Kommer snart? Forskare diskuterar potentiella genombrott i Alien-Life Search

Det var en bra vecka för astrobiologi. Inom några dagar efter NASAs tillkännagivande om att de nödvändiga ingredienserna för livet troligen finns i Saturnusmånen Enceladus underjordiska hav, samlades forskare vid Stanford University för att diskutera upptäcka livet utanför solsystemet.

Notera hur "sökandet efter livet i universum har förvandlats från spekulation till datadriven vetenskap", erbjöd talare som Stanford-fysiker Peter Michelson detaljerade planer för att hitta livet på exoplaneter.

Under två dagars lopp den 20-21 april var dussintals forskare som deltog i konferensen om genombrott diskuterade möjligheter att utforska planeter i andra stjärnsystem. Dessa alternativ inkluderar att använda en ny generation kraftfulla teleskop för långdistansobservationer, samt att utveckla en förstklassig teknik för att besöka andra stjärnsystem - allt inom nästa generation. [10 exoplaneter som kan vara värd för Alien Life]

Vad de här strategierna har gemensamt är att fokusera på att observera planer för planlösning i vårt lokala stellära grannskap. I detta område ensam, inom 30 ljusår av vårt solsystem, har astrobiologer redan identifierat flera potentiellt jordliknande exoplaneter och dussintals system som kan hysa jordliknande världar.

Dessa exoplaneter, som identifieras av effekterna på deras förälderstjärna, är steniga och ungefär samma storlek och densitet som jorden. De kretsar om sina stjärnor på ett avstånd som skulle tillåta att vätskevatten existerar på ytan, givet de rätta atmosfäriska förhållandena. Det finns emellertid åtminstone en stor skillnad mellan vår planet och dessa potentiellt bebodda exoplaneter: De cirklar inte stjärnor som vår sol.

På spektrum av stjärnor är vår sol det som kallas en gul dvärg. Det är ljust och inte oerhört stort jämfört med de största stjärnorna i vår galax. Ändå är även medelstora stjärnor som vår sol inte så vanliga. Vårt lokala stjärnakvarter - och förmodligen universum som helhet - är fylld med många fler lågmassestjärnor. Det finns 20 gula dvärgstjärnor som vår sol i närheten och 250 M-dvärgar, en rad stjärnor så små och svaga att de trots deras överflöd inte kan ses med blotta ögat. Under de senaste tre till fyra åren verkar varje enskild lågmassestjärna som vi har studerat ha minst en planet. Vanligtvis har de mer än en.

"Hur vanligt är planeter som kretsar i lågmassestjärnor? Mycket vanligt, säger Courtney Dressing, en astronom vid University of California, Berkeley, under en presentation på konferensen. "För en typisk M-dvärg tenderar det att vara 2,5 planeter. En i fyra stjärnor har en planet av samma storlek och temperatur som jorden i den bebodda zonen."

Dressing poäng var att med tanke på antalet M-dvärgar i den lokala regionen borde det finnas minst 60 potentiellt jordliknande planeter i beboeliga zoner inom 32 eller så ljusår härifrån, och kanske många fler. Hittills kommer de flesta av våra exoplanetdata från NASAs Kepler rymdfarkoster, som har fokuserat sin sökning efter planeter på stora M-dvärgstjärnor. I den närmaste framtiden, när de små och medelstora M-dvärgarna studeras, kan vi upptäcka att närmare en i tre stjärnor har en jordliknande planet i den bebodda zonen.

Bortsett från deras överflöd erbjuder dessa lågmassestjärnor andra fördelar för forskare som studerar potentiellt beboeliga exoplaneter. M-dvärgplaneterna har snäva banor runt sina stjärnor eftersom de bebodda zonen ligger nära, vilket ger forskare möjligheter att se sina transiter några veckor. Det är under dessa transiter, när exoplaneterna passerar framför sina stjärnor, har vi det bästa tillfälle att studera sina atmosfärer för tecken på livet. [5 djärva anspråk på främmande liv]

Många konferensdeltagare, inklusive Mercedes López-Morales från Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, förklarade hur vi ska kartlägga atmosfärerna hos de närmaste planetariska zonen för tecken på livsboende på ytan eller i ett hav. "Vi ska leta efter syre," sa hon.

Eftersom uppkomsten av syre i jordens atmosfär motsvarar livets utseende använder vi ofta den specifika molekylen som en markör för närvaron av livet någon annanstans. Oxygen gillar också att interagera med andra kemikalier. Om vi ​​upptäcker en planet där syre fortfarande hänger i atmosfären, gör något, möjligen livet, det aktivt. Så söker sökandet efter livet på element och molekyler som väte, syre och metan. Men, som López-Morales förklarade, finns det en nackdel för detta tillvägagångssätt.

