Den 8. november sidste år kunne man på forsiden af SpaceRef Daily Newsletter læse følgende overskrift: ‘New Super-Earth in six-planet system may be just right to Life’.
Overskriften refererer til, at et internationalt team af astronomer under ledelse af Mikko Tumoi fra Hertforshires universitet (England) og Guillem Anglada-Escude fra Göttingens universitet (Tyskland) har opdaget en ’super-jord’ kredsende om en stjerne med det lidt kedelige navn HD 40307.
Planeten har måske et jordlignende klima og opfylder i princippet kravene for at kunne understøtte liv, som vi kender det fra Jorden.
Forskerne har opdaget planeten ved at genanalysere gamle data ved hjælp af en ny teknik, som kunne fjerne støjen fra dens ’moderstjerne’.
Syv gange Jordens masse
Den nye planet befinder sig i den bebolige zone, dvs. i en afstand fra stjernen hvor vand kan være flydende, i modsætning til tre andre planeter, man allerede forinden havde observeret omkring den samme stjerne.
Grunden til, at forskerne kalder planeten en ’super-jord’ er, at den har cirka syv gange Jordens masse. Planetens afstand fra stjernen svarer til Jordens afstand fra Solen, og planeten modtager omtrent den samme lysmængde, som Jorden modtager fra Solen.
Derudover mener forskerne, at planeten har en stabil atmosfære, og at der er basis for flydende vand.
Vand er forudsætning nummer 1
Selvom afstanden til den nyopdagede planet ’kun’ er 42 lysår herfra, udelukker det selvfølgelig enhver tale om at tage derud og undersøge, om der er liv på planeten.
Så hvis vi vil have dette opklaret, må vi bruge andre metoder.
Når astronomer annoncerer opdagelsen af en ny planet er et af de første spørgsmål: Kan der være flydende vand på dens overflade?
\ Fakta
Teknikker til at måle biosignaturer Astronomiske observationer af biosignaturer på fjerne exoplaneters overflader kan deles i følgende mulige teknikker: 1. Måling af exoplanetens tilbagekastede lys fra skyer og fra overfladen med henblik på at måle dels mængden af lys, som kastes tilbage (den såkaldte albedo), og dels måling af lysets farvespektrum. 2. Måling af den infrarøde stråling, som kommer fra overfladen. Det kan ikke blot give oplysninger om exoplanetens overfladetemperatur, men også om hvilke gasser, som befinder sig i atmosfæren på exoplaneten. 3. Måling af exoplanetens atmosfære ved at se på mængden af det stjernelys, som absorberes i atmosfæren i forbindelse med, at planeten står foran den stjerne, den kredser om. 4. Måling af signaler fra exoplaneten, som ikke kan stamme fra naturlige kemiske og fysiske processer, f.eks. signaler fra en intelligent civilisation. I alle tilfælde kræves der ekstremt præcise målinger for at kunne opfange de svage signaler, og kun de bedste og største astronomiske teleskoper har mulighed for at deltage i jagten på biosignaturer.
I vores søgen efter liv i universet er vand blevet synonymt med ’beboeligt’ eller potentielt livbærende. Derfor kaldes den zone, hvor vand kan være flydende, også den ’beboelige zone’ eller ’Guldlok-zonen’, efter den lille pige, som spiser grød hos de tre bjørne og finder skålen med grød, som har lige præcis den rigtige temperatur.
I denne definition ligger den grundlæggende antagelse, at flydende vand er en nødvendig forudsætning for, at levende organismer har kunnet opstå, udvikle sig gennem tiden og stadigvæk kan være til stede på den pågældende planet.
Når muligheden for flydende vand er blevet bekræftet, rykker planeten op i ligaen af kandidatplaneter med mulighed for liv.
Liv ændrer planeter
For at afgøre, om der faktisk er liv på planeten, må man igen benytte sig af den viden, man har om vekselvirkningen mellem levende organismer og deres ikke-biologiske omgivelser fra Jorden.
Forskerne er over én kam enige om, at Jorden ville se helt anderledes ud, hvis den ikke havde været beboet af et utal af levende organismer igennem det meste af dens 4,6 milliard-årige historie.
Nogle forskere går så langt som til at argumentere for, at selve kontinenterne, som for det meste består af granit, skyldes levende organismers stofskifte.
