Húsz év múlva kimutatható lehet az élet idegen naprendszerek bolygóin

Az eddig felfedezett csaknem 2000 exobolygó között szép számmal akadnak a Földhöz hasonlóak – legalábbis ami az átmérőjüket illeti

Az exobolygókat kutató űrtávcsövek következő generációjának már a földönkívüli élet jeleit kellene keresniük. Előbb a víz, azután az oxigén, majd pedig a növényekben előforduló klorofill jeleit próbálnák kimutatni. Legalábbis erről ábrándoznak egy nemrég megjelent tanulmány szerzői.

Az elmúlt két évtizedben a csillagászok csaknem kétezer, a Naprendszeren kívüli bolygót fedeztek fel. Ezen exobolygók közül sok a csillaguk úgynevezett lakható zónájában kering, ahol elég meleg van ahhoz, hogy a bolygók felszínén folyékony halmazállapotú víz fordulhasson elő. Az asztrobiológusok azt remélik, hogy a jövőben egyszer majd ténylegesen ki is lehet mutatni az élet jeleit egyik-másik ilyen idegen bolygón. Optimizmusukat arra alapozzák, hogy ahol a Földön jelen van a víz, ott szinte mindenütt az élet is megjelent.

Az idegenek nyomai

Az egyik stratégia abból indul ki, hogy az élő szervezetek megváltoztathatják környezetüket. Itt elsősorban a bolygókról visszaverődő fény színképére gondolnak, hiszen a légkörben vagy a felszínen jelen lévő különböző vegyületek bizonyos hullámhosszakat elnyelnek, másokat hozzátesznek a bolygóról visszaverődő fényhez. Az élőlényekre utaló jelek (az úgynevezett biomarkerek) azok a vegyületek vagy vegyületcsoportok lehetnek, amelyeket élő szervezetek létrehozhatnak, más úton viszont nem jöhetnek létre, vagy legalábbis természetes kialakulásuk felettébb valószínűtlen.

Timothy Brandt és David Spiegel, az Institute for Advanced Study asztrofizikusai megpróbálták megbecsülni, milyen nehéz feladat lenne minden kétséget kizáróan bizonyítani egy távoli exobolygón a víz az oxigén vagy éppen a növényekben a napfény energiáját hasznosító klorofill jelenlétét kimutatni. Számításaikat egy távoli, a Földhöz hasonló bolygóra végezték. A mérésekhez egy olyan űrtávcső teljesítőképességéből indultak ki, mint amilyen a NASA által tervezett ATLAST (fejlett technológiájú, nagy átmérőjű űrtávcső). Ilyen távcső viszont egyelőre nem létezik.

Leghamarabb a 2030-as években kezdhet dolgozni az ATLAST űrtávcső. Egyik elképzelt változata 8 méter átmérőjű főtükörrel dolgozna Forrás: MSFC Advanced Concepts Office

Orbitális űrtávcső

Az ATLAST egyelőre csak koncepció, tanulmányterv, amelyet az Űrtávcső Tudományos Intézet (STScI) javasol a Hubble-űrtávcső utódaként sok csúszás után remélhetőleg még az évtizedünk vége előtt pályára kerülő James Webb-űrtávcső utódjának. Az óriás űrtávcső vagy 8 méter átmérőjű, egyetlen darabból álló főtükörrel épülne, de van olyan elképzelés, amely szerint 9–16 méter közötti, szegmensekből álló tükörrel kellene megépíteni. Az ibolyántúli, az optikai és az infravörös tartományban egyaránt dolgozó űrtávcső pályára állítását az ötlet gazdái 2025–2035 a közötti évekre képzelik el. Megvalósulását vélhetően nemcsak a horribilis költségek késleltethetik (vagy hiúsíthatják meg), hanem az is, hogy egyelőre még tervben sincs akkora hordozórakéta, amelyikkel egy ilyen óriási műszert pályára lehetne állítani.

Másik lehetőség az ATLAST megvalósítására, ha a műszert legalább 9, legfeljebb 16 méteres, de szegmensekből álló főtükörrel építik meg Forrás: Northrop Grumman Aerospace Systems & NASA/STScI

A modellszámításokat mégis ésszerű a jövő reménybeli nagy távcsövének teljesítőképességére alapozni, ezzel is jelezve, hogy a kisebb, ma és a közeljövőben létező műszerekkel nem remélhető siker ezen a területen. Annyi mindenesetre kiderült a kutatók számításaiból, hogy legkönnyebben a víz jelenlétét lehetne kimutatni. Kétségtelen, hogy vizet már eddig is sikerült néhány exobolygó légkörében találni, ezek azonban a Jupiternél is nagyobb óriásbolygók. Brandt és Spiegel viszont a Földhöz hasonló (méretű és tömegű) bolygókra voltak kíváncsiak.