"En planetens atmosfär är bara 1 procent planetens storlek," sa hon. "Signalens storlek är liten. Du måste samla minst en biljon fotoner för att vara säker på att du verkligen tittar på syre."

Den goda nyheten är att en ny generation teleskop avsedda för planetutforskning och astrobiologi snart kommer att komma online för att hjälpa oss att samla dessa foton. Omkring denna tid nästa år kommer NASAs Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) att vara redo för lansering. Under sitt tvååriga uppdrag kommer TESS att undersöka 200 000 stjärnor, inklusive de ljusare i våra lokala system.

Giant Magellan Telescope (GMT) i Chile, som ska fungera 2022, kommer att ha en upplösningskraft som är 10 gånger större än NASAs berömda rymdteleskop Hubble. GMT kommer att innehålla en enhet som kallas G-CLEF-spektrografen, som kommer att kunna se molekyler som syre i avlägsna planetära atmosfärer. Slutligen, när det grundbaserade europeiska extremt stora teleskopet (E-ELT) öppnas 2024, kommer det att få mer ljusuppsamlingskraft än alla jordens nuvarande 8-10 meter teleskop i kombination.Astrobiologer räknar med att dessa stora teleskop kommer på nätet mellan nu och 2024 för att identifiera de främsta kandidaterna för att leta efter syre och liv i vårt stellära grannskap.

Även när vi förutser en skatt av atmosfäriska data från dessa uppdrag, upptäcker forskare arter som lever ganska lyckligt utan syre, ljus och andra funktioner som vi trodde var nödvändiga för livet. Dessa upptäckter framhäver hur atmosfäriska biosignaturer som syre är en ofullkomlig, om tantalizing, sätt att leta efter livet långt ifrån. Frågan blir då: Kan det finnas ett annat sätt att leta efter utomjordiskt liv bortom att studera exoplanet atmosfärer?

Idealiskt, för att definitivt identifiera livet på andra världar, skulle vi besöka närliggande planeter som Proxima b, bara 4 ljusår bort, antingen personligen eller med rymdfarkoster. Detta är målet för Breakthrough Starshot-initiativet. Anmälde lite för mer än ett år sedan, Starshots mål är enligt dess grundare att "bokstavligen nå stjärnorna i våra livstider". Planen att uppnå denna prestation innebär att man startar en flotta med mycket små rymdfarkoster. Starshot accelererar sedan dessa båtar till ca 20 procent ljusets hastighet med kraftfulla markbaserade lasrar. Denna strategi bör göra det möjligt för forskare och ingenjörer att slasha den tid, kostnaden och vikten som krävs för att få en närmare titt på planeter runt andra stjärnor, har projektrepresentanter sagt.

"Målet är att flyga en sond väldigt nära en planet och ta reda på om det har liv", säger teorin Avi Loeb, ordförande för Harvard University's astronomiska avdelning. "Vad är planetens färg? Är den grön? Har den vegetation? Är det blått, finns det oceaner? Eller är det ökenliknande?" [Lasersegling till exoplaneter: bilder av genombrottet Starshot Concept]

På konferensen presenterade NASA-ingenjören Ruslan Belikov simuleringar av hur en exoplanet kan se ut från Starshots synvinkel. Även om hantverket rörde sig med 90 procent ljusets hastighet, skulle kamerorna ombord fortfarande kunna plocka upp tecken på stora oceaner, moln och landsmassor som en exoplanet kan ha, sade Belikov.

Förhoppningen är att en dag, genom att kombinera laseracceleration av dessa väldigt små båtar med kameror och andra sensorer, kan vi äntligen ta en förstahandsvisning på planetplaner som cirklar i närheten av stjärnor och därmed kanske definitivt hitta livet på andra håll i universum. Genom att kombinera data från vår nya generation av mycket stora teleskop med atmosfäriska observationer av närliggande exoplaneter runt M-dvärgar kan vi hjälpa oss att välja de bästa målen för små Starshot-båtar att flyga genom.

"Vi kommer att bli den generation som kommer ihåg för att hitta exoplaneter. Det är ett faktum," sade López-Morales. "Ska vi också vara den generation som kommer att komma ihåg som de första som fann livet på dessa planeter?"

Det skulle verkligen vara ett livs genombrott.