När det gäller jakten på utomjordiskt liv har forskare en tendens att vara lite geocentriska - dvs de letar efter planeter som liknar våra egna. Detta är förståeligt eftersom man ser hur Jorden är den enda planeten som vi känner till som stöder livet. Som resultat har de som söker efter utomjordiskt liv letat efter planeter som är markbundna (steniga) i naturen, som går i deras bostadsområden och har tillräckligt med vatten på ytorna.
Under upptäckten av flera tusen exoplaneter har forskare funnit att många i själva verket kan vara ”vattenvärlder” (planeter där upp till 50% av deras massa är vatten). Detta väcker naturligtvis några frågor, som hur mycket vatten är för mycket, och kan för mycket mark också vara ett problem? För att ta itu med dessa genomförde ett par forskare från Harvard Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) en studie för att bestämma hur förhållandet mellan vatten- och landmassor kan bidra till livet.
Studien - "Beroende av biologisk aktivitet på ytan av fraktion av planeter", som granskas för publicering med The Astronomical Journal- författades av Manasvi Lingam, en postdoktor vid CfA: s Institute for Theory and Computation (ITC), och Abraham Loeb - chef för ITC och Frank B. Baird Jr. Ordförande för vetenskap vid Harvard University.
Till att börja med behandlar Lingam och Loeb frågan om den antropiska principen, som har spelat en viktig roll i astronomi och exoplanetforskning. I korthet säger denna princip att om förhållanden på jorden är lämpliga för att tillgodose livet, måste den finnas för att skapa liv. Denna princip utvidgas till hela universum och argumenterar för att fysikens lagar finns som de gör för att ge upphov till liv.
Ett annat sätt att titta på det är att överväga hur våra bedömningar av Jorden faller in i så kallade ”observationsvaleffekter” - där resultaten påverkas direkt av den typ av metod som är inblandad. I detta fall uppstår effekterna av det faktum att vår sökning efter liv utanför jorden och vårt solsystem kräver att det finns en lämpligt placerad observatör.
I själva verket tenderar vi att anta att förutsättningarna för livet kommer att vara överflödiga i universum eftersom vi är bekanta med dem. Dessa villkor för närvaron av både flytande vatten och landmassor, som var viktiga för uppkomsten av liv som vi känner till det. Som Lingam förklarade till Space Magazine via e-post, är detta ett av de sätt som den antropiska principen kommer upp när man söker efter potentiellt bebodda planeter:
"Det faktum att jordens land- och vattenfraktioner är jämförbara indikerar antropiska selektionseffekter, det vill säga människans uppkomst (eller analoga medvetna observatörer) kan ha underlättats av en lämplig blandning av land och vatten."
Men när man tar upp de många superjordar som har upptäckts i andra stjärnsystem, har statistiska analyser av deras genomsnittliga täthet visat att majoriteten har stora fraktioner av flyktiga ämnen. Ett bra exempel på detta är TRAPPIST-1-systemet, där teoretisk modellering av dess sju jordstorlekar har visat att de kan vara upp till 40-50 viktprocent vatten.
Dessa ”vattenvärldar” skulle därför ha mycket djupa hav och inga landmassor att tala om, vilket kan få drastiska konsekvenser för livets uppkomst. Samtidigt anses planeter som har lite eller inget vatten på ytorna inte vara goda kandidater för livet, med tanke på hur vatten är viktigt för livet som vi känner till det.
"För mycket landmassa är ett problem, eftersom det begränsar mängden ytvatten och därigenom gör de flesta kontinenter mycket torra," sa Lingam. ”Torra ekosystem kännetecknas vanligtvis av låga mängder biomassaproduktion på jorden. Istället, om man tänker på det motsatta scenariot (dvs främst hav), stöter man på ett potentiellt problem med tillgången till fosfor, vilket är ett av de väsentliga elementen för livet som vi känner till. Därför kan detta leda till en flaskhals på mängden biomassa. ”
För att hantera dessa möjligheter gick Lingam och Leob med att analysera hur planeter med för mycket vatten eller landmassa kan påverka utvecklingen av exoplanetbiosfärer. Som Lingam förklarade:
”[W] e utvecklade en enkel modell för att uppskatta vilken del av marken som kommer att vara torr (dvs öknar) och relativt obeboelig. För scenariot med vattendominerade biosfärer blir tillgängligheten av fosfor den begränsande faktorn. Här använde vi en modell utvecklad i ett av våra tidigare artiklar som tar hänsyn till källor och sänkor för fosfor. Vi kombinerade dessa två fall, använde data från jorden som riktmärke och bestämde därmed hur egenskaperna hos en generisk biosfär skulle bero på mängden land och vatten. ”
Vad de fann var att en noggrann balans mellan landmasser och hav (ungefär som vi har här på jorden) är avgörande för uppkomsten av komplexa biosfärer. I kombination med numeriska simuleringar av andra forskare indikerar Lingam och Loebs studie att planeter som Jorden - med dess förhållande mellan hav och landmassa (ungefär 30:70) - troligen är ganska sällsynta. Som Lingam sammanfattade:
”Således är den grundläggande slutsatsen att balansen mellan land- och vattenfraktioner inte kan lutas för mycket på ett eller annat sätt. Vårt arbete visar också att viktiga evolutionshändelser, såsom ökningen av syrgasnivåer och framväxten av tekniska arter, kan påverkas av land-vattenfraktionen, och att det optimala värdet kan ligga nära jordens. ”
Under en tid har astronomer letat efter exoplaneter där jordliknande förhållanden är rådande. Detta är känt som "låghängande frukt" -metoden, där vi försöker hitta liv genom att leta efter biosignaturer som vi förknippar med livet som vi känner till det. Men enligt den senaste studien kan det att hitta sådana platser vara som att leta efter diamanter i grov.
Studiens slutsatser kan också få betydande konsekvenser när det gäller jakten på utomjordisk intelligens, vilket indikerar att det också är ganska ovanligt. Lyckligtvis medger Lingam och Loeb att inte tillräckligt är känt om exoplaneter och deras förhållanden mellan vatten och landmassa för att säga något slutgiltigt.
”Det är dock inte möjligt att förutsäga hur detta påverkar SETI på ett definitivt sätt,” sa Lingam. "Detta beror på att vi ännu inte har ordentliga observationsbegränsningar för land-vattenfraktioner av exoplaneter, och det finns fortfarande många okända i vår nuvarande kunskap om hur tekniska arter (som kan ta del i SETI) utvecklades."
Till slut måste vi vara tålmodiga och vänta på att astronomer ska lära sig mer om extra-solplaneter och deras respektive miljöer. Detta kommer att vara möjligt under de kommande åren tack vare nästa generations teleskop. Dessa inkluderar markbaserade teleskop som ESO: s Extremt stort teleskop (ELT) och rymdbaserade teleskop som James Webb rymdteleskop (JWST) - som är planerade att påbörja verksamheten 2024 respektive 2021.
Med förbättringar av teknik och tusentals exoplaneter som nu är tillgängliga för studier har astronomer börjat byta från upptäckt till karakterisering. Under de kommande åren kommer det vi lär oss om exoplanetatmosfärer att gå långt mot att bevisa eller motbevisa våra teoretiska modeller, hopp och förväntningar. Givet tid kan vi äntligen kunna avgöra hur rikt liv är i vårt universum och vilka former det kan ta.
