Η ύπαρξη σύνθετης ζωής στο σύμπαν μπορεί να είναι σπανιότερη από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως
«Υπάρχουν δύο πιθανότητες:είτε είμαστε μόνοι στο σύμπαν είτε δεν είμαστε. Και τα δύο είναι εξίσου τρομακτικά». – Arthur C. Clarke
Από τότε που οι άνθρωποι έστρεψαν το συλλογικό τους