Φωσφίνη στην Αφροδίτη:Εξέταση του αμφιλεγόμενου ισχυρισμού βιουπογραφής

Το 2020, οι επιστήμονες εντόπισαν ένα αέριο που ονομάζεται φωσφίνη στην ατμόσφαιρα ενός βραχώδους πλανήτη στο μέγεθος της Γης. Μη γνωρίζοντας κανέναν τρόπο ότι η φωσφίνη θα μπορούσε να παραχθεί παρά μόνο μέσω βιολογικών διεργασιών, «οι επιστήμονες ισχυρίζονται ότι κάτι ζωντανό είναι η μόνη εξήγηση για την πηγή της χημικής ουσίας», οι New York Times αναφέρθηκε. Καθώς τα «αέρια βιουπογραφής» πηγαίνουν, η φωσφίνη έμοιαζε σαν οικιακό τρέξιμο.

Μέχρι που δεν ήταν.

Ο πλανήτης ήταν η Αφροδίτη, και ο ισχυρισμός για μια πιθανή βιουπογραφή στον ουρανό της Αφροδίτης εξακολουθεί να είναι βυθισμένος σε διαμάχες, ακόμη και χρόνια αργότερα. Οι επιστήμονες δεν μπορούν να συμφωνήσουν για το αν υπάρχει καν φωσφίνη εκεί, πόσο μάλλον αν θα ήταν ισχυρή απόδειξη ύπαρξης εξωγήινης βιόσφαιρας στον δίδυμο πλανήτη μας.

Αυτό που αποδείχθηκε ότι ήταν δύσκολο για την Αφροδίτη θα είναι μόνο πιο δύσκολο για εξωπλανήτες που απέχουν πολλά έτη φωτός μακριά.

Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb της NASA (JWST), το οποίο εκτοξεύτηκε το 2021, έχει ήδη μεταδώσει δεδομένα σχετικά με την ατμοσφαιρική σύνθεση ενός μεσαίου μεγέθους εξωπλανήτη με το όνομα K2-18 b που ορισμένοι έχουν ερμηνεύσει - αμφιλεγόμενα - ως πιθανή απόδειξη ζωής. Όμως, ακόμη και όταν οι ελπίδες για ανίχνευση βιουπογραφής εκτινάσσονται, ορισμένοι επιστήμονες αρχίζουν να ρωτούν ανοιχτά εάν τα αέρια στην ατμόσφαιρα ενός εξωπλανήτη θα είναι ποτέ πειστικά στοιχεία για τους εξωγήινους.

Μια σειρά από πρόσφατες εργασίες διερευνούν τις τρομακτικές αβεβαιότητες στην ανίχνευση βιουπογραφής εξωπλανητών. Μια βασική πρόκληση που εντοπίζουν είναι αυτό που αποκαλεί ο φιλόσοφος της επιστήμης Peter Vickers στο Πανεπιστήμιο του Durham το πρόβλημα των ασύλληπτων εναλλακτικών. Με απλά λόγια, πώς μπορούν οι επιστήμονες να είναι σίγουροι ότι έχουν αποκλείσει κάθε πιθανή μη βιολογική εξήγηση για την παρουσία ενός αερίου — ειδικά εφόσον η γεωλογία και η χημεία των εξωπλανητών παραμένουν σχεδόν τόσο μυστηριώδεις όσο η εξωγήινη ζωή;

«Νέες ιδέες διερευνώνται συνεχώς και θα μπορούσε να υπάρχει κάποιος αβιοτικός μηχανισμός για αυτό το φαινόμενο που απλά δεν έχει συλληφθεί ακόμη», είπε ο Vickers. "Αυτό είναι το πρόβλημα των ασύλληπτων εναλλακτικών λύσεων στην αστροβιολογία."

