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Sauerstoff könnte uns schließlich nicht zu Außerirdischen führen

2019

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Die enorme Blüte der Entdeckungen von Exoplaneten im letzten Jahrzehnt gibt uns immer mehr Hoffnung, dass wir bald ein Leben in einer anderen Welt finden werden. Während Wasser nach wie vor das wichtigste Zeichen dafür ist, dass fremdes Leben möglich ist, suchen Wissenschaftler nach vielen anderen chemischen Elementen und Verbindungen, die die Fähigkeit des außerirdischen Lebens stärken könnten, sich anderswo zu entwickeln und zu erhalten. Sauerstoff ist offensichtlich eine solche "Biosignatur", wenn man bedenkt, wie wichtig es ist, das Leben hier auf diesem Planeten zu komplexieren.

Aber vielleicht lagern wir zu viel in die Luft, die wir atmen. Eine neue in ACS Earth and Space Chemistry veröffentlichte Studie legt nahe, dass das Vorhandensein von Luftsauerstoff auf einem anderen Planeten alles andere als ein sicheres Zeichen ist.

"Das Vorhandensein von Sauerstoff in der Erdatmosphäre in erheblichen Mengen ist auf das Vorhandensein von Leben zurückzuführen", sagt Nikole Lewis, ein Exoplanetenwissenschaftler von der Cornell University und Mitautor der neuen Studie. Zwar könnte Leben ohne nennenswerten Zugang zu Sauerstoff existieren, doch „der größte Teil der gegenwärtigen Überlegungen, wie man Leben auf anderen Planeten erkennt, konzentriert sich darauf, Planeten mit erdähnlichen Atmosphären zu finden“, sagt sie.

Bevor wir jedoch wissen, ob ein Gas oder eine Kombination von Gasen auf Leben hindeutet, „müssen wir die Chemie verstehen, die auf einem Planeten abläuft“, sagt Chao He, Forscher an der Johns Hopkins University und Hauptautor der neuen Veröffentlichung. „Unsere Studie bietet einen Einblick in die Chemie der Atmosphäre“ und legt nahe, dass bestimmte Prozesse leicht zu einer sauerstoffarmen Biologie führen können. Wissenschaftler müssen möglicherweise in Betracht ziehen, dass Sauerstoff eine falsche Flagge für Anzeichen fremden Lebens sein könnte.

Dies ist natürlich keine leicht zu untersuchende Frage. Er und seine Kollegen nutzten Johns Hopkins 'Planetary HAZE Research (PHAZER), eine Experimentierkammer, die eine breite Palette verschiedener atmosphärischer chemischer Bedingungen simulieren kann, von der kalten Oberfläche von Pluto bis zu den unglaublich heißen Höhen der Venus. Die Idee ist, genau gemischte Gase einer hohen Energiequelle (Plasma oder UV-Licht, die beide von einem Stern emittiert werden können) auszusetzen, um zu sehen, ob sich Trübungen (kleine Partikel, die durch photochemische Reaktionen erzeugt werden) bilden und ob sich dadurch die Trübungen verändern Chemie der Atmosphäre selbst.

"Die Idee ist, chemische Prozesse, die in diesen Atmosphären ablaufen, nicht nur zu simulieren, sondern auch systematisch zu variieren, um zu verstehen, welche Prozesse die Dinge dominieren, die wir tatsächlich mit Raumfahrzeugen und Teleskopen beobachten können." sagt Sarah H rst, Professorin für Planetenwissenschaften an der Johns Hopkins University und Mitautorin der neuen Arbeit.

Am Ende testeten er und sein Team neun verschiedene Gasgemische, die vorausgesagte Atmosphärenchemien auf Super-Earth- und Mini-Neptun-Exoplaneten (den am häufigsten vorkommenden Exoplanetentypen in der Milchstraße) simulierten. Diese Atmosphären besaßen alle unterschiedliche Mengen an Kohlendioxid, Wasserstoff und Wasser und lagen im Temperaturbereich zwischen 80 und 700 Grad Fahrenheit.

Letztendlich stellte das Team fest, dass die UV- und Plasmaexposition die ausgewählten Gasgemische so veränderte, dass verschiedene Arten von Biosignaturen erzeugt wurden, einschließlich Sauerstoff und anderer organischer Verbindungen, deutlich und abiotisch. Mit anderen Worten, sie zeigten, dass lebende Lebewesen nicht notwendig sind, um freien Sauerstoff zu produzieren. Dies könnte das Ergebnis der Photochemie sein, was darauf hindeutet, dass Sauerstoff von Natur aus kein robustes Lebenszeichen ist.

"Für zukünftige Beobachtungen wird es wichtig sein, dass nach Aussagen von Lebensentdeckungen ausgeschlossen werden kann, dass diese Biosignatur-Arten nicht durch abiotische Quellen erzeugt werden", sagt Lewis. "Wir sollten weiterhin untersuchen, wie es möglich ist, biologische Fehlalarme in der Atmosphäre von Exoplaneten zu erzeugen, aber auch bestimmen, welche Beobachtungskombinationen über welche Wellenlängen hinweg solche Fehlalarme ausschließen können."

Die Studie wird durch die Tatsache behindert, dass die chemischen Simulationen nur wenige Tage dauerten und dass die Gasgemische auf Vorhersagen darüber beruhten, was Exoplaneten besitzen könnten, anstatt auf direkten Beobachtungen (für die wir derzeit nicht die Technologie haben). . Einige dieser Einschränkungen werden im Laufe des nächsten Jahrzehnts gelöst, wenn Instrumente wie das James Webb-Weltraumteleskop die chemischen Zusammensetzungen einiger ferner Welten messen können. Diese Ergebnisse sind jedoch eine gute Erinnerung daran, dass wir uns nicht unbedingt auf Exoplaneten beschränken sollten, die einer Erde entsprechen -ähnliche Vorlage.

Die größte Auswirkung der Studie könnte darin bestehen, zu demonstrieren, wie unwahrscheinlich es ist, dass wir mithilfe einer einfachen Messung außerirdisches Leben finden können. "Die Experimente selbst sind nicht die endgültige Antwort. Die ersten Vorsichtsmaßnahmen sind jedoch ein wichtiger Teil eines Puzzles, das Beobachtungen, Computermodelle und Laborexperimente umfasst. Wir sind nicht die ersten oder einzigen, die dies sagen, aber es ist so Es wird wirklich, wirklich, wirklich eine Herausforderung sein, das Leben nur anhand der atmosphärischen Zusammensetzung zu suchen. " Sie betont die Notwendigkeit, tiefer zu verstehen, wie andere Faktoren wie vulkanische Aktivität, Kometenkollisionen und neue Chemie, die wir bisher noch nicht in Betracht gezogen haben, zur Biosignaturproduktion beitragen können, auch wenn keine Biologie vorliegt.

Wenn die Wahrheit da draußen ist, ist sie komplizierter als wir es jemals vorhergesagt haben.

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