Et nyt studie skaber orden i det kosmiske kaos
I årevis har astronomer gennemgået tusindvis af kendte exoplaneter i forsøget på at afgøre, præcis hvor teleskoperne skal rettes, hvis målet er at finde liv. En ny undersøgelse offentliggjort i det prestigefyldte videnskabelige tidsskrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society sætter nu endelig system i denne forvirring og etablerer en slags kortliste over de bedste kandidater.
Et hold af astronomer analyserede kendte exoplaneter ud fra flere nøgleparametre. Formålet var at fastslå, hvilke af dem der reelt giver mening som potentielle levesteder for liv, og hvilke der blot ser lovende ud på papiret. Forskerne ville ikke så meget gætte på, hvor liv muligvis er opstået, men snarere vise, hvor det overhovedet giver mening at lede efter biologiske spor med nutidens og fremtidens teleskoper.
Forskerne begyndte med det groveste filter: placeringen i den såkaldte beboelige zone. Det er det område omkring en stjerne, hvor flydende vand kan eksistere på en planets overflade. Herefter fokuserede de på mere subtile egenskaber, som banens form og planetens energibalance – altså hvor meget energi der faktisk når frem til dens atmosfære og overflade.
I praksis er dette afgørende. Observationstid på et instrument som James Webb Space Telescope er ekstremt kostbar og sjælden. En velsammensat prioriteringsliste sikrer, at astronomer ikke spilder dyrebare timer på objekter, der alligevel ikke kan analyseres ordentligt.
Hvad afgør, om en planet er egnet til liv
Det er ikke nok i sig selv, at en planet befinder sig i den beboelige zone. Det er snarere et udgangspunkt end en garanti. Nyere studier viser, at man er nødt til at tage hele sættet af fysiske betingelser i betragtning. Grænsen for den beboelige zone varierer alt efter stjernetypen. Køligere røde dværge opvarmer anderledes end varme blålige sole, fordi de udsender andre bølgelængder. Det påvirker igen, hvordan en planets atmosfære opvarmes.
For tæt på stjernen – vand fordamper, atmosfæren kan nå kogepunktet. For langt væk – vand fryser til, overfladen bliver en isdørken. I det gyldne midtpunkt – vand kan forblive flydende, hvilket er et af grundelementerne i liv, som vi kender det.
Forskerne var særligt opmærksomme på planeter placeret ved de indre og ydre grænser af denne zone. Her er forholdene mere ustabile, men også mere interessante set fra et miljøevolutionært perspektiv. En planet kan engang have haft gunstige betingelser for liv og siden mistet dem, eller den kan omvendt netop være ved at træde ind i en periode, der er befordrende for organismer.
Energi – for meget, for lidt eller præcis nok
Den anden, ligeså vigtige parameter er mængden af energi, planeten modtager fra sin stjerne. Energibalancen bestemmer klimaet, atmosfærens stabilitet og i sidste ende, om kemien på overfladen kan understøtte livets opståen og opretholdelse. Forskerne forsøgte at besvare spørgsmålet: ved hvilket energiniveau begynder en planet at miste sine chancer for liv, og ved hvilket niveau har den aldrig haft nogen?
Planeter, der modtager for meget energi, kan overgå til en tilstand, der minder om Venus – med en tæt, brændende atmosfære og temperaturer, der smelter metaller. Omvendt minder de planeter, der modtager for lidt energi, snarere om Mars, hvor vand – hvis det overhovedet eksisterer – primært findes som is eller under overfladen.
En af de mere interessante konklusioner er, at planeter med markant aflange, usædvanlige baner også fortjener opmærksomhed. I årevis blev de betragtet som mindre attraktive, fordi de drastisk ændrer afstanden til stjernen i løbet af en omløbsbane. Den nye analyse antyder imidlertid, at selv sådanne eksotiske systemer i en del af året kan opfylde betingelserne for liv. Periodisk opvarmning og afkøling kan skabe komplekse, men på lang sigt stabile miljøer, forudsat at atmosfæren er i stand til at dæmpe ekstremerne.
James Webb Space Telescope som jæger af biosignaturer
Hele indsatsen med at udvælge planeter ville give begrænset mening uden tilsvarende observationsværktøjer. Her træder James Webb Space Telescope ind på scenen – i øjeblikket det mest kraftfulde instrument til studiet af exoplaneters atmosfærer. JWST kan analysere lys, der passerer gennem en planets atmosfære, når den bevæger sig foran sin stjerne. Fra de fine ændringer i spektret kan astronomer udlede oplysninger om, hvilke gasser der befinder sig i planetens lag – metan, kuldioxid, vanddamp og i det ideelle scenarie også ilt eller ozon, som kan indikere biologisk aktivitet.
