Rani razvoj divovskih teleskopa rijetko je samo znanost. U igri su interesi, prioriteti i novac: svaka skupina želi da se u projekt ugrade njezini zahtjevi, dok oni koji kontroliraju proračun pokušavaju zadržati cijenu pod nadzorom. U prvim fazama zato nastaju stručni dokumenti koji opisuju što opservatorij mora moći i kakvu instrumentaciju treba da bi se zadani ciljevi uopće mogli ostvariti.
Jedan takav dokument nedavno je objavila “Living Worlds Working Group“, skupina koja definira zahtjeve za Opservatorij Habitable Worlds (HWO), budući teleskop za potragu za egzoplanetima koji je još u ranoj fazi razvoja. U radu dostupnom na otvorenom serveru arXiv autori naglašavaju da opservatorij, želi li ispuniti ciljeve postavljene u desetogodišnjem pregledu znanstvenih prioriteta koji je pozvao na njegovu izgradnju, mora imati instrumente s iznimno visokim omjerom signal-šum i pokriti vrlo širok raspon valnih duljina.
Razlog je vrlo konkretan: HWO je zamišljen kao instrument za izravno snimanje egzoplaneta, što se razlikuje od pristupa kojim se često služi svemirski teleskop James Webb (JWST). JWST u mnogim promatranjima proučava planetarne tranzite, trenutke kada planet prolazi ispred svoje zvijezde, kako bi se iz promjena u svjetlu zaključivalo o atmosferi. HWO bi, naprotiv, koristio koronograf, tehnologiju koja blokira svjetlost matične zvijezde i omogućuje izravno snimanje planeta. Time bi se, uz dovoljno dobar omjer signal-šum, moglo promatrati ne samo atmosferu nego i dijelove površine.
“Crveni rub vegetacije” i tragovi fotosinteze
Što se na površini uopće traži? U daljinskim opažanjima postoji dobro poznat spektroskopski potpis nazvan “crveni rub vegetacije” (“Vegetation Red Edge”). Temelji se na tome da biljke apsorbiraju crvenu svjetlost, a snažno reflektiraju blisku infracrvenu kako se ne bi pregrijale. U spektru se to očituje kao nagla promjena na granici između crvene i bliske infracrvene. Takav se potpis, međutim, može pouzdano uočiti samo ako instrumenti obuhvaćaju i vidljivi i bliski infracrveni dio spektra.
Autori ističu da “crveni rub vegetacije” nije jedini mogući biološki trag. Kao zanimljiv primjer navode scenarij iz ranije povijesti života na Zemlji povezan s fotosintezom pomoću bakterijskih klorofila (bacteriochlorophylls) i tzv. ljubičastih anoksigenih fototrofa (purple anoxygenic phototrophs). Prema opisu u radu, ti rani organizmi koristili su retinalne pigmente, slične onima u našem vidnom proteinu, kako bi apsorbirali zeleno svjetlo za fotosintezu, dok su istodobno reflektirali crveno i plavo. Zbog toga bi izdaleka mogli djelovati ljubičasto.
Njihovi potomci postoje i danas, ponajprije kao halobakterije (Halobacteria), poznate po tome da u slanim ravnicama mogu obojiti vodu u intenzivnu ljubičastu ili ružičastu. Za dizajn HWO-a ključan je podatak da ti organizmi apsorbiraju svjetlost duboko u infracrvenom području. Kad bi opservatorij promatrao samo vidljivi dio spektra, u potpunosti bi propustio signale ove razvojne faze života na Zemlji, za koju znanstvenici smatraju da je mogla potrajati gotovo 1,5 milijardi godina.
“Zeleni ocean” i neživi signali koji oponašaju život
Nakon “ljubičaste” faze, na Zemlji dominira klorofil, a biljni pokrov bio bi najprepoznatljiviji upravo kroz “crveni rub vegetacije”. No u radu se navodi i novija ideja koja objašnjava kako bi se zelena boja na površini egzoplaneta mogla pojaviti i bez kopnenih biljaka: hipoteza “zelenog oceana”.
Prema toj teoriji, između 4 i 2,5 milijardi godina prije sadašnjosti hidrotermalni izvori izbacivali su velike količine ferroznog željeza u oceane. To je željezo apsorbiralo plavu i crvenu svjetlost, a reflektiralo zelenu, pa su oceani mogli izgledati zeleni. Cijanobakterije, među dominantnim oblicima života tog doba, zatim su razvile pigmente zvane fikobilini (phycobilins) kako bi iskoristile zeleno svjetlo koje je ocean reflektirao. Iz velike udaljenosti takav bi signal mogao nalikovati biljkama, pa bi bilo teško razlikovati biljni pokrov od oceana prekrivenih cijanobakterijama, iako oba scenarija upućuju na život.
Autori pritom upozoravaju da postoje i neživi procesi koji mogu dati slične potpise. Željezni oksid prepoznatljiv je po tzv. “crvenom nagibu” (“red slope”), gdje “hrđa” snažno reflektira crvenu svjetlost. S instrumentima niske rezolucije taj signal može izgledati vrlo slično “crvenom rubu vegetacije”, pa je jedan od ključnih inženjerskih ciljeva postići dovoljno visoku rezoluciju da se, primjerice, svijet sličan Marsu može razlikovati od planeta prekrivenog biljkama.
U radu se spominje i još jedan neživi “imitator” u daljinskoj spektroskopiji: cinabarit. On ima snažan “rub” na 600 nm, dok je karakteristični rub vegetacije na 700 nm. Iako se navodi da cinabarit možda ne bi bio čest na potencijalno nastanjivim svjetovima, HWO će morati razlikovati oštre spektralne linije vegetacije od oštrih linija ove beživotne stijene.
Slična napomena odnosi se i na elementarni sumpor, koji ima svoj “rub” između 450 i 500 nm. Taj je potpis lakše razlikovati od vegetacije, no autori ističu da bi instrumentacija niske rezolucije mogla pobrkati neku kombinaciju sumpora i cinabarita s nečim biološkim.
Zaključak “Living Worlds Working Group” očekivan je, ali praktično presudan: HWO bi trebao imati što višu rezoluciju kroz što širi raspon valnih duljina. Hoće li budžetski odbor prihvatiti cijenu takvih zahtjeva, ostaje otvoreno pitanje. U kontekstu nedavnih rezova u istaknutim NASA-inim programima autori napominju da to ne djeluje osobito izgledno. No cilj je jasan: kad jednom bude operativan, HWO bi trebao moći razlikovati “zeleni ocean”, “ljubičaste” bakterije, šumski pokrov i velike količine cinabarita, bez da geologiju zamijeni za život.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
