În căutarea vieții extraterestre

Există sau nu viață extraterestră? Astronomii sunt foarte aproape de a găsi răspunsul la această întrebare. Dar oare cum se realizează căutarea posibilelor semne de activitate biologică pe alte planete?

Multă vreme, savanții au putut căuta dovezi ale potențialelor forme de viață extraterestră doar în sistemul nostru solar. Acum, însă, există instrumentele necesare pentru a extinde căutarea vieții extraterestre la nivelul Galaxiei, prin studierea planetelor care orbitează alte stele.

Până în momentul redactării acestui articol, a fost confirmată existența a 4.375 de exoplanete (planete care orbitează în jurul altor stele).Găsești o listă a acestora aici: exoplanets.nasa.gov Toate acestea sunt, însă, mult prea departe pentru ca oamenii, cel puțin deocamdată, să le poată vizita. Chiar și la cea mai apropiată exoplanetă, Proxima b,„The habitability of Proxima Centauri b”, cosmos.esa.int (PDF) situată la puțin peste patru ani-lumină depărtare, am ajunge, cu mijloacele actuale de propulsie, în zeci de mii de ani. 

Pînă la descoperirea unui mijloc mai rapid de a călători în cosmos, nu putem decât să le studiem de la depărtare. În ciuda acestui neajuns, astronomii pot afla multe informații despre exoplanete. Poate chiar și dacă găzduiesc sau nu viață. 

Hai să vedem cum anume se realizează acest lucru.

Exoplanetele PDS 70 b și c observate direct. Foto: S. Haffert (Leiden Observatory) / Wikimedia Commons

De ce e nevoie?

Nu toate exoplanetele reprezintă candidate ideale pentru căutarea semnelor de viață. Multe dintre aceste planete sunt giganți gazoși, asemănători cu Jupiter și Saturn, locuri în care nu se așteaptă nimeni să existe viață. Alte planete sunt foarte aproape de stea, iar temperatura la suprafața lor este foarte ridicată (multe având, probabil, suprafața topită).

Este nevoie, deci, de niște criterii pe baza cărora să se poată începe căutarea vieții extraterestre. Iar aceste criterii sunt bazate pe singura planetă din Univers despre care se știe că are viață pe suprafața ei, Pământul:

1. Exoplanete asemănătoare Pământului (numite planete telurice). Sunt planete cu suprafață solidă și cu dimensiuni comparabile cu cele ale planetei noastre;
2. Zona locuibilă. Este nevoie ca pe suprafața acestor planete apa să se afle în stare lichidă. Dacă planeta este prea aproape de steaua ei, apa, cel mai probabil, se va evapora. Dacă ar fi prea departe, ar îngheța. Zona din jurul unei stele unde apa există în stare lichidă pe suprafața unei planete a fost denumită Zonă locuibilă;
3. Semne de viață. Existența anumitor molecule în atmosfera unei exoplanete ar putea indica existența unor forme de viață.

Ilustrație a oscilației unei stele. Foto: European Southern Observatory / Wokimedia Commons

La vânătoare de exoplanete

Întâi de toate, pentru a putea să studiezi o exoplanetă trebuie să o găsești. Și lucrul ăsta nu e tocmai simplu. Există totuși câteva căi prin care astronomii găsesc planete în jurul altor stele.

Cea mai evidentă soluție, observarea directă a acestora este, deocamdată, și una dintre cel mai puțin eficiente. Vorbim despre obiecte care sunt la distanțe inimaginabil de mari. În plus, planetele sunt mult mai puțin strălucitoare decât stelele lor, iar acest lucru înseamnă că vor fi înecate în lumina stelei, deci șansele de a le putea observa direct sunt extrem de mici. De fapt, dintre cele 4.375 de exoplanete, doar 51„5 Ways to Find a Planet: Taking Pictures”, exoplanets.nasa.gov au fost fotografiate direct, ca puncte luminoase situate în apropierea stelei lor. Celelalte au necesitat soluții alternative.

