Symulacje Ziemi mogą pomóc w poszukiwaniu życia na innych planetach

Życie na egzoplanetach może pozostawiać ślady w składzie atmosfer, jednak nie wszystkie obserwowane zmiany muszą mieć biologiczne pochodzenie. Naukowcy opracowali model Ziemi, który pozwala przewidzieć, jak zmieniałaby się atmosfera obcego świata bez udziału organizmów. Narzędzie może pomóc odróżnić zmiany wynikające z procesów geologicznych i chemicznych od tych, które mogą być skutkiem aktywności biologicznej.

Model Ziemi bez udziału organizmów żywych

Poszukiwania życia na odległych planetach to intensywnie rozwijająca się dziedzina nauki. Astronomowie skatalogowali dotychczas ponad 6 tys. planet poza Układem Słonecznym i badają atmosfery najbardziej obiecujących światów w poszukiwaniu substancji chemicznych, które mogą być produktami ubocznymi procesów biologicznych. Astrobiolodzy szczególnie interesują się gazowymi otoczkami podobnymi do ziemskiej, które zatrzymują wystarczającą ilość ciepła, aby umożliwić istnienie wody w stanie ciekłym na powierzchni planety. Naukowcy uznają ją za kluczowy czynnik decydujący o tym, czy obcy świat mógłby podtrzymywać życie, jakie znamy.

Naukowcy chcą jednak również odróżnić światy, na których panują warunki sprzyjające życiu, od tych, na których rzeczywiście może ono istnieć. Aby to zrobić, muszą wiedzieć, jakie właściwości atmosfery planety można wyjaśnić bez udziału organizmów żywych. Dzięki temu będą mogli identyfikować globy, których atmosfery wykazują cechy trudne do wyjaśnienia bez uwzględnienia wpływu życia.

W ramach nowego badania naukowcy z University of Washington stworzyli złożony wirtualny model Ziemi, wprowadzając jedną istotną zmianę – całkowicie wykluczyli z niego życie, aby określić taki punkt odniesienia. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „The Planetary Science Journal”.

Astrobiolodzy przeprowadzili symulację procesów geochemicznych zachodzących na Ziemi, obejmującą okres 5 miliardów lat. Model uwzględniał czas od powstania naszej planety, około 4,5 miliarda lat temu, aż po mniej więcej 500 milionów lat w przyszłości. Symulacja odwzorowywała zachodzącą w czasie wymianę substancji chemicznych między jądrem, płaszczem, skorupą, powierzchnią i atmosferą Ziemi. Prawidłowo odtworzyła 19 właściwości naszej planety, w tym przepływ ciepła przez płaszcz Ziemi, ale nie uwzględniała wpływu organizmów żywych na zachodzące procesy.

Jak rozpoznać życie na egzoplanetach?

Badacze wskazują, że symulację można również wykorzystać do przewidywania, jak atmosfera może ewoluować na dowolnej skalistej planecie. Może ona także pomóc w identyfikowaniu potencjalnych śladów życia w atmosferach, których właściwości nie odpowiadają przewidywaniom modelu.

Zdaniem badaczy analizy te mogą również pomóc ustalić, w jaki sposób planety nadające się do zamieszkania, ale pozbawione życia, mogą przypominać światy, na których ono istnieje. Narzędzie to ma również ułatwić interpretowanie obserwacji atmosfer egzoplanet i określanie prawdopodobieństwa, że zaobserwowane właściwości wskazują na obecność życia na ich powierzchni.

Jak opisują astronomowie, na atmosferę planety wpływa wiele czynników niezwiązanych z działalnością organizmów żywych, w tym ciepło i gazy pochodzące z jej wnętrza oraz promieniowanie gwiazdy. Jednocześnie atmosfera jest miejscem, w którym badacze mają nadzieję dostrzec bezpośrednie dowody na istnienie życia.

Istnieje wiele sposobów, w jakie organizmy żywe mogą zmieniać atmosferę. Na Ziemi rośliny i zwierzęta nieustannie uwalniają do niej tlen i metan. Te dwa gazy reagują ze sobą, prowadząc do ich wzajemnego usuwania z atmosfery. Dlatego teoretyczna obca cywilizacja badająca naszą planetę mogłaby przypuszczać, że jakiś proces biologiczny nieustannie uzupełnia zasoby obu substancji.

Symulacje pomogą badać atmosfery innych planet

Takie rozumowanie skłoniło naukowców do rozszerzenia wcześniej istniejących symulacji Ziemi o modelowanie powierzchni i atmosfery. W ten sposób udało się uzyskać pełniejszy obraz przemieszczania się substancji chemicznych między wszystkimi układami naszej planety.

Rezultatem prac był model, który można dostosować do badania dowolnej skalistej egzoplanety wzbudzającej zainteresowanie astrobiologów. Badacze mogą wprowadzić podstawowe informacje o wybranym świecie i uruchomić symulację, aby sprawdzić, czy model jest w stanie odtworzyć obserwowane właściwości jego atmosfery bez uwzględniania wpływu życia. Jeśli wyniki nie będą zgodne z obserwacjami, dana planeta stanie się jeszcze bardziej interesującym obiektem dalszych badań.

Jak podkreślają astrobiolodzy, badanie to stanowi ważny krok w kierunku zrozumienia, gdzie we Wszechświecie może istnieć życie. Opracowany model jednocześnie odtwarza właściwości jądra, płaszcza, powierzchni i atmosfery naszej planety, dzięki czemu jego kalibracja daje badaczom podstawę do prowadzenia dokładnych symulacji egzoplanet. Może on również pomóc w projektowaniu przyszłych teleskopów przeznaczonych do badania odległych światów.

Emil Gołoś