Új fegyvert kaptak a földönkívüliek után kutató csillagászok
A távoli exobolygók légkörének spektroszkópiai vizsgálata az asztrobiológia legígéretesebb ága, a kutatók dolga azonban messze nem olyan egyszerű, mint egyetlen gáz jelenlétének kimutatása. A tisztán kémiai és geológiai folyamatok ugyanis sok esetben képesek lemásolni a biológiai aktivitás nyomait, megtévesztve a távcsöveket. A Kaliforniai Egyetem kutatói éppen ezért egy olyan komplex számítógépes modellt építettek, amely a bolygó keletkezésétől kezdve lemodellezi a Föld fejlődését egy olyan hipotetikus forgatókönyv alapján, amelyben a bioszféra soha nem jött létre.
A modern csillagászat egyik legnagyobb kihívása a potenciálisan lakható és a ténylegesen lakott bolygók közötti éles határvonal meghúzása. Az élet jelenléte óhatatlanul nyomot hagy egy kőzetbolygó atmoszféráján a biokémiai folyamatok során keletkező gázok révén. A probléma ott kezdődik, hogy ezen gázok jelentős részét élettelen geológiai mechanizmusok – például vulkánkitörések vagy a kéregben zajló kémiai reakciók – is képesek a légkörbe juttatni.
A kérdés tisztázására Samantha Gilbert-Janizek, a Kaliforniai Egyetem bolygókutatója – aki a munkát még a Washingtoni Egyetem PhD-hallgatójaként végezte el – egy olyan virtuális laboratóriumot hozott létre, amely kizárólag az élettelen fizikai és kémiai folyamatok mentén modellezi egy kőzetbolygó evolúcióját. A kutatás Rory Barnes korábbi munkájára épült, aki egy kőzetbolygó magjának, köpenyének és kérgének kölcsönhatásait modellezte le. Gilbert-Janizek ezt a szimulációt bővítette ki a hiányzó két legfontosabb réteggel: a felszínnel és magával a légkörrel.
A rendszer összesen 19 olyan alapvető fizikai és kémiai tulajdonságot vesz figyelembe, amelyek teljesen függetlenek az élettől. A modell kalkulál a központi csillagból érkező hőmennyiséggel, a belső magból a felszín felé áramló hővel és vegyi anyagokkal, valamint a kéreg alól feláramló gázok dinamikájával. A kísérlet kiindulópontjaként a kutató a Föld történetét futtatta le a bolygó 4,5 milliárd évvel ezelőtti születésétől egészen 500 millió évvel a jövőbe vetítve, azzal az egyetlen feltétellel, hogy a felszínen soha egyetlen mikroba sem jelent meg.
A végeredmény egy olyan kihalt, steril világ lett, amelyen a bioszféra hiánya ellenére óceánok és stabil légkör alakult ki. A modell segítségével a tudósok pontosan látják, hogy az élettelen bolygó atmoszférája milyen összetételt vesz fel pusztán a geológiai adottságok és a napsugárzás hatására, megteremtve a viszonyítási alapot az űrtávcsövek méréseihez. A modell valódi értéke a gyakorlati alkalmazhatóságában rejlik: lényegében egy olyan sablonról van szó, amelybe egyszerűen betáplálhatók a vizsgált exobolygók alapvető paraméterei.
Amikor a kutatók spektroszkópiai adatokat kapnak egy távoli kőzetbolygóról, a modellt lefuttatva ellenőrizhetik, hogy a mért gázkoncentrációk előállhatnak-e tisztán élettelen folyamatok révén. Amennyiben a James Webb űrtávcső, a jövőben épülő harmincméteres földi óriásteleszkópok vagy a NASA által tervezett Habitable Worlds Observatory mérései pontosan lefedik a modell által jósolt, élet nélküli légkört, a csillagászok nagy valószínűséggel elkönyvelhetik, hogy egy steril sziklát találtak. Ha viszont a valós bolygó spektruma és a szimulált élettelen atmoszféra között jelentős eltérés mutatkozik, megnő az esélye annak, hogy a légköri egyensúlyt valamilyen biológiai folyamat borítja fel.