CITEȘTE ȘI: 6 lucruri din spațiu care pot să ne omoare

Iată, în continuare, două dintre cele mai eficiente soluții de a detecta indirect prezența unei planete în jurul altei stele din Galaxie.

O primă soluție este să fie observate mici oscilații„5 Ways to Find a Planet: Radial Velocity”, exoplanets.nasa.gov în mișcarea stelelor. Înțelepciunea populară spune că planetele orbitează în jurul stelelor, datorită enormei atracții gravitaționale ale acestora din urmă. Dar lucrurile nu sunt atât de simple. De fapt, și steaua, și planeta orbitează în jurul aceluiași centru de masă al sistemului, format de cele două obiecte. Cu cât planeta e mai masivă, cu atât va exercita o atracție gravitațională mai mare, iar orbita stelei în jurul centrului de masă va fi mai evidentă. Văzută de pe Pământ, o astfel de stea ar părea să oscileze puțin pe cer, în timp ce se îndepărtează și apoi se apropie de noi. Mișcarea este foarte, foarte, foarte mică, dar dacă planeta este destul de masivă, poate fi detectată de telescoape. În jur de 800 de exoplanete au fost detectate în acest mod.

A doua și cea mai eficientă metodă de a descoperi exoplanete, până în prezent, este cea a tranzitului.„5 Ways to Find a Planet: Transit”,  exoplanets.nasa.gov Mai mult de 3.000 de exoplanete au fost detectate în acest mod.

Atunci când o planetă trece prin fața stelei sale, va produce o eclipsă în miniatură, blocând o mică parte din lumina care vine de la stea. Iar această scădere a luminozității poate fi detectată de pe Pământ. În funcție de cât de mult din lumina stelei este blocată, astronomii își pot da seama care este diametrul exoplanetei.

Prin combinarea celor două metode, cea a oscilației stelei și cea a tranzitului, astronomii pot afla dacă planeta este solidă sau gazoasă. E mult mai probabil ca viața să existe pe o planetă cu suprafață solidă, decât pe o planetă gazoasă.

Dacă această diminuare a luminozității stelei apare la intervale regulate de timp, atunci oamenii de știință pot deduce că există o planetă care, la fiecare orbită, trece exact printre stea și Pământ. În funcție de perioada de timp dintre două tranzituri consecutive, astronomii pot calcula distanța la care se află planeta respectivă față de steaua ei.

Metoda tranzitului poate detecta și o eventuală atmosferă a unei astfel de exoplanete. Este, deci, cea mai bună metodă pentru a se încerca găsirea eventuale semne de viață în atmosfera lor.

Reprezentare artistică a telescopului Extremely Large Telescope. Foto: Wikimedia Commons

Zona locuibilă

Dar faptul că este detectată o planetă solidă, înconjurată de o atmosferă, în jurul unei alte stele, nu e suficient pentru a putea spune sigur dacă planeta respectivă găzduiește sau nu viață. Mai este importantă și distanța la care se află planeta față de stea.

Apa lichidă este esențială pentru viața de pe Pământ, iar oamenii de știință consideră că ar putea fi vitală și pentru eventuale forme de viață extraterestră. 

CITEȘTE ȘI: Viața în spațiu – ce se întâmplă în corpul tău după un an pe Stația Spațială

Nu-i de mirare, deci, că astronomii își îndreaptă atenția asupra planetelor solide situate în zona locuibilă a stelelor.  Zona locuibilă„The Habitable Zone”, exoplanets.nasa.gov nu înseamnă că oamenii ar putea supraviețui acolo, ci înseamnă zona din jurul unei stele unde apa poate exista în stare lichidă pe suprafața planetei. Zona locuibilă depinde de tipul stelei. Dacă steaua este mai mică și mai rece, atunci acestă zonă va fi mai aproape de stea. Dacă steaua este una foarte fierbinte, zona aceasta va fi mai departe.