Følger man denne argumentation vil fundet af granit på planeter i andre solsystemer, og for den sags skyld i vores eget solsystem, være en stærk indikator for liv som vi kender det fra Jorden.
Der er dog andre spor, som levende organismer sætter i deres omgivelser, som umiddelbart er mere oplagte, og derudover er nemmere at observere på lang afstand.
Biosignaturer kan sladre om levende organismer
Som de første mennesker har efterladt sig fodspor i askeaflejringer i Kenya, og en uerfaren indbrudstyv afsætter fingeraftryk, efterlader levende organismer aftryk på Jordens overflade og i atmosfæren, som er af globale dimensioner.
Disse aftryk kalder man ’biosignaturer’, og disse biosignaturer kan blive nøglen til at bekræfte tilstedeværelsen af levende organismer på en fjern planet.
Biosignaturer skal være af en sådan karakter, at de entydigt kan tilskrives levende organismer – dvs. deres tilstedeværelse må ikke kunne forklares på ikke-biologisk vis.
De mest oplagte biosignaturer er gasarter, som kan tilskrives organismernes stofskifte.
Følgende gasarter har været foreslået: ilt, ozon, lattergas, metan samt forskellige flygtige organiske svovlforbindelser.
Ilt er den foretrukne kandidat blandt de forskere, som udvikler metoder til at kunne detektere og kvantificere forskellige gasarter i fjerne planeters atmosfære.
Produktion overstiger forbrug
Hvis vi igen ser på Jorden som vores modelplanet, kan vi konkludere, at langt størsteparten af atmosfærens ilt stammer fra planternes og algernes fotosyntese.
Før planter og alger begyndte at dominere iltproduktionen, var det cyanobakterierne eller blågrønne alger, der frisatte store mængder ilt og grundlæggende ændrede forholdene på Jordens overflade og i atmosfæren.
Geologiske undersøgelser af gamle bjergarter har vist, at iltkoncentrationen i atmosfæren var meget lav indtil for cirka 2,5 milliarder år siden.
Inden denne periode havde Jorden allerede været befolket af mikroskopisk liv i omkring 1,5 milliarder år.
Den ilt, som cyanobakterierne frisatte, blev dels brugt som åndingsmiddel af organismerne selv, eller den reagerede kemisk med opløst jern i oceanerne eller med mineralerne i klipperne.
Først da produktionen af ilt oversteg forbruget, steg iltkoncentrationen i atmosfæren. Dermed var grundlaget også skabt for dannelsen af betydelige mængder af ozon i de øvre lag af atmosfæren.
\ Fakta
Artiklen er skrevet i samarbejde mellem Kai W. Finster, ph.d., lektor, Tina Santl Temkiv, postdoc., som er tilknyttet Stellar Astrophysics Centre samt Institut for Bioscience, Aarhus Universitet og Hans Kjeldsen, lektor, Stellar Astrophysics Centre, Institut for Fysik og Astronomi, Aarhus Universitet.
Ozon spiller en væsentlig rolle for, at levende organismer kunne forlade vandet og kolonisere landområderne samt atmosfæren, da det effektivt fjerner den meget skadelige del af solens UV-stråling.
Ilt sladrer om liv nu og her
En anden vigtig egenskab, som gør ilt så velegnet som biosignatur, er dens reaktivitet.
Hvis vi laver et lille tankeeksperiment, hvor vi stopper al iltproduktion i verden nu og her, så vil det tage ca. 5.000 år, før ilten er brugt op.
Hvis man således finder høje iltkoncentrationer i en exoplanets atmosfære, vil dette ikke bare indikere, at der har været iltproducerende livsformer til stede på planeten engang i dens historie, men også at disse organismer stadigvæk er til stede, eller i det mindste har været det, for relativt kort tid siden på en geologisk tidsskala.
Ilt- og ozonkoncentrationen i atmosfæren er dermed et resultat af et dynamisk sammenspil mellem biologiske og ikke-biologiske faktorer.
Høj og lav albedo og ilt
Men kan man så slet ikke forstille sig et scenario, hvor høje iltkoncentrationer kan opbygges i en planets atmosfære, uden at fotosyntetiserende organismer er ophav til ilten?
