Ingen håller med om vad det innebär att en planet är beboelig

Konstnärens koncept av Kepler 22b NASA

För lite mindre än en månad sedan meddelade forskare att vattenånga hade upptäckts i atmosfären av K2-18b, en exoplanet 110 ljusår bort. Av avgörande betydelse var planeten i sin stjärnas beboeliga zon (regionen runt en stjärna som är tillräckligt tempererad för flytande ytvatten, ibland kallad Guldlockszonen). Men användningen av den frasen är ganska kontroversiell. Även om människor verkligen inte kunde leva på K2-18b, så finns det säng överenskommelse mellan experter om huruvida någon form av extremt mikrobiellt liv kunde hittas där. Det kan ha varit i den beboeliga zonen, men ingen kunde hålla med om K2-18b verkligen var det beboelig eller inte t .

Denna oenighet berodde delvis på att vi inte hade en konsensus om vilken typ av planet K2-18b var, men det berodde också på att det finns många olika sätt att definiera beboelighet. Vissa forskare tror att en stenig yta är avgörande. Andra trodde att mikrobiellt liv kunde hitta ett sätt att existera i luften, som bakterier som rider damm i vinden. Vissa ville ha bevis på en tjock, varm yta, medan andra inte var så säkra på att det var nödvändigt.

Inget av detta var förvånande. Beboelighet är en vag, jargony term. Om du ber hundra forskare att definiera vad som gör en planet beboelig, får du hundra olika svar.

Mycket av diskussionen har drivits av vad som är känt och vilken teknik vi har för att faktiskt modellera planeter, säger Rory Barnes, en astronom och astrobiolog vid Virtual Planet Laboratory vid University of Washington.

Tills relativt nyligen visste vi inte ens om planeter utanför solsystemet var vanliga. Astronomer gjorde några upptäckter här och där, men saker och ting tog inte fart förrän NASA:s Kepler-rymdteleskop slogs på 2009, vilket erbjuder en skarpare metod för att identifiera planeter som passerar framför sina värdstjärnor.

De data som dessa observationer gav var extremt begränsade. Till exempel upptäckte forskare 2007 Gliese 581c, den första exoplaneten som var både stenig och som fanns inom den beboeliga zonen. På den tiden var det de två kraven som folk behövde för att gå upp ur sängen på morgonen och tycka att det var något värt att uppmärksamma, säger Barnes.

Vatten är viktigt för livet som vi känner det, så å ena sidan var detta ett riktigt användbart första steg för att begränsa vilka nya världar som borde få vår uppmärksamhet. Å andra sidan försummade den andra livskrav, som en kolkälla, en energikälla och viktiga näringsämnen, säger Stephanie Olson, en planetarisk forskare vid University of Chicago.

En planet som saknar dessa andra saker är praktiskt taget lika obeboelig som Pluto. Dessutom behöver en planet inte bo i den beboeliga zonen för att vara beboelig. Jupiters måne Europa, och Saturnus månar Titan och Enceladus, är bara några exempel på möjliga havsvärldar som väcker intresset hos astrobiologer trots att de befinner sig långt utanför solens beboeliga zon.

En del av problemet är att vi på ett olämpligt sätt har isolerat dessa undersökningar från andra vetenskaper. Jag säger alltid till astronomer, om du vill veta vad beboelighet är, gå bara in på biologi, säger Abel Méndez, en planetarisk astrobiolog och chef för Planetary Habitability Laboratory vid University of Puerto Rico i Arecibo. Många är oroliga över att astronomer på ett olämpligt sätt tillämpar lärdomar från biologi och klimatvetenskap på utomjordiska världar, och att det är detta som orsakar så många av dessa fläckar.

Omvänt finns det en fara med att vara för jordcentrerad, säger Barnes. Vi förstår hur jorden fungerar riktigt bra, och vi kan lura oss själva att tro att vissa signaturer automatiskt är ett tecken på liv eller förnekar möjligheten till liv. Livet kan existera på Titan eller Europa, eller kanske till och med Venus, i någon form som vi inte är beredda att hitta.

Att förbättra vårt tillvägagångssätt innebär att vi behöver ett bättre utbyte av utbildning och data mellan olika vetenskapsområden. Det tar oss till Virtual Planet Lab, som grundades 2001 för att förstå hur en beboelig planet bildas och utvecklas, och hur vi faktiskt kunde observera den processen på en riktig exoplanet. Laboratoriets fakultet, som inkluderar klimatforskare, atmosfäriska forskare, datavetare, biologer, geofysiker och astronomer, återspeglar det multidisciplinära tillvägagångssätt som planetvetenskapen borde eftersträva.

Laboratoriet presenterades nyligen VPLanet , öppen programvara som simulerar en planets evolution över miljarder år, främst (men inte uteslutande) för att bedöma om den planeten är eller en gång var potentiellt beboelig och kunde stödja flytande vatten på dess yta.

VPLanets modeller tar hänsyn till en mängd olika dynamik, inklusive interna och geologiska processer, magnetfältsutveckling, klimat, atmosfärisk flykt, rotationseffekter, tidvattenkrafter, banor, stjärnbildning och evolution, ovanliga förhållanden som binära stjärnsystem och gravitationsstörningar från förbipasserande kroppar. Andra forskare kan skriva nya moduler som approximerar andra fysiska processer och koppla in dem i programvaran.

Ett verktyg som VPLanet är tänkt att hjälpa till att begränsa vilka planeter i beboelig zon (och andra bra kandidater) som är mest värda att studera på djupet med befintliga instrument och nya som kommer online. Men dess försök att karakterisera en planets historia kan också få oss att titta på några exoplaneter som vi normalt skulle kunna avskriva. Vi tenderar att tänka på jordens historia som en vild evolutionär resa, men Barnes antyder att den faktiskt kan vara ganska tam jämfört med erfarenheten från många andra exoplaneter som vi nu identifierar.

För planeter som kretsar kring stjärnor med låg massa, som Proxima b, har de förmodligen genomgått en betydande utveckling, säger Barnes. Deras värdstjärnors ljusstyrka har avtagit mycket snabbare, de sänder ut mer avancerad strålning som är skadlig för atmosfärer och de inducerar fler tidvatteneffekter på planeter som kretsar runt - bara några saker som dramatiskt skulle kunna vända kalkylen om huruvida en planet skulle kunna försörja liv .

Andra modeller kan hjälpa oss att känna igen andra typer av dynamik som kan främja eller hindra livet. Några har reviderade den beboeliga zonens gränser utifrån skarpare klimatvetenskap. Olson var nyligen medförfattare till en papper som undersökte vilken typ av havsdynamik som kan vara avgörande för att främja en näringscykel som är gynnsam för livet. Blotta närvaron av ett hav, hävdar hon, avgör inte om en ny värld är beboelig eller inte. Utan, säg, tillräckligt med rotationskraft eller en tjock atmosfär, kommer ett hav inte att vara meningsfullt för att öka utsikterna för beboelighet.

Vad vi i slutändan behöver är att förbättra representationen av biologi i dessa typer av modeller, säger Olson. Biologerna har sina modeller, klimatforskarna har sina leksaker och så finns det astronomerna. Vi måste hitta sätt att koppla ihop data.

Men modeller är bara en del av ekvationen. Vi måste också göra bättre observationer av dessa världar. Vi vill se om en planet har en tjock atmosfär som består av de typer av element som är viktiga för livet. Vi vill leta efter förekomsten av biosignaturer som metan som produceras av biologiska processer. Instrument som NASA:s Hubble- och Kepler-rymdteleskop har haft en enorm inverkan, men deras kapacitet är redan utsträckt till sina gränser (Kepler pensionerades förra året och Hubble är på sina sista ben).

Hubbles efterträdare, James Webb Space Telescope, är redo att driva vår förståelse av dessa exoplaneter till nya höjder. Dess oöverträffade optik och förmåga att göra oöverträffade observationer i infrarött betyder att den borde kunna karakterisera atmosfären hos avlägsna exoplaneter med små problem. ESA:s rymdteleskop ARIEL, som ska lanseras 2029, är speciellt utformat för att observera de kemiska och termiska strukturerna i exoplanetatmosfärer.

Méndez tycker också att det är klokt att vara öppen för upptäckt av teknosignaturer när vi tänker på beboelighet, kanske i form av radiostrålar, ljus eller kemikalier från industriproduktion. Det finns andra sätt att se på ett system och se några indikationer på livet, säger han.

Men faktum är att det enda verkliga sättet att avgöra om en plats är beboelig är att inte mäta dessa olika variabler - det är att hitta liv, säger Méndez. Inom biologi är det det sista svaret. Det finns inget annat sätt att göra det. Blyg för det, allt är bara en uppskattning - en utvärdering av potential beboelighet. Så för nu kommer argumenten att fortsätta.

Dölj