Dar faptul că o exoplanetă se află în zona locuibilă a stelei sale nu înseamnă automat că viața ar exista pe suprafața ei. După unele estimări, și planeta Marte ar fi în zona locuibilă a sistemului nostru solar, dar, așa cum știm, în prezent, condițiile de pe planeta roșie nu sunt tocmai prielnice pentru existența vieții pe suprafața sa. Situarea unei planete în această zonă ar putea ajuta la apariția vieții, dar nu reprezintă o garanție. 

Pentru a confirma existența unor forme de viață pe o astfel de planetă e nevoie să fie detectat și impactul acestei vieți asupra atmosferei.

Ilustrație a procesului de fotosinteză. Foto: Wikimedia Commons

Semne de viață

Cel mai simplu și mai sigur semn de viață extraterestră ar fi recepționarea unui semnal radio de la o eventuală civilizație extraterestră. Dar ce te faci dacă civilizația respectivă încă nu a ajuns la nivelul tehnologic care să-i permită să trimită semnale radio în spațiu? Sau poate, din contră, civilizația a avansat atât de mult din punct de vedere tehnologic încât nu mai vede undele radio ca o variantă utilă de comunicație.

În aceste condiții, există o cale de a ne da seama dacă pe o exoplanetă ar putea exista viață?

Pe Pământ, prin procesul numit fotosinteză,„What Is Photosynthesis?”, livescience.com plantele, algele și unele bacterii folosesc lumina solară pentru a crea substanțe nutritive. În urma fotosintezei, acestea eliberează în atmosferă oxigen. De fapt, în lipsa vieții, oxigenul de pe Pământ, în urma reacțiilor cu alte substanțe, ar dispărea relativ rapid. Această constatare i-a făcut, la un moment dat, pe oamenii de știință să creadă că prezența oxigenului în atmosfera unei exoplanete ar fi un semn al activității biologice.

Se poate presupune că și pe alte planete ar putea exista organisme care să se comporte similar și să elibereze în atmosfera planetei lor oxigen.

Dacă o astfel de planetă trece prin fața stelei sale, din perspectiva Pământului, atunci o anumită lungime de undă a luminii de la stea va fi absorbită de oxigenul din atmosferă. Oamenii de știință, analizând lumina printr-un proces numit spectroscopie, vor vedea lipsa acelei lungimi de undă a luminii și vor deduce că în atmosfera planetei respective există oxigen. Iar dacă oxigenul ar fi într-o proporție relativ importantă, atunci lucrurile ar deveni interesante.

Problema este cum este interpetată această descoperire.

Mai demult, așa cum menționam mai sus, se considera că prezența oxigenului în atmosfera unei exoplanete ar fi un indiciu cât se poate de clar al prezenței vieții. Acum, însă, lucrurile nu mai sunt atât de simple. Există din ce în ce mai mulți oameni de știință care atrag atenția că această concluzie ar putea fi una pripită, deoarece, în anumite condiții, pe unele exoplanete poate apărea oxigen și-n lipsa vieții. 

Cel mai recent studiu„Oxygen False Positives on Habitable Zone Planets Around Sun-Like Stars”, wiley.com (PDF) în acest sens, condus de Joshua Krissansen-Totton, astrobiolog la Universitatea din Washington, atrage atenția că simpla descoperire a oxigenului nu trebuie considerată automat a fi un semn al existenței unor forme de viață. Este important să se înțeleagă condițiile specifice prezente pe fiecare planetă în parte. „S-a discutat mult dacă detectarea oxigenului este suficientă pentru a fi considerată un semn de viață”, spune Joshua Krissansen-Totton pentru phys.org.„Study warns of ‘oxygen false positives’ in search for signs of life on other planets”,phys.org „Această lucrare susține necesitatea de a cunoaște contextul acestei detecții. Ce alte molecule se găsesc în plus față de oxigen sau nu sunt găsite și ce spune asta despre evoluția planetei.”

