Kisik više nije dovoljan trag u lovu na izvanzemaljski život

Kisik u atmosferi dalekog planeta dugo se smatrao jednim od najsnažnijih mogućih tragova života. Na Zemlji ga u velikim količinama održavaju upravo živi organizmi, pa je logika bila jednostavna: pronađe li se sličan signal drugdje, možda smo naišli na još jedan naseljeni svijet. No nova analiza pokazuje da stvar može biti mnogo varljivija. I planet bez života, ako je riječ o suhom stjenovitom tijelu pod pravim uvjetima, može ostaviti dojam biološki aktivnog svijeta.

Na to upozorava rad Margaret Turcotte Seavey i njezinih suradnika iz više američkih institucija, među njima NASA-ina centra Goddard Space Flight Center i Sveučilišta Johns Hopkins. Glavna poruka rada nije da kisik treba prestati promatrati kao važan trag, nego da ga više nije dovoljno gledati odvojeno od ostatka atmosfere. Osobito je važno postoji li uz njega i vodena para.

Upravo se u tom detalju krije razlika između prividno obećavajućeg signala i doista zanimljivog kandidata u potrazi za izvanzemaljskim životom.

Kako nastaje pogrešan trag

Autori se nadovezuju na utjecajan rad Petera Gaoa i suradnika iz 2015. godine, objavljen u časopisu The Astrophysical Journal, koji je pokazao da planeti bez vode oko zvijezda tipa M, odnosno crvenih patuljaka, mogu razviti vrlo visoke koncentracije kisika premda u tom procesu nema nikakve biologije.

To je važno jer su crveni patuljci najčešće zvijezde u galaksiji, a ujedno su među najpogodnijima za otkrivanje egzoplaneta. Uz to, mnogi planeti oko takvih zvijezda vjerojatno imaju atmosfere bogate ugljikovim dioksidom, a upravo on igra ključnu ulogu u stvaranju takvog lažnog signala.

Prema scenariju opisanom u radu iz 2015., snažno ultraljubičasto zračenje zvijezde može razbijati molekule ugljikova dioksida procesom fotolize. Pritom nastaju ugljikov monoksid i kisik, pa atmosfera s vremenom može početi nalikovati onoj kakvu bismo inače povezali sa živim svijetom. Problem je u tome što je taj kisik nastao bez ikakva sudjelovanja života.

Nova analiza krenula je upravo od tog pitanja, ali je u jednadžbu uvela sastojak koji bitno mijenja ishod: vodu. Istraživače je zanimalo što se događa kada se u takav tip atmosfere doda i vodena para, makar u manjim količinama.

Voda mijenja tumačenje kisika

Za simulacije su upotrijebili složen fotokemijsko-klimatski model Atmos. U njemu su pratili stjenoviti planet veličine Marsa s atmosferom od jednog bara ugljikova dioksida u orbiti oko crvenog patuljka, pri čemu su mijenjali samo količinu vodene pare.

Rezultat je bio jasan: prisutnost vode snažno ograničava nakupljanje kisika. U svim ispitivanim scenarijima njegov najveći udio dosegnuo je tek 2,7 posto. To je oko deset puta manje od razina opisanih u radu iz 2015., ali i oko deset puta manje od udjela kisika u Zemljinoj atmosferi.

Objašnjenje leži u kemiji same atmosfere. Isto ultraljubičasto zračenje koje razbija ugljikov dioksid razbija i molekule vode. Pritom nastaju slobodni vodik i hidroksilni radikal, OH, koji zatim pokreće reakcije u kojima se pojedinačni atomi kisika ponovno vežu s ugljikovim monoksidom i stvaraju ugljikov dioksid. Zbog toga se slobodni kisik ne može nakupljati do razina koje bi atmosferi dale varljiv biološki potpis.

Zbog toga bi kombinacija povišenog kisika i vodene pare u atmosferi egzoplaneta mogla biti znatno uvjerljiviji trag bioloških procesa nego sam kisik. Zemlja je, u tom smislu, najbolji poznati primjer svijeta na kojem ta kombinacija doista prati život.

To je važna poruka za buduće misije poput opservatorija Habitable Worlds i teleskopa LIFE, koji bi trebali detaljnije proučavati atmosfere stjenovitih egzoplaneta. Želimo li jednoga dana s dovoljno sigurnosti ustvrditi da smo otkrili život izvan Sunčeva sustava, neće biti dovoljno uočiti samo jedan plin. Morat ćemo razumjeti cijelu kemijsku sliku planeta i razlikovati stvarni trag života od uvjerljive, ali nežive imitacije.