I decennier har forskare trott att det kan finnas liv under den iskalla ytan av Jupiters mån Europa. Sedan den tiden har flera bevislinjer framkommit som antyder att det inte är ensamt. I solsystemet finns det faktiskt många "havsvärldar" som potentiellt kan vara värd för livet, inklusive Ceres, Ganymede, Enceladus, Titan, Dione, Triton och kanske till och med Pluto.
Men vad händer om elementen för livet som vi känner det inte är tillräckligt många i dessa världar? I en ny studie försökte två forskare från Harvard Smithsonian Center of Astrophysics (CfA) bestämma om det i själva verket kan finnas en brist på bioessentiella element i havsvärlden. Deras slutsatser kan ha omfattande konsekvenser för existensen av liv i solsystemet och därefter, för att inte tala om vår förmåga att studera det.
Studien, med titeln "Undertrycks utomjordiskt liv på havsvärlden på grund av att det är viktigt med bioessentiella element?" nyligen dykt upp online. Studien leddes av Manasvi Lingam, en postdoktor vid Institute for Theory and Computation (ITC) vid Harvard University och CfA, med stöd av Abraham Loeb - chef för ITC och Frank B. Baird, Jr. Professor of Science vid Harvard.
I tidigare studier har frågor om månens och andra planets brukbarhet tenderat att fokusera på förekomsten av vatten. Detta har varit sant när det gäller studiet av planeter och månar inom solsystemet, och särskilt sant när det gäller studien av extra-solplaneter. När de har hittat nya exoplaneter har astronomer varit uppmärksamma på huruvida den aktuella planeten kretsar inom sin stjärns bebodda zon eller inte.
Detta är nyckeln till att avgöra om planeten kan stödja flytande vatten på ytan eller inte. Dessutom har astronomer försökt att få spektra från runt klippiga exoplaneter för att avgöra om vattenförlust äger rum från dess atmosfär, vilket bevisas av närvaron av vätgas. Samtidigt har andra studier försökt bestämma närvaron av energikällor, eftersom detta också är viktigt för livet som vi känner till det.
Däremot betraktade Dr. Lingam och prof. Loeb hur livet på havsplaneter kan vara beroende av tillgången på begränsande näringsämnen (LN). Under en tid har det varit en betydande debatt om vilka näringsämnen som skulle vara viktiga för utomjordisk liv, eftersom dessa element kan variera från plats till plats och över tidsskalor. Som Lingam berättade för Space Magazine via e-post:
”Den mest allmänt accepterade listan över nödvändiga element som vi känner till består av väte, syre, kol, kväve och svavel. Dessutom kan vissa spårmetaller (t.ex. järn och molybden) också vara värdefulla för livet som vi känner till det, men listan över bioessentiella spårmetaller är föremål för en högre grad av osäkerhet och variation. "
För deras ändamål skapade Dr. Loeb en modell som använde Jordens hav för att bestämma hur källorna och sjunkerna - dvs faktorerna som lägger till eller tappar LN-element i oceanerna respektive - kan likna dem på havsvärlden. På jorden inkluderar källorna till dessa näringsämnen fluvial (från floder), atmosfäriska och glaciala källor, med energi som tillhandahålls av solljus.
Av dessa näringsämnen bestämde de att det viktigaste skulle vara fosfor, och undersökte hur rikligt detta och andra element kunde vara på havsvärldar, där förhållandena var väldigt olika. Som Dr. Lingam förklarade, är det rimligt att anta att livets potentiella existens på dessa världar också skulle komma till en balans mellan nettoinflödet (källor) och nettoutflödet (sänkor).
”Om sänkorna är mycket mer dominerande än källorna, kan det indikera att elementen skulle tappas relativt snabbt. För att beräkna storleken på källorna och sänkorna tog vi på vår kunskap om jorden och kopplade den till andra grundläggande parametrar för dessa havsvärlder, såsom havets pH, världens storlek etc. känd från observationer / teoretiska modeller. ”
Medan atmosfäriska källor inte skulle vara tillgängliga för inre hav, betraktade Dr. Loeb bidraget från hydrotermiska ventiler. Redan finns det rikligt med bevis på att dessa finns i Europa, Enceladus och andra havsvärldar. De betraktade också abiotiska källor, som består av mineraler som lakats ut från stenar av regn på jorden, men skulle bestå av förvitring av stenar från dessa måners inre hav.
I slutändan, vad de fann var att till skillnad från vatten och energi kan begränsande näringsämnen vara i begränsad utbud när det gäller havsvärldar i vårt solsystem:
"Vi fann att enligt antagandena i vår modell är fosfor, som är ett av de bioessentiella elementen, uttömt över snabba tidsskalor (enligt geologiska standarder) på havsvärldar vars hav är neutrala eller alkaliska till sin natur och som har hydrotermisk aktivitet (dvs. hydrotermiska ventilationssystem vid havsbotten). Därför antyder vårt arbete att livet kan finnas i låga koncentrationer globalt i dessa havsvärldar (eller endast vara närvarande i lokala lappar), och därför kanske inte är lätt att upptäcka. ”
Detta har naturligtvis konsekvenser för uppdrag avsedda för Europa och andra månar i det yttre solsystemet. Dessa inkluderar NASAEuropa Clipper uppdrag, som för närvarande är planerat att sjösättas mellan 2022 och 2025. Genom en serie av flybys från Europa kommer denna sond att försöka mäta biomarkörer i plumaktiviteten som kommer från månens yta.
Liknande uppdrag har föreslagits för Enceladus och NASA överväger också ett "Dragonfly" -uppdrag för att utforska Titans atmosfär, yt- och metansjöar. Men om Dr. Loebs studie är korrekt, är chansen att dessa uppdrag hittar några tecken på liv i en havvärld i solsystemet ganska smala. Som Lingam antydde tror de ändå att sådana uppdrag borde monteras.
"Även om vår modell förutspår att framtida rymduppdrag till dessa världar kan ha låga chanser att lyckas när det gäller att upptäcka utomjordiskt liv, tror vi att sådana uppdrag fortfarande är värda att drivas," sade han. "Detta beror på att de kommer att erbjuda en utmärkt möjlighet att: (i) testa och / eller förfalska de viktigaste förutsägelserna för vår modell, och (ii) samla in mer data och förbättra vår förståelse för havsvärlden och deras biogeokemiska cykler."
Som professor Loeb antydde via e-post fokuserade dessutom denna studie på ”livet som vi känner till det”. Om ett uppdrag till dessa världar hittade källor till utomjordiskt liv, skulle det indikera att livet kan uppstå från förhållanden och element som vi inte känner till. Som sådan är utforskningen av Europa och andra havsvärlder inte bara tillrådlig utan också nödvändig.
"Vårt papper visar att element som är viktiga för" kemi-i-liv-som-vi-vet-det ", såsom fosfor, är uttömda i havets underjordiska mark," sade han. ”Som ett resultat skulle livet vara utmanande i de hav som man misstänker existera under ytan av Europa eller Enceladus. Om framtida uppdrag bekräftar den uttömda fosfornivån men ändå hittar liv i dessa hav, skulle vi veta om en ny kemisk väg för andra liv än den på jorden. ”
I slutändan tvingas forskare att ta "låghängande frukt" -metoden när det gäller att söka efter liv i universum. Till dess att vi hittar liv bortom jorden kommer alla våra utbildade gissningar att baseras på livet som det existerar här. Jag kan inte tänka mig ett bättre skäl att komma ut där och utforska universum än detta!
