Ten artykuł został pierwotnie opublikowany pod adresem Rozmowa. Publikacja przyczyniła się do artykułu do Space.com Głosy ekspertów: Op-Ed & Insights.
Poszukiwanie życia poza Ziemia jest kluczowym motorem współczesnej astronomii i nauki planetarnej. Stany Zjednoczone budują wiele głównych teleskopów i sond planetarnych, aby rozwinąć to wyszukiwanie. Jednak oznaki życia – zwane biosignaturami – mogą znaleźć naukowcy prawdopodobnie będzie trudny do interpretacji. Zastanowienie się, gdzie dokładnie wyglądają, pozostaje trudne.
Ja jestem jakiś Astrofizyk i astrobiolog Z ponad 20 -letnim doświadczeniem w badaniu planet pozazolarowych – które są planetami poza naszym Układem Słonecznym.
Moi koledzy i ja opracowaliśmy nowe podejście To zidentyfikują najciekawsze planety lub księżyce w poszukiwaniu życia i pomogą interpretować potencjalne biosignatury. Robimy to, modelując, w jaki sposób różne organizmy mogą się poradzić w różnych środowiskach, oparte na badaniach granic życia na Ziemi.
Nowe teleskopy do wyszukiwania życia
Astronomowie opracowują plany i technologię coraz bardziej potężnych teleskopów kosmicznych. Na przykład, NASA pracuje nad proponowanym Obserwatorium światów mieszkalnychktóre zrobiłyby obrazy ultrasharp, które bezpośrednio pokazują planety krążące z pobliskich gwiazd.
Moi koledzy i ja opracowujemy inną koncepcję, Łodzik Konstelacja teleskopu kosmicznego, która ma na celu zbadanie setek potencjalnie podobnych do ziemi planet, które przechodzą przed gwiazdami gospodarza.
Te i inne przyszłe teleskopy mają na celu zapewnienie bardziej wrażliwych badań nad światami obcych. Ich rozwój skłania dwa ważne pytania: „Gdzie szukać?” A „Czy środowiska, w których uważamy, że widzimy oznaki życia, które są możliwe do zamieszkania?”
Silnie zakwestionowane roszczenia o potencjał Oznaki życia w egzoplanetach K2-18bogłoszone w kwietniu 2025 r. i Poprzednie podobne roszczenia w Wenuspokaż, jak trudno jest jednoznacznie zidentyfikować Obecność życia z danych zdalnych.
Kiedy obcy świat jest zamieszkany?
Języki Oxford definiuje „mieszkalne” jako „odpowiednie lub wystarczająco dobre, aby żyć”. Ale skąd naukowcy wiedzą, co jest „wystarczająco dobre, aby żyć” dla organizmów pozaziemskich? Mógł Obce drobnoustroje Broli w jeziorach kwasu wrzącego lub mroźnego ciekłego metanu lub pływaj w kroplach wodnych Górna atmosfera Wenus?
Mówiąc prosto, mantra NASA „podążała za wodą”. To ma sens – Woda jest niezbędna Mimo całego życia na ziemi znamy. Planeta z płynną wodą miałaby również umiarkowane środowisko. Nie byłoby tak zimno, że spowalnia reakcje chemiczne, ani nie byłoby tak gorące, że niszczy złożone cząsteczki niezbędne do życia.
Jednak z szybko rosnącymi zdolnościami astronomów do charakteryzowania Obce światy, Astrobiolodzy Potrzebujesz podejścia, które jest bardziej ilościowe i dopracowane niż klasyfikacja wody lub bez wody.
W ramach finansowanego przez NASA Obcy Ziemia projekt, który prowadzę, Astrobiolog Rory Barnes Pracowałem nad tym problemem z grupą ekspertów – astrobiologów, naukowców planetarnych, ekspertów egzoplanetowych, ekologów, biolodzy i chemików – pochodzących z największej sieci naukowców egzoplanetowych i astrobiologii, NEXUS NASA do nauki o systemie egzoplanetowym lub NEXSS.
Ponad stu kolegów dostarczyło nam pomysłów, a dwa pytania często pojawiły się:
Pierwszy, Skąd wiemy, czego potrzebuje życiejeśli nie rozumiemy pełnego zakresu życia pozaziemskiego? Naukowcy wiedzą wiele o życiu na Ziemi, ale większość astrobiologów zgadza się, że możliwe są bardziej egzotyczne rodzaje życia – być może oparte na różnych kombinacjach pierwiastków chemicznych i rozpuszczalników. Jak ustalić, jakie warunki mogą wymagać tych innych rodzajów życia?
Po drugie, podejście musi działać z niekompletnymi danymi. Potencjalne miejsca życia poza Ziemią – „siedliska pozasłoniowe” – są bardzo trudne do bezpośredniego zbadania i często niemożliwe do odwiedzenia i próbki.
Na przykład MARSISTIAN SUBSURFACE Pozostaje głównie poza naszym zasięgiem. Miejsca takie jak księżyc Jowisza Europa i księżyc Saturna Oceany podpowierzchniowe Enceladusa a wszystkie planety pozasłoniowe pozostają praktycznie nieosiągalne. Naukowcy badają je pośrednio, często stosując tylko obserwacje zdalne. Te pomiary nie mogą ci powiedzieć tyle, co rzeczywiste próbki.
