Një model i ri ndihmon përcaktimin e planetëve të largët që mund të mbajnë jetë

Kërkimi për jetë përtej Tokës është një motiv kryesor i astronomisë moderne dhe shkencës planetare. SHBA po ndërton disa teleskopë kryesorë dhe probe planetare për të avancuar këtë kërkim. Megjithatë, shenjat e jetës – të quajtura biosignature – që shkencëtarët mund të gjejnë do të jenë të vështira për t’u interpretuar. Gjetja e vendit ku duhet të kërkohet gjithashtu mbetet sfiduese.

Unë jam një astrophysikant dhe astrobiolog me mbi 20 vjet përvojë në studimin e planetëve jashtë sistemit tonë diellor – të cilët janë planetë jashtë sistemit tonë diellor.

Shokët e mi dhe unë kemi zhvilluar një qasje të re që do të identifikojë planetët ose hënat më interesante për të kërkuar për jetë dhe të ndihmojë në interpretimin e biosignature-ve të mundshme. Ne e bëjmë këtë duke modeluar se si organizmat e ndryshëm mund të përballen në mjedise të ndryshme, duke u bazuar në studimet mbi kufijtë e jetës në Tokë.

Teleskopë të rinj për të kërkuar për jetë

Astronomët po zhvillojnë plane dhe teknologji për teleskopë hapësinore gjithnjë e më të fuqishëm. Për shembull, NASA po punon për Observatorin e Botëve të Banueshme, i cili do të merrte imazhe shumë të qarta që tregojnë drejtpërdrejt planetët që rrotullohen rreth yjeve të afërta.

Unë dhe kolegët e mi po zhvillojmë një koncept tjetër, konstelacionin e teleskopëve hapësinor Nautilus, i cili është projektuar për të studiuar qindra planeta potencialisht të ngjashme me Tokën ndërsa kalojnë përpara yjeve të tyre pritës.

Këta dhe teleskopët e tjerë të ardhshëm synojnë të ofrojnë studime më të ndjeshme të botëve më të huaja. Zhvillimi i tyre ngre dy pyetje të rëndësishme: “Ku të shikojmë?” dhe “A janë mjediset ku mendojmë se shohim shenja të jetës në të vërtetë të banueshme?”

Këto pretend të shumëdiskutuara për shenjat potenciale shenjat e jetës në jashtplanet K2-18b, të shpallura në prill 2025, dhe pretendimet e ngjashme të mëparshme në Venusi, tregojnë se sa e vështirë është të identifikosh në mënyrë përfundimtare prezencën e jetës nga të dhënat e sensorëve të largët.

Kur është një botë jashtëtokësore e banueshme?

Oxford Languages përcakton “banueshmërinë” si “të përshtatshme ose të mjaftueshme për të jetuar në të.” Por si e dinë shkencëtarët se çfarë është “e mjaftueshme për të jetuar” për organizmat jashtëtokësorë? A mund të kërcenin mikrobet jashtëtokësorë në liqene me acid të vlojshëm ose metan të ftohtë, ose të lundrojnë në pika uji në atmosferën e sipërme të Venusi?

Për ta thjeshtuar, mantra e NASA-s ka qenë “ndjek ujëin.” Kjo ka kuptim – ujë është thelbësor për të gjitha jetët e Tokës që ne njohim. Një planet me ujë të lëngshëm gjithashtu do të kishte një mjedis të butë. Nuk do të ishte aq i ftohtë sa të ngadalësonte reaksionet kimike, as nuk do të ishte aq i nxehtë sa të shkatërronte molekulat komplekse të nevojshme për jetë.

Megjithatë, me aftësitë në rritje të astronomëve për të karakterizuar botët jashtëtokësore, astrobiologët kanë nevojë për një qasje më shumë kuantitative dhe të nuancuar sesa klasifikimi i thjeshtë ujë ose pa ujë.

Një përpjekje komunitare

Si pjesë e projektit të financuar nga NASA Alien Earths që unë udhëheq, astrobiologu Rory Barnes dhe unë punuam për këtë problem me një grup ekspertësh – astrobiologë, shkencëtarë planetarë, ekspertë të exoplanetave, ekologë, biologë dhe kimistë – të tërhequr nga rrjeti më i madh i studiuesve të exoplanetave dhe astrobiologjisë, Nexus i NASA-s për Shkencën e Sistemeve të Exoplanetave, ose NExSS.

Mbi njëqind kolegë na dhanë ide, dhe dy pyetje u shfaqën shpesh:

Së pari, si e dimë çka nevojitet për jetë, nëse nuk kuptojmë gamën e plotë të jetës jashtë tokës? Shkencëtarët dinë shumë për jetën në Tokë, por shumica e astrobiologëve bien dakord se lloje më ekzotike të jetës – ndoshta të bazuara në kombinime të ndryshme të elementeve kimike dhe solventëve – janë të mundshme. Si e përcaktojmë kushtet që mund të kërkojnë ato lloje të tjera të jetës?

Së dyti, qasja duhet të funksionojë me të dhëna të paplotësuara. Vendndodhjet potenciale për jetë përtej Tokës – “habitatet jashtëtokësore” – janë shumë të vështira për t’u studiuar drejtpërdrejt, dhe shpesh të pamundura për t’u vizituar dhe marrë mostra.

Për shembull, nën sipërfaqen e Marsit mbetet kryesisht jashtë arritjes sonë. Vende si hëna e Jupiterit Europa dhe Hëna e Saturnit Enceladus dhe të gjitha planetet jashtë sistemit tonë diellor mbeten praktikisht të paarritshme. Shkencëtarët i studiojnë ato indirekt, shpesh duke përdorur vetëm vëzhgime të largëta. Këto matje nuk mund t’ju tregojnë sa shumë do të tregonin mostrat e vërteta.