Jo, det kan man godt. Hvis planeten er dækket af is, og klipperne og andre reaktive stoffer er afskærmet fra atmosfæren, kan den fotokemiske spaltning af vand føre til en ganske betydelig iltkoncentration. Derfor skal man både se på planetens albedo (dvs. hvor meget lys den reflekterer) og på iltkoncentrationen.
Er planetens albedo høj, hvilket kan skyldes et isdække, er der en vis sandsynlighed for, at iltproduktionen skyldes fotokemiske processer.
Er albedoen derimod lav, og man ligefrem kan se, at spekteret har ligheder med Jordens, er der stor sandsynlighed for, at ilten i atmosfæren skyldes fotosyntese, og at der dermed ikke bare er levende organismer på den pågældende planet, men at tilstedeværelsen af ilt åbner mulighed for tilstedeværelsen af komplekse flercellede livsformer.
Nu undersøges metan på Mars
Ilt og ozon indtager altså førstepladsen blandt biosignaturer, men de er som nævnt ikke de eneste biosignaturgasser.
Lige nu er forskere i gang med at undersøge, om der er metan i atmosfæren af vores naboplanet Mars.
Metan er interessant, da det på Jorden for det meste produceres af mikroorganismer.
Jordbaserede spektroskopiske undersøgelser har vist, at der lokalt frigives små mængder metan til atmosfæren, og da metans levetid er relativt kort, må denne frigivelse være sket for ganske nyligt.
Marsroveren ‘Curiosity‘, som landede på Mars’ overflade i august 2012, skal nu blandt andet undersøge, om der er metan i Mars-atmosfæren ved direkte at måle koncentrationen, og desuden er roveren udstyret med et massespektrometer, som kan bestemme isotop-sammensætningen i det målte metan.
Vælg altid den enkle løsning
Det afgørende for alle biosignaturer, uanset om det er gasser eller specifikke mineraler, er, at de entydigt kan tilskrives en biologisk oprindelse.
Hvis der er den mindste tvivl om deres dannelse, bør man vælge den mest enkle tolkning, og det er altid den kemisk/fysiske, hvis en sådan findes.
Et godt og meget lærerigt eksempel er meteoritten AHL84001, som man mente bar fem forskellige kemiske og fysiske spor af Marsliv i sig.
Denne konklusion blev i 1996 publiceret med pomp og pragt i det amerikanske tidsskrift Science.
Alle efterfølgende tests viste, at det var muligt at forklare de fem indikatorer på en knap så spektakulær måde.
I dag er der kun ganske få tilbage, der anser meteorit AHL84001 som en hilsen fra de grønne mænd.
\ Spektralanalyse
Spektralanalyse – eller spektroskopi – er en metode, som astronomerne bruger til at bestemme, hvilke stoffer en stjerne, planet eller gaståge består af.
Spektralanalysen bygger på det faktum, at elektromagnetisk stråling (lys) indeholder stråling med forskellige energier og disse forskellige energier kan adskilles ved fx at sende lys gennem et prisme eller gennem en spalte. Synligt lys vil så spredes i alle regnbuens farver, hvor det blå lys har mest energi og det røde lys mindst energi.
Det er ikke kun synligt lys, der opfører sig sådan, så astronomerne kan for eksempel også adskille det infrarøde lys i forskellige energier – som et spektrum – ved brug af de spektrografer, som findes monteret på de forskellige astronomiske teleskoper.
Det spændende ved denne type analyse er, at lys med forskellige energier optages og udsendes forskelligt, afhængig af hvilke atomer og molekyler, der findes i det objekt, som observeres.
Vil vi for eksempel undersøge, om der findes oxygenmolekyler i en planets atmosfære, skal vi undersøge det infrarøde lys ved de energier som oxygenmolekyler optager. Hvis vi for eksempel ser, at der mangler lys netop ved de energier, hvor oxygen absorberer lyset, er det et tegn på tilstedeværelsen af oxygen.
Figuren viser, hvordan Jordens infrarøde spektrum ser ud.
Der er tydelige tegn på eksistensen af vand, ozon og kuldioxid i Jordens atmosfære.
Tilsvarende undersøgelser kan vi i fremtiden lave på de exoplaneter, vi finder, og derved afsløre, om de indeholder tilsvarende eller andre stoffer.
Det er på den måde, vi allerede har fundet vanddamp og metangas på visse exoplaneter.
