantelmaterialet, som järn, till exempel, binder till atmosfäriskt syre, dra ut den ur atmosfären.

Detta är en anledning till att planetforskare fokuserar på andra saker, som metan (CH ₄ ). I en ny tidning, forskare undersökte potentialen för metan att signalera biologisk aktivitet. De säger att rikligt med metan i en planets atmosfär sannolikt inte kommer från vulkaner och troligen har ett biologiskt ursprung.

Tidningens titel är "Riklig atmosfärisk metan från vulkanism på jordiska planeter är osannolik och stärker argumenten för metan som en biosignatur." Huvudförfattare är Nicholas Wogan från Institutionen för jord- och rymdvetenskap, University of Washington, och från Virtual Planetary Laboratory vid U of W. Uppsatsen är publicerad i The Planetary Science Journal .

Att upptäcka potentiella biosignaturer som metan i atmosfären på avlägsna exoplaneter är knepigt. Men när något som metan upptäcks, hårdare arbete väntar. Dess närvaro måste undersökas i sammanhanget av planeten själv.

Biosignaturforskare har inte väntat passivt på att rymdteleskopet James Webb ska lanseras. De har tänkt mycket på att upptäcka biosignaturer med teleskopet. Forskare har föreslagit att planetariska atmosfärer med rikligt med metan och koldioxid i ojämvikt kan vara en stark biosignatur. I deras tidning, författarna påpekar att "... få studier har undersökt möjligheten av icke-biologisk CH ₄ och CO ₂ och relaterade kontextuella ledtrådar." I det här fallet, icke-biologiska betyder vulkaner.

Författarna ville använda en termodynamisk modell för att undersöka huruvida avgasning från vulkanisk magma på jordliknande planeter kunde sätta CH ₄ och CO ₂ in i atmosfären. I huvudsak, de fann att vulkaner sannolikt inte kommer att producera samma metanmängder som biologiska källor kunde. Det är inte omöjligt, bara osannolikt.

Det beror till stor del på att väte gillar att stanna i magma. H ₂ O är mycket lösligt i magma, begränsar mängden H som avgas och begränsar följaktligen hur mycket CH ₄ finns i en planets atmosfär. En annan anledning är att CH ₄ självt kräver lågtemperaturmagma för att avgasa, medan majoriteten av jordens magma är högre temperatur.

I de osannolika fall där vulkanism kan producera stora mängder metan, författarna hittade, de skulle också producera koldioxid. Den antika arkeiska jorden var mycket mer vulkaniskt aktiv än den moderna jorden. Under den arkeiska eonen, Jordens värmeflöde var upp till tre gånger mer än det är för närvarande. Enligt studien, den kunde ha producerat 25 gånger mer magma än den moderna jorden och mycket mer metan. Men samma aktivitet som producerade all den metanen skulle också producera mycket mer koldioxid. Den där, författarna påpekar, är en detekterbar falsk-positiv. Men om rikligt med metan upptäcks utan åtföljande mängder CO ₂ , då är det en mer pålitlig biosignatur.

Författarna säger att det skulle vara svårt att förklara detektering av metan och koldioxid utan att åberopa biologiska källor, åtminstone för alla planeter som liknar jorden. De drog också slutsatsen att en liten eller försumbar mängd kolmonoxid som detekteras i en atmosfär stärker CH ₄ +CO ₂ biosignatur eftersom "... livet lätt förbrukar atmosfärisk CO, samtidigt som en minskning av vulkaniska gaser sannolikt orsakar att CO byggs upp i en planets atmosfär."

Forskarna avslutar med en varning, påpekar att allt detta arbete är baserat på vad vi vet om jorden och andra planeter i vårt eget solsystem. Hur långt den kunskapen kan utvidgas till tusentals olika exoplaneter är oklart.

"Dessa slutsatser bör tas med försiktighet eftersom de är baserade på vad man förstår om processer som sker på jorden och vårt solsystem, vilket kan vara ett mycket sparsamt urval av vad som är möjligt, " de skriver.