_ Măsurarea atmosferelor altor lumi pentru a vedea dacă există destui nutrienți pentru viață

Viața pe Pământ depinde de șase elemente critice: carbon, hidrogen, azot, oxigen, fosfor și sulf. Aceste elemente sunt denumite CHNOPS și, împreună cu câteva urme de micronutrienți și apă lichidă, sunt ceea ce are nevoie viața.

Oamenii de știință se pricep la detectarea exoplanetelor care ar putea fi suficient de calde pentru a avea apă lichidă. suprafețele lor, semnalul de bază al locuinței. Dar acum, ei caută să-și îmbunătățească jocul găsind CHNOPS în atmosferele exoplanetelor.

Suntem abia la începutul înțelegerii modului în care exoplanetele ar putea susține viața. Pentru a ne crește înțelegerea, trebuie să înțelegem disponibilitatea CHNOPS în atmosferele planetare.

O nouă lucrare postată pe serverul de preprintare arXiv examinează problema. Se intitulează „Constrângeri de locuință prin disponibilitatea nutrienților în atmosferele exoplanetelor stâncoase”. Autorul principal este Oliver Herbort de la Departamentul de Astrofizică de la Universitatea din Viena și un bursier post-doctorat ARIEL. Lucrarea a fost acceptată de Jurnalul Internațional de Astrobiologie.

La nivelul nostru tehnologic actual, abia începem să examinăm atmosferele exoplanetelor. JWST este instrumentul nostru principal pentru sarcină și este bun la asta. Dar JWST este ocupat cu alte sarcini. În 2029, ESA va lansa ARIEL, sondajul atmosferic cu teledetecție în infraroșu Exoplanet Large. ARIEL se va concentra exclusiv pe atmosferele exoplanetelor.

În așteptarea misiunii acelui telescop, Herbort și co-cercetătorii săi se pregătesc pentru rezultate și ceea ce înseamnă acestea pentru locuință. „Înțelegerea detaliată a planetelor în sine devine importantă pentru interpretarea observațiilor, în special pentru detectarea biosemnăturilor”, scriu ei. În special, ei examinează ideea de biosfere aeriene. „Ne propunem să înțelegem prezența acestor nutrienți în atmosfere care arată prezența condensurilor de nori de apă, permițând potențial existența biosferelor aeriene.”

Planeta noastră soră, Venus, are o suprafață de nesupraviețuit. Căldura și presiunea extremă fac suprafața planetei de nelocuită prin orice măsură pe care o putem determina. Dar unii oameni de știință au propus că viața ar putea exista în atmosfera lui Venus, bazându-se în mare parte pe detectarea fosfinei, un posibil indicator al vieții. Acesta este un exemplu despre cum ar putea arăta o biosferă aeriană.

„Acest concept de biosfere aeriene mărește posibilitățile de locuibilitate potențială de la prezența apei lichide la suprafață până la toate planetele cu nori de apă lichidă.” explică autorii.

Autorii au examinat ideea biosferelor aeriene și modul în care detectarea CHNOPS joacă în ele. Ei au introdus conceptul de niveluri de disponibilitate a nutrienților în atmosferele exoplanetelor. În cadrul lor, prezența apei este necesară indiferent de disponibilitatea altor nutrienți. „Am considerat orice atmosferă fără condens de apă ca fiind de nelocuit”, scriu ei, un semn din cap către primatul apei. Cercetătorii au atribuit diferite niveluri de locuință în funcție de prezența și cantitățile de nutrienți CHNOPS.

Pentru a explora cadrul lor de disponibilitate a nutrienților, cercetătorii au apelat la simulări. Atmosferele simulate au avut diferite niveluri de nutrienți, iar cercetătorii și-au aplicat conceptul de disponibilitate a nutrienților. Rezultatele lor urmăresc să înțeleagă nu locuibilitatea, ci potențialul chimic pentru locuință. Atmosfera unei planete poate fi modificată drastic de viață, iar această cercetare își propune să înțeleagă potențialul atmosferic pentru viață.