"Είναι λίγο αυτός ο ελέφαντας στο δωμάτιο", είπε ο αστρονόμος Daniel Angerhausen του Ελβετικού Ομοσπονδιακού Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Ζυρίχης, ο οποίος είναι επιστήμονας του έργου στην αποστολή LIFE, ένα προτεινόμενο διαστημικό τηλεσκόπιο που θα αναζητούσε βιουπογραφή αέρια σε εξωπλανήτες που μοιάζουν με τη Γη.

Εάν ή όταν οι επιστήμονες ανιχνεύσουν ένα υποτιθέμενο αέριο βιολογικής υπογραφής σε έναν μακρινό πλανήτη, μπορούν να χρησιμοποιήσουν έναν τύπο που ονομάζεται θεώρημα Bayes για να υπολογίσουν την πιθανότητα ύπαρξης ζωής εκεί με βάση τρεις πιθανότητες. Δύο έχουν να κάνουν με τη βιολογία. Το πρώτο είναι η πιθανότητα να εμφανιστεί ζωή σε αυτόν τον πλανήτη, δεδομένου όλων των άλλων που είναι γνωστά για αυτόν. Το δεύτερο είναι η πιθανότητα ότι, αν υπάρχει ζωή, θα δημιουργούσε τη βιουπογραφή που παρατηρούμε. Και οι δύο παράγοντες φέρουν σημαντικές αβεβαιότητες, σύμφωνα με τους αστροβιολόγους Cole Mathis του κρατικού πανεπιστημίου της Αριζόνα και τον Harrison Smith του Earth-Life Science Institute του Τεχνολογικού Ινστιτούτου του Τόκιο, οι οποίοι διερεύνησαν αυτού του είδους τη συλλογιστική σε μια εργασία το περασμένο φθινόπωρο.

Samuel Velasco/Quanta Magazine

Ο τρίτος παράγοντας είναι η πιθανότητα ένας άψυχος πλανήτης να παράγει το παρατηρούμενο σήμα - μια εξίσου σοβαρή πρόκληση, συνειδητοποιούν τώρα οι ερευνητές, που είναι μπερδεμένη στο πρόβλημα των ασύλληπτων αβιοτικών εναλλακτικών λύσεων.

«Αυτή είναι η πιθανότητα που υποστηρίζουμε ότι δεν μπορείτε να συμπληρώσετε υπεύθυνα», είπε ο Vickers. "Θα μπορούσε σχεδόν να κυμαίνεται από το μηδέν έως το 1."

Εξετάστε την περίπτωση του K2-18 b, ενός «μίνι-Ποσειδώνα» που είναι ενδιάμεσου μεγέθους μεταξύ Γης και Ποσειδώνα. Το 2023, τα δεδομένα του JWST αποκάλυψαν ένα στατιστικά ασθενή σημάδι διμεθυλοσουλφιδίου (DMS) στην ατμόσφαιρά του. Στη Γη, το DMS παράγεται από θαλάσσιους οργανισμούς. Οι ερευνητές που το εντόπισαν δοκιμαστικά στο K2-18 b ερμήνευσαν τα άλλα αέρια που ανακαλύφθηκαν στον ουρανό του ότι ο πλανήτης είναι ένας «υδάτινος κόσμος» με κατοικήσιμη επιφάνεια ωκεανό, υποστηρίζοντας τη θεωρία τους ότι το DMS εκεί προέρχεται από τη θαλάσσια ζωή. Αλλά άλλοι επιστήμονες ερμηνεύουν τις ίδιες παρατηρήσεις ως απόδειξη μιας αφιλόξενης, αέριας πλανητικής σύνθεσης που μοιάζει περισσότερο με αυτή του Ποσειδώνα.