Holdet udpegede netop de exoplaneter, hvis atmosfærer JWST og andre teleskoper vil være i stand til at undersøge mest præcist inden for en realistisk mængde observationstid. Det er særligt vigtigt i praksis. En velsammensat liste sikrer, at værdifulde timer ikke går til spilde på objekter, der alligevel ikke vil levere brugbare data.
Forskerne lod sig også inspirere af romanen Project Hail Mary af Andy Weir, kendt for sine originale idéer om fremmede livsformer baseret på en helt anden kemi end jordens. Videnskabsfolk nævner denne roman ikke som en vittighed, men som en påmindelse om, at virkeligheden kan være endnu mere opfindsom end litteraturen.
Hvorfor en indsnævring af mållisten har så stor betydning
Ved første øjekast kan det virke som om, jo flere planeter jo bedre. I praksis er det et enormt problem. Med flere tusinde exoplaneter har selv de mest kraftfulde teleskoper ingen chance for at undersøge hver enkelt med tilstrækkelig præcision. En præcis frasortering af objekter muliggør flere ting:
- koncentrere observationstid om nogle få eller et par dusin af de mest lovende planeter
- udvikle bedre klimamodeller for exoplaneter, fordi data indsamlet fra et begrænset antal mål kan generaliseres til en bredere population
- afprøve forskellige scenarier for tab eller opståen af livsgynlige betingelser afhængigt af energibalance eller baneparametre
- maksimere chancen for at opdage biosignaturer i atmosfærerne hos de mest egnede kandidater
- planlægge fremtidige missioner med klare mål frem for tilfældig søgning
- udnytte dyre observatorier som Hubble-teleskopet eller James Webb Space Telescope mere effektivt
For dig kan det minde lidt om at finde den ideelle lejlighed i en stor by. Først fastlægger du kvarteret, derefter budgettet og størrelsen, og til sidst detaljer som støj, naboforhold og adgang til infrastruktur. Uden disse filtre ville du famle i blinde i det uendelige. Præcis sådan fungerer udvælgelsen af exoplaneter, der er egnede til detaljerede studier.
Et kort over fremtidige kosmiske missioner
De nye resultater er ikke blot en vejledning til, hvor teleskoperne skal rettes. De udgør også en foreløbig plan for fremtidige rumfartsmissioner – de ubemandede og i et meget fjernt perspektiv måske også de bemandede. Studiernes forfattere siger det direkte: hvis der engang bygges et supermoderne rumfartøj specifikt til søgningen efter liv, vil denne liste over exoplaneter udgøre det bedste sæt af rejsemål.
En sådan tankegang hjælper med bedre at designe nutidens instrumenter. Kendskabet til, hvor fremtidige missioner skal hen, hjælper med at vælge teleskopernes parametre, de bølgeområder man skal være særligt følsom over for, og med at udarbejde observationsstrategier årtier frem. Forskere fra universiteter og observatorier verden over tilpasser allerede i dag deres programmer i overensstemmelse med disse prioriteter.
Eftersom liv er i stand til at tilpasse sig ekstreme betingelser, er det værd at se bredere end blot efter kopier af Jorden. Den præcise planetliste fra det nye studie tager også højde for verdener, der ikke er ideelle tvillinger af vores planet, men som opfylder betingelserne for en mere eksotisk biologi.
Hvad det betyder for vores syn på liv i universet
Selvom de nye studier endnu ikke leverer direkte beviser for eksistensen af fremmede civilisationer, øger de reelt chancen for, at det i løbet af de kommende årtier lykkes at afsløre i det mindste enkle livsformer et sted uden for Jorden. Selv sporvise mængder af biologisk gas i en exoplanets atmosfære ville udgøre en af de vigtigste bedrifter i videnskabens historie.
Det kræver dog tålmodighed og konsekvent handling. Først udvælgelsen af mål, derefter lange timers observation, analyse af spektre og konfrontation af resultaterne med modeller. Til sidst forsigtige konklusioner. Det nye arbejde fra astronomer viser, at denne proces kan fremskyndes takket være fornuftigt tilrettelagte prioriteter.
For os, jordens beboere, betyder det i praksis også noget mere: hver yderligere exoplanet på denne kortliste minder os om, at det scenarie, hvori liv er noget fuldstændig enestående, måske slet ikke er det mest sandsynlige. Og det ændrer igen den måde, vi ser på vores egen planet – ikke som den eneste, men som ét af mange potentielt beboede hjem i kosmos. Måske opdager vi en dag, at naboerne ikke er så langt væk, som vi troede.