„Abordarea noastră nu vizează în mod direct înțelegerea biosemnăturilor și a atmosferelor planetelor, care sunt locuite, ci condițiile în care poate apărea chimia prebiotică”, scriu ei. În munca lor, concentrația atmosferică minimă pentru ca un nutrient să fie disponibil este de 109, sau un ppb (parte per miliard).

"Găsim că pentru majoritatea atmosferelor în punctele (p gaz, T gaz), acolo unde apa lichidă este stabilă, moleculele care poartă SNC sunt prezente la concentrații de peste 109", scriu ei. De asemenea, au descoperit că carbonul este prezent în general în fiecare atmosferă simulată și că disponibilitatea sulfului crește odată cu temperatura suprafeței. Cu temperaturi de suprafață mai scăzute, azotul (N2, NH3) este prezent în cantități tot mai mari. Dar cu temperaturi mai ridicate la suprafață, azotul se poate epuiza.

Fosforul este o chestiune diferită. „Elementul limitator al elementelor CHNOPS este fosforul, care este în mare parte legat în crusta planetară”, scriu ei. Autorii subliniază că, în trecut, în atmosfera Pământului, deficitul de fosfor a limitat biosfera.

O biosferă aeriană este o idee interesantă. Dar nu este scopul principal al eforturilor oamenilor de știință de a detecta atmosferele exoplanetelor. Viața de suprafață este sfântul lor Graal. Nu ar trebui să fie surprinzător că tot se reduce la apă lichidă, luând în considerare toate lucrurile. „Asemenea lucrărilor anterioare, modelele noastre sugerează că factorul limitator pentru locuibilitatea la suprafața unei planete este prezența apei lichide”, scriu autorii. În munca lor, când apa de suprafață era disponibilă, SNC era disponibil în atmosfera inferioară de lângă suprafață.

Dar apa de suprafață joacă mai multe roluri în chimia atmosferică. Se poate lega de unii nutrienți în anumite circumstanțe, făcându-i indisponibili, iar în alte circumstanțe, îi poate face disponibili.

„Dacă apa este disponibilă la suprafață, elementele care nu sunt prezente în faza gazoasă sunt stocate în condensurile crustei”, scriu autorii. Intemperii chimice le poate face apoi disponibile ca nutrienți. „Acest lucru oferă o cale de depășire a lipsei de fosfor și metale din atmosferă, care sunt utilizate în enzimele care conduc multe procese biologice.”

Acest lucru complică lucrurile pe lumi acoperite de oceane. Moleculele prebiotice ar putea să nu fie disponibile dacă nu există posibilitatea ca apa și roca să interacționeze cu atmosfera. „Dacă într-adevăr se poate demonstra că viața se poate forma într-un ocean de apă fără niciun teren expus, această constrângere devine mai slabă, iar potențialul de locuibilitate la suprafață devine în principal o problemă de stabilitate a apei”, scriu autorii.

Dacă există un lucru pe care cercetările de acest fel arată, atmosferele planetare sunt extraordinar de complexe și se pot schimba dramatic în timp, uneori din cauza vieții însăși. Această cercetare are sens în încercarea de a înțelege totul. Subliniind complexitatea este faptul că cercetătorii nu au inclus radiațiile stelare în munca lor. Inclusiv asta ar fi îngreunat efortul.

Problema locuinței este complicată, confuză de lipsa noastră de răspunsuri la întrebările fundamentale. Scoarta unei planete trebuie să fie în contact cu apa și atmosfera pentru ca nutrienții CHNOPS să fie disponibili? Pământul are o biosferă aeriană temporară. Biosferele aeriene pot fi o parte importantă a locuinței exoplanetelor?

Dar dincolo de toate simulările și modelele, oricât de puternice sunt, oamenii de știință au cea mai mare nevoie de date. Când se lansează ARIEL, oamenii de știință vor avea mult mai multe date cu care să lucreze. Astfel de cercetări îi vor ajuta pe oamenii de știință să înțeleagă ce găsește ARIEL.

(Fluierul)