Ασύλληπτες εναλλακτικές έχουν ήδη αναγκάσει τους αστροβιολόγους πολλές φορές να αναθεωρήσουν τις ιδέες τους σχετικά με το τι κάνει μια καλή βιουπογραφή. Όταν ανιχνεύθηκε η φωσφίνη στην Αφροδίτη, οι επιστήμονες δεν γνώριζαν τρόπους με τους οποίους θα μπορούσε να παραχθεί σε έναν άψυχο βραχώδη κόσμο. Από τότε, έχουν εντοπίσει αρκετές εφικτές αβιοτικές πηγές του αερίου. Ένα σενάριο είναι ότι τα ηφαίστεια απελευθερώνουν χημικές ενώσεις που ονομάζονται φωσφίδια, τα οποία θα μπορούσαν να αντιδράσουν με το διοξείδιο του θείου στην ατμόσφαιρα της Αφροδίτης για να σχηματίσουν φωσφίνη - μια εύλογη εξήγηση δεδομένου ότι οι επιστήμονες έχουν βρει στοιχεία ενεργού ηφαιστείου στον δίδυμο πλανήτη μας. Ομοίως, το οξυγόνο θεωρούνταν αέριο βιολογικής υπογραφής μέχρι τη δεκαετία του 2010, όταν ερευνητές, συμπεριλαμβανομένης της Victoria Meadows στο Εικονικό Πλανητικό Εργαστήριο του Ινστιτούτου Αστροβιολογίας της NASA, άρχισαν να βρίσκουν τρόπους με τους οποίους οι βραχώδεις πλανήτες θα μπορούσαν να συσσωρεύουν οξυγόνο χωρίς βιόσφαιρα. Για παράδειγμα, το οξυγόνο μπορεί να σχηματιστεί από το διοξείδιο του θείου, το οποίο αφθονεί σε κόσμους τόσο διαφορετικούς όσο η Αφροδίτη και η Ευρώπη.

Σήμερα, οι αστροβιολόγοι έχουν εγκαταλείψει σε μεγάλο βαθμό την ιδέα ότι ένα μεμονωμένο αέριο θα μπορούσε να είναι μια βιουπογραφή. Αντίθετα, επικεντρώνονται στον εντοπισμό «συνόλων» ή σε ομάδες αερίων που δεν θα μπορούσαν να συνυπάρξουν χωρίς ζωή. Αν κάτι μπορεί να ονομαστεί η σημερινή βιουπογραφή χρυσού προτύπου, είναι ο συνδυασμός οξυγόνου και μεθανίου. Το μεθάνιο αποικοδομείται γρήγορα σε πλούσιες σε οξυγόνο ατμόσφαιρες. Στη Γη, τα δύο αέρια συνυπάρχουν μόνο επειδή η βιόσφαιρα τα αναπληρώνει συνεχώς.

Μέχρι στιγμής, οι επιστήμονες δεν έχουν καταφέρει να βρουν μια αβιοτική εξήγηση για τις βιουπογραφές οξυγόνου-μεθανίου. Αλλά οι Vickers, Smith και Mathis αμφιβάλλουν ότι αυτό το συγκεκριμένο ζευγάρι - ή ίσως οποιοδήποτε μείγμα αερίων - θα είναι ποτέ πειστικό. «Δεν υπάρχει τρόπος να είμαστε σίγουροι ότι αυτό που κοιτάμε είναι στην πραγματικότητα συνέπεια ζωής, σε αντίθεση με συνέπεια κάποιας άγνωστης γεωχημικής διαδικασίας», είπε ο Smith.

"Το JWST δεν είναι ανιχνευτής ζωής. Είναι ένα τηλεσκόπιο που μπορεί να μας πει ποια αέρια υπάρχουν στην ατμόσφαιρα ενός πλανήτη", είπε ο Mathis.

Η Sarah Rugheimer, μια αστροβιολόγος στο Πανεπιστήμιο του York που μελετά τις ατμόσφαιρες των εξωπλανητών, είναι πιο αισιόδοξη. Ψάχνει ενεργά σε εναλλακτικές αβιοτικές εξηγήσεις για βιουπογραφές συνόλου όπως το οξυγόνο και το μεθάνιο. Ωστόσο, λέει, "Θα άνοιγα ένα μπουκάλι σαμπάνιας —πολύ ακριβή σαμπάνια —αν βλέπαμε οξυγόνο, μεθάνιο και νερό και CO2" σε έναν εξωπλανήτη.