Az eddig felfedezett csaknem 2000 exobolygó között szép számmal akadnak a Földhöz hasonlóak – legalábbis ami az átmérőjüket illeti Forrás: PHL @ UPR Arecibo, ESA/Hubble, NASA

Élet oxigén nélkül

Az oxigén kimutatásához kétszer akkora érzékenységű és lényegesen jobb spektrális felbontású műszerekre lenne szükség, mint a víz színképi jeleinek detektálásához. Az oxigén csak néhány százmillió éve – az élőlényeknek köszönhetően – van jelen a Föld légkörében, vagyis sokkal rövidebb ideje, mint maga az élet. Ezért Brandt véleménye szerint, ha sikerülne kimutatni egy exobolygó légkörében az oxigént, az nagy valószínűséggel az élet jelenlétére utalna, ha azonban nyomát sem találnák az oxigénnek, az nem feltétlenül jelentené azt, hogy az illető bolygón nincs élet.

A Kepler–186f az első Föld-méretű exobolygó, amelyik tényleg alig nagyobb a Földnél, távolsága 490 fényév Forrás: Nasa/Jpl-Caltech/T. Pyle

Bár egy erre a célra, megfelelően tervezett űrtávcsővel egy közeli, a Földhöz hasonló bolygón már ki lehetne mutatni a víz és az oxigén jelenlétét, a kutatók megállapítása szerint a klorofill megfigyeléséhez sokkal érzékenyebb berendezésre (az oxigén kimutatásához szükségesnél hatszor nagyobb érzékenységű) vagy kivételes szerencsére lenne szükség. A klorofill csak akkor lenne ugyanolyan könnyen észrevehető mint az oxigén, ha a megfigyelt exobolygón rendkívül buja a vegetáció és/vagy alig vagy egyáltalán nem zavarja a megfigyelést az égitest felhőzete.

A Gliese 581g-t a szakemberek az egyik legesélyesebb exobolygónak tartják, amelyik földönkívüli életet hordozhat. A dolog szépséghibája, hogy egyes csillagászok szerint a bolygó nem is létezik Forrás: Lynette Cook

A zöld növényzet vörösít

A Föld esetében a klorofill a beeső napfényhez képest valamivel vörösebbé teszi a visszaverődő napfényt. Ha a földönkívüli élőlények ugyanolyan kémiai alapon hasznosítják a fény energiáját, mint a földi növények, a kutatók szerint még akkor is arra kell számítani, hogy valamilyen, a klorofilltól különböző pigmentet használnak erre a célra. Azt viszont feltételezhetjük, hogy a földönkívüli fotoszintézis ugyancsak valamivel vörösebbé teszi a bolygót. Ez azért van így, mert feltételezhető, hogy a klorofillhoz hasonlóan a földönkívüli fotoszintetizáló vegyületek is a rájuk eső fény nagyobb energiájú (azaz kevésbé vörös) fotonjait hasznosítják, így a megmaradó fény vörösesebbnek látszik.

A „szuperföldnek” titulált HD 40307g csillaga lakható zónája közepén kering. Távolsága „csak” 42 fényév, így egyszer talán távcsöveinkkel is megpillanthatjuk a felszínét. Akkor majd kiderül, olyan-e, amilyennek a rajzoló elképzelte… Forrás: J. Pinfield, for the RoPACS network at the University of Hertfordshire.

Brandt véleménye szerint első lépésként meg kellene elégedni a víz és az oxigén kimutatásával egy közeli exobolygó légkörében. Ám elismeri, hogy egy erre alkalmas űrtávcső megépítése legalább tízmilliárd dollárba kerülne, ezért az elkövetkező legalább 20 évben nem tartja elképzelhetőnek, annál is inkább, mert a megvalósuláshoz még több területen jelentős technológiai fejlesztésekre lenne szükség. A klorofillt viszont csak a legígéretesebb célpontok esetében, egy a még távolabbi jövőben megvalósuló küldetéssel lenne érdemes keresni.

A kutatók munkájuk részletes eredményeiről a Proceedings of the National Academy of Sciences szeptember 16-i számában közölték cikküket.