Autorii studiului au folosit un program computerizat pentru a simula formarea și evoluția planetelor asemănătoare cu Pământul. Aceștia au introdus la fiecare simulare diferite substanțe volatile care ar fi fost prezente pe planetă la începutul existenței acesteia. În funcție de aceste substanțe, rezultatele simulării au fost diferite. „Evoluția planetelor terestre din zona locuibilă este puternic dependentă de substanțele volatile inițiale și de eficiența proceselor de îmbibare a substanțelor în crusta planetei. Este foarte puțin probabil ca planetele nelocuite, de dimensiunea Pământului, aflate în zona locuibilă a stelelor de tip G (n.a. de tipul Soarelui), să acumuleze oxigen abiotic, dacă inventarele lor inițiale de substanțe volatile sunt asemănătoare Pământului. Cu toate acestea, dacă stocurile inițiale diferă dramatic de cel al Pământului, atunci este posibilă acumularea de oxigen non-biologic”, se arată în studiul menționat mai sus.

Deci, oxigenul de unul singur nu e suficient pentru a fi considerat automat un biosemnal. Dacă, pe lângă oxigen, în atmosfera aceleiași planete, s-ar găsi și concentrații importante de metan, atunci sunt șanse mari că acestea să constituie un semn al existenței formelor de viață.

Tot din categoria substanțelor care pot reprezenta un semn al prezenței organismelor vii pe o planetă mai fac part și acetona, oxidul de azot, sulfura de dimetil etc.

„Nu vom ști dacă gazele suspecte sunt produse de microbi, de animale enorme sau de umanoizi inteligenți, nici dacă forma de viață care le produce este bazată pe carbon sau pe ceva mai exotic. Deocamdată trebuie să ne concentrăm asupra efectelor vieții – metabolismul și producția de gaze ca efect secundar –, nu asupra naturii sale”, spune Sara Seager, planetolog și astrofizician la Massachusetts Institute of Technology, într-un eseu din cartea Extratereștrii: ce spune știința despre viața în Univers.Apărută în limba română la editura Humanitas, humanitas.ro

Un alt biosemnal este ceea ce astronomii numesc semnal de margine roșie (red edge).„Monitoring Vegetation From Space”, eumetrain.org Menționam mai sus procesul de fotosinteză. Ei bine, în timpul acestuia, plantele absorb cu precădere lumina vizibilă care vine de la Soare, reflectând cea mai mare parte din lumina infraroșie. „Dacă realizăm un grafic al intensității luminii în raport cu lungimea sa de undă, vedem o scădere puternică atunci când mergem de la lungimi de undă mai lungi (infraroșu) De unde și denumirea de margine roșie la lungimi de undă mai scurte (lumină vizibilă)”, scrie Giovanna Tinetti, profesor de astrofizică la University College London, într-un eseu din aceeași carte. 

Este posibil ca vegetația de pe alte planete să se comporte similar cu cea de pe Pământ. Studiind planeta cu telescoapele viitorului, astronomii ar putea să dea peste un astfel de grafic de semnal de margine roșie, indicându-le că pe suprafața ei ar putea exista viață vegetală. 

La sfârșitul acestui an, dacă totul decurge conform planului, va fi lansat Telescopul Spațial James Webb. De aproape trei ori mai mare decât Telescopul Spațial Hubble, Telescopul Webb va fi capabil să sesizeze prezența acestor substanțe în atmosferele exoplanetelor. Mai mult decât atât, va fi capabil să observe direct anumite exoplanete. 

Apoi, în 2025, ar trebui să-și înceapă funcționarea, în Chile, Extremely Large Telescope (Telescopul Extrem de Mare), de 39 de metri în diametru. Doi ani mai târziu, se speră să fie dat în folosință, în Hawaii, Thirty Meter Telescope (Telescopul de 30 de metri, cu un obiectiv de 30 de metri în diametru), pentru ca în 2029 să intre în scenă, în Chile, Giant Magellan Telescope (Telescopul Gigant Magellan), cu un diametru de 24,5 metri.

Viitorul căutării vieții extraterestre se anunță unul foarte captivant. Și, cine știe, poate, în următoarele câteva decenii, vom reuși să găsim, în sfârșit, un răspuns la întrebarea care-i frământă pe oameni de sute, poate chiar mii de ani: „Suntem sau nu singuri în Univers?”.