Për më tepër, matjet shpesh kanë pasiguri. Për shembull, mund të jemi vetëm 88% të sigurt se avulli i ujit është i pranishëm në atmosferën e një planeti jashtë sistemit tonë diellor. Struktura jonë duhet të jetë në gjendje të punojë me sasi të vogla të të dhënave dhe të përballojë pasiguri. Dhe, duhet të pranojmë se përgjigjet shpesh nuk do të jenë të bardha ose të zeza.

Një qasje e re për banueshmërinë

Qasja e re, e quajtur korniza kuantitative e banueshmërisë, ka dy karakteristika dalluese:

Së pari, ne u larguam nga përpjekja për të dhënë përgjigjen e paqartë “banueshmëria për jetë” dhe e kufizuam atë në një pyetje më specifike dhe praktikisht të përgjigjeshme: A do të lejonin kushtet në habitat – ashtu si i dimë – një specie ose ekosistem të veçantë (të njohur ose të panjohur ende) të mbijetojë?

Edhe në Tokë, organizmat kërkojnë kushte të ndryshme për të mbijetuar – nuk ka kamila në Antarktik. Duke folur për organizma të veçantë, bëmë që pyetja të jetë më e lehtë për t’u përgjigjur.

Së pari, kuadri kvantitativ i banueshmërisë nuk insistojnë në përgjigje të bardhë ose të zi. Ai krahasohet modelet kompjuterike për të llogaritur një përgjigje probabilistike. Në vend që të supozojmë se uji i lëngshëm është një faktor kyç kufizues, ne krahasojmë kuptimin tonë për kushtet që një organizëm kërkon (modeli “organizëm”) me kuptimin tonë për kushtet që janë prezent në mjedis (modeli “habitat”).

Të dy kanë pasiguri. Kuptimi ynë për secilin mund të jetë i paplotë. Megjithatë, ne mund t’i trajtojmë pasiguritë matematikisht. Duke krahasuar të dy modelet, ne mund të përcaktojmë probabilitetin që një organizëm dhe një habitat janë të përshtatshëm për njëri-tjetrin.

Si një shembull i thjeshtë, modeli ynë i habitatit për Antarktidën mund të thotë se temperaturat shpesh janë nën ngrirje. Dhe modeli ynë i organizmit për një kamelë mund të thotë se ajo nuk mbijeton shumë gjatë në temperatura të ftohta. Pa surprizë, ne do të parashikonim me të drejtë një probabilitet afër zeros që Antarktida është një habitat i mirë për kamelat.

Na ishte shumë kënaqësi të punonim në këtë projekt. Për të studiuar kufijtë e jetës, mblodhëm të dhëna nga literatura mbi organizmat ekstremë, nga insektet që jetojnë në Himalaja në lartësi të mëdha dhe temperatura të ulëta deri te mikroorganizmat që lulëzojnë në shpërthimet hidrotermale në fund të detit dhe ushqehen me energji kimike.

Ne eksploruam, përmes modeleve tona, nëse ata mund të mbijetojnë në nën sipërfaqen e Marsit ose në oqeanet e Europës. Gjithashtu, kemi hetuar nëse bakteret detare që prodhojnë oksigjen në oqeanet e Tokës mund të mbijetojnë potencialisht në planetet e njohura jashtëtokësore.

Edhe pse gjithëpërfshirëse dhe e detajuar, kjo qasje bën thjeshtime të rëndësishme. Për shembull, ajo ende nuk modelon se si jeta mund të formësojë planetin, as nuk merr parasysh gamën e plotë të lëndëve ushqyese që organizmat mund të kenë nevojë. Këto thjeshtime janë në mënyrë të qëllimshme.

Në shumicën e mjediseve që aktualisht studjojmë, ne dimë shumë pak për kushtet për të përpjekur në mënyrë kuptimplotë për modele të tilla – përveç disa trupave të sistemit diellor, të tilla si Saturni Enceladus.

Korniza kuantitative e zakonshmërisë lejon ekipin tim të përgjigjet në pyetje si nëse astrobiologët mund të jenë të interesuar për një vendndodhje nën sipërfaqe në Mars, duke marrë parasysh të dhënat e disponueshme, ose nëse astronomët duhet të drejtojnë teleskopët e tyre drejt planeti A ose planeti B gjatë kërkimit për jetë. Korniza jonë është në dispozicion si një model kompjuterik me burim të hapur, të cilin astrobiologët tani mund ta përdorin lehtësisht dhe ta zhvillojnë më tej për të ndihmuar me projekte aktuale dhe të ardhshme.

Nëse shkencëtarët zbulojnë një shenjë të mundshme të jetës, kjo qasje mund të ndihmojë në vlerësimin nëse mjedisi ku ajo zbulohet mund të mbështesë në të vërtetë llojin e jetës që çon në shenjen e zbuluar.

Hapat tanë të ardhshëm do të jenë të ndërtimit të një bazë të dhënash të organizmave tokësorë që jetojnë në mjedise ekstreme dhe përfaqësojnë kufijtë e jetës. Për këtë të dhënë, mund të shtojmë gjithashtu modele për jetë të huaj hipotetike. Duke integruar ato në kornizën kuantitative të zakonshmërisë, do të jemi në gjendje të hartojmë skenarë, të interpretojmë të dhëna të reja që vijnë nga botë të tjera dhe të udhëheqim kërkimin për shenja të jetës përtej Tokës – në sistemin tonë diellor dhe përtej tij.