Το να ρίχνεις ποτά πάνω από ένα συναρπαστικό αποτέλεσμα σε ιδιωτικό επίπεδο είναι, φυσικά, διαφορετικό από το να λες στον κόσμο ότι έχουν βρει εξωγήινους.

Ο Rugheimer και οι άλλοι ερευνητές που μίλησαν στο Quanta γιατί αυτή η ιστορία αναρωτιέται πώς να μιλήσει καλύτερα δημόσια για την αβεβαιότητα γύρω από τις βιουπογραφές - και αναρωτιούνται πώς οι αλλαγές στην αστροβιολογική γνώμη για μια δεδομένη ανίχνευση θα μπορούσαν να υπονομεύσουν την εμπιστοσύνη του κοινού στην επιστήμη. Δεν είναι μόνοι στην ανησυχία τους. Καθώς το έπος της φωσφίνης της Αφροδίτης οδεύει προς κορύφωση το 2021, οι διαχειριστές και οι επιστήμονες της NASA ικέτευσαν την αστροβιολογική κοινότητα να θεσπίσει σταθερά πρότυπα βεβαιότητας στην ανίχνευση βιουπογραφής. Το 2022, εκατοντάδες αστροβιολόγοι συγκεντρώθηκαν σε ένα εικονικό εργαστήριο για να συζητήσουν το θέμα —αν και δεν υπάρχει ακόμη επίσημο πρότυπο ή ακόμη και ορισμός της βιουπογραφής. "Αυτή τη στιγμή, είμαι πολύ χαρούμενος που όλοι συμφωνήσαμε, πρώτα απ 'όλα, ότι αυτό είναι λίγο πρόβλημα", είπε ο Angerhausen.

Η έρευνα προχωρά παρά την αβεβαιότητα — όπως θα έπρεπε, λέει ο Vickers. Το να τρέχεις σε αδιέξοδα και να πρέπει να κάνεις πίσω είναι φυσικό για ένα νέο πεδίο όπως η αστροβιολογία. «Αυτό είναι κάτι που οι άνθρωποι πρέπει να προσπαθήσουν να κατανοήσουν καλύτερα για το πώς λειτουργεί η επιστήμη συνολικά», είπε ο Smith. "Είναι εντάξει να ενημερώνουμε όσα γνωρίζουμε." Και οι τολμηροί ισχυρισμοί σχετικά με τις βιουπογραφές έχουν έναν τρόπο να ανάβουν φωτιά υπό τους επιστήμονες για να τις παραποιήσουν, λένε οι Smith και Vickers — να κυνηγήσουν ασύλληπτες εναλλακτικές.

«Ακόμα δεν ξέρουμε τι διάολο συμβαίνει στην Αφροδίτη, και έτσι φυσικά αισθανόμαστε απελπιστικά», είπε η αστροφημίστρια Clara Sousa-Silva από το Bard College, ειδικός στη φωσφίνη που βοήθησε στην ανίχνευση της Αφροδίτης. Για αυτήν, το επόμενο βήμα είναι ξεκάθαρο:«Ας σκεφτούμε ξανά την Αφροδίτη». Οι αστρονόμοι πρακτικά αγνόησαν την Αφροδίτη για δεκαετίες. Η διαμάχη για τη βιουπογραφή πυροδότησε νέες προσπάθειες όχι μόνο για την ανακάλυψη αβιοτικών πηγών φωσφίνης που δεν είχαν εξεταστεί στο παρελθόν, αλλά και για την καλύτερη κατανόηση του αδερφού μας πλανήτη από μόνος του. (Τουλάχιστον πέντε αποστολές στην Αφροδίτη έχουν προγραμματιστεί για τις επόμενες δεκαετίες.) "Νομίζω ότι αυτή είναι επίσης η πηγή ελπίδας για τους εξωπλανήτες."