La mai puțin de un an de când a ajuns în spațiu, Telescopul Spațial James Webb (JWST) și-a dovedit deja adevărata sa valoare. Imaginile pe care le-a realizat, în care a surprins galaxii, nebuloase sau atmosfere ale exoplanetelor, sunt cele mai detaliate și mai sensibile înregistrate vreodată. Cu toate acestea, unul dintre cele mai interesante aspecte ale misiunii sale se află abia la început: căutarea vieții în afara planetei noastre (viața extraterestră). În acest scop, JWST își va folosi puternicele instrumente în infraroșu pentru a căuta semnături chimice asociate cu viața și cu procesele biologice – așa-numitele biosemnături.
Semnăturile chimice variază, fiecare reprezentând o cale potențială spre descoperirea vieții. Potrivit oamenilor de știință specializați în studierea atmosferei exoplanetelor, există patru căi prin care Telescopul James Webb ar putea detecta viața: căutarea substanțelor chimice de care depinde viața, căutarea substanțelor chimice secundare produse de organismele vii, căutarea substanțelor chimice necesare pentru menținerea unui climat stabil și căutarea chimicalelor care nu ar trebui să coexiste.
În căutarea vieții dincolo de planeta noastră, astrobiologii au fost limitați la o abordare de tipul „fructului celui mai apropiat”. Aceasta constă din căutarea planetelor terestre (sau stâncoase) care orbitează în zona locuibilă de stelelor lor, adică distanța la care planetele sunt suficient de calde pentru a menține la suprafață apa în stare lichidă. Însă cu noua generație de telescoape, așa cum este JWST, care combină sistemele optice sensibile, coronografele și spectrometrele cu imagistica în infraroșu apropiat și mijlociu, domeniul studierii exoplanetelor trece de la descoperire la caracterizare.
Această abordare modernă implică studii de imagistică directă a exoplanetelor și obținerea de date spectroscopice privind atmosferele acestora. Încă din secolul al XIX-lea, oamenii de știință știu că anumite elemente chimice absorb lumina de anumite lungimi de undă și reflectă lumina de alte lungimi de undă. Efectuând această „inventariere chimică” a atmosferei exoplanetelor, astrobiologii vor putea stabili cu o mai mare certitudine dacă o planetă este locuibilă.
În acest context, indicatorii chimici pe care Telescopul James Webb i-ar putea căuta pot fi împărțiți în patru grupe: oxigenul și ozonul, fosfina și amoniacul, metanul și dioxidul de carbon și dezechilibrul chimic.
Oxigenul este o biosemnătură evidentă datorită importanței sale în apariția ți menținerea vieții pe Pământ. La începutul istoriei planetei noastre, atmosfera era compusă predominant din dioxid de carbon, iar oxidarea era împiedicată prin îndepărtarea oxigenului. În decursul timpului, cianobacteriile și alte organisme fotosintetizante au început să convertească dioxidul de carbon în oxigen. Aceasta a culminat cu Marele Eveniment de Oxidare, care a avut loc în urmă cu 2,4-2 miliarde de ani și a permis apariția și evoluția organismelor mai complexe, cum sunt insectele, păsările și mamiferele.
Ozonul s-a format în atmosfera superioară a Pământului din interacțiunea dintre oxigenul gazos și radiațiile ultraviolete (UV). Aceasta a dus la apariția stratului de ozon, care astăzi protejează viața de pe planetă față de radiația UV.
Cu toate acestea, descoperirea oxigenului și a ozonului în atmosfera unei exoplanete nu este neapărat o dovadă a existenței vieții. După cum au arătat numeroase studii, există mai multe căi prin care atmosfera unei exoplanete poate deveni oxidată prin crearea de „oxigen abiotic” (oxigen care nu rezultă din procese biologice).
Un alt scenariu implică un „efect de seră fugitiv”, în care evaporarea apei de suprafață duce la mai multă încălzire și evaporare, sub forma unei bucle de feedback. Prezența unei cantități mari de vapori de apă în atmosferă duce la fotoliză, prin care expunerea la radiația solară determină descompunerea moleculei de apă în hidrogen și oxigen (hidrogenul se pierde în spațiu, iar oxigenul este reținut).
Potrivit altui scenariu, planetele blocate mareic, care orbitează în zona locuibilă a unei stele, sunt expuse la radiații considerabile pe partea lor orientată spre stea, ceea ce poate duce, de asemenea, la fotoliză și la o atmosferă dominată de oxigen abiotic. Deoarece oxigenul gazos este toxic pentru formele de viață fotosintetice (cum au fost cele care au existat în istoria timpurie a Pământului), acesta ar putea preveni apariția vieții.
Amoniacul și fosfina apar natural în atmosferele gigantelor gazoase (și a lunilor înghețate care le orbitează), dar pot fi produse și de viața de pe Pământ. Fosfina ca potențială biosemnătură a fost subiect de dezbatere recent, atunci când astronomii au detectat-o în atmosfera planetei Venus. Cu toate acestea, ambele substanțe apar în cantități foarte mici pe planeta noastră, ceea ce le face dificil de detectat în atmosferele exoplanetelor îndepărtate.
Metanul și dioxidul de carbon sunt considerate potențiale biosemnături datorită asocierii lor cu procesele biologice de pe Pământ. Ambele gaze sunt produse secundare provenite de la animale, metanul rezultând de la descompunerea organică și din digestie, iar dioxidul de carbon fiind un rezultate al respirației. Prezența unei cantități suficiente de dioxid de carbon în atmosferă este esențială pentru menținerea unor temperaturi stabile: prea mult dioxid de carbon poate duce la un efect de seră, iar prea puțin duce la perioade glaciare.
În cele din urmă, există posibilitatea ca un dezechilibru chimică să fie un indiciu al vieții. Pe o planetă pe care există viață nu este posibil un echilibru chimic, deoarece organismele vii consumă în mod constant anumite substanțe chimice, producând energie și alte produse secundare. „Stabilitatea” este prezentă doar pe plantele lipsite de viață, potrivit planetologului James Lovelock, coautorul „Ipotezei Gaia” („Gaia Hypothesis”).
O altă posibilă biosemnătură este hidrogenul. În ultimii ani, cercetătorii de la Universitatea Cornell au arătat cum prezența hidrogenului de origine vulcanică în atmosfera unei exoplanete ar putea extinde zona locuibilă a stelei în jurul căreia orbitează planeta respectivă. Nu numai că hidrogenul gazos este un gaz cu efect de seră, dar și activitatea vulcanică este considerată importantă pentru apariția vieții. Alte studii realizate de Universitatea Cambridge au arătat că planetele oceanice cu atmosfera dominată de hidrogen ar putea fi cele mai potrivite locuri pentru căutarea vieții.
Totuși, în toate cazurile, prezența acestor substanțe chimice în atmosfera unei exoplanete nu ar trebui tratată ca o dovadă definitivă a existenței vieții.
Sursa: Universe Today