Co gorsza, pomiary często mają niepewność. Na przykład możemy być tylko 88% pewni, że para wodna jest obecna w egzoplanet atmosfera. Nasze ramy muszą być w stanie pracować z niewielkimi ilością danych i obsługiwać niepewności. I musimy zaakceptować, że odpowiedzi często nie będą czarne ani białe.
Nowe podejście do zamieszkania
Nowe podejście, zwane Ilościowe ramy zamieszkaniama dwie cechy wyróżniające:
Po pierwsze, odrzuciliśmy próbę odpowiedzi na pytanie o niejasne „zamieszanie na życie” i zawęziliśmy je na bardziej szczegółowe i praktycznie odpowiednie pytanie: czy warunki w siedlisku – jak je znamy – pozwolimy przetrwać konkretnego (znanego lub jeszcze nieznanego) gatunku lub ekosystemu?
Nawet na Ziemi organizmy wymagają różnych warunków, aby przetrwać – na Antarktydzie nie ma wielbłądów. Mówiąc o konkretnych organizmach, ułatwiliśmy odpowiedź na pytanie.
Po drugie, ilościowe ramy zamieszkania nie nalegają na czarne lub białe odpowiedzi. Porównuje modele komputerowe w celu obliczenia probabilistycznej odpowiedzi. Zamiast zakładać, że woda płynna jest kluczowym czynnikiem ograniczającym, porównujemy nasze zrozumienie warunków, jakie organizm wymaga („model organizmu”) z naszym zrozumieniem warunków obecnych w środowisku („model siedliska”).
Oba mają niepewności. Nasze zrozumienie każdego z nich może być niekompletne. Jednak możemy poradzić sobie z niepewnością matematycznie. Porównując dwa modele, możemy określić prawdopodobieństwo, że organizm i siedlisko są kompatybilne.
Jako uproszczony przykład, nasz model siedlisk dla Antarktyda może stwierdzić, że temperatury są często poniżej zera. A nasz model organizmu dla wielbłąda może stwierdzić, że nie przetrwa długo w niskich temperaturach. Nic dziwnego, że poprawnie przewidzielibyśmy prawie zerową prawdopodobieństwo, że Antarktyda jest dobrym siedliskiem dla wielbłądów.
Świetnie się bawiliśmy, pracując nad tym projektem. Aby zbadać granice życia, zebraliśmy dane literatury na temat ekstremalnych organizmów, od owadów żyjących w Himalajach na dużych wysokościach i niskich temperaturach, po mikroorganizmy, które kwitną Hydrotermalne otwory na dnie oceanu i karmić energię chemiczną.
Badaliśmy za pośrednictwem naszych modeli, czy mogą przetrwać w MARSISTIAN SUBSURFACE lub w oceanach Europy. Zbadaliśmy również, czy bakterie morskie wytwarzające tlen w oceanach Ziemi mogłyby potencjalnie przetrwać na znanych planetach pozasłoniowych.
Chociaż kompleksowe i szczegółowe, takie podejście stanowi ważne uproszczenia. Na przykład nie modeluje jeszcze, w jaki sposób życie może kształtować planetę, ani nie uwzględnia pełnej liczby organizmów składników odżywczych. Te uproszczenia są według projektu.
W większości obecnie badanych środowisk wiemy zbyt mało o warunkach, aby sensownie spróbować takich modeli – z wyjątkiem niektórych ciał układu słonecznego, takich jak Enlinadus Saturna.
Ramy zamieszkania ilościowe pozwala moim zespołowi odpowiedzieć na pytania, takie jak astrobiolodzy mogą być zainteresowani lokalizacją podpowierzchniową na Marsbiorąc pod uwagę dostępne dane lub to, czy astronomowie powinni zmienić swoje teleskopy na planetę A lub Planet B podczas szukania życia. Nasze ramy są dostępne jako model komputerowy typu open source, który astrobiolodzy mogą teraz łatwo korzystać i dalej rozwijać, aby pomóc w obecnych i przyszłych projektach.
Jeśli naukowcy wykrywają potencjalny podpis życia, takie podejście może pomóc w oceny, czy środowisko, w którym jest wykryte, może faktycznie wspierać rodzaj życia, który prowadzi do wykrytego podpisu.
Naszym kolejnym krokiem będzie zbudowanie bazy danych organizmów naziemnych żyjących w ekstremalnych środowiskach i reprezentowania granic życia. Do tych danych możemy również dodać modele hipotetycznego życia obcych. Integrując je do ilościowych ram zamieszkania, będziemy mogli opracować scenariusze, interpretować nowe dane pochodzące z innych światów i kierować poszukiwaniem podpisów życia poza Ziemią – w naszym Układzie Słonecznym i poza nią.
Ten artykuł jest opublikowany z Rozmowa na licencji Creative Commons. Przeczytaj Oryginalny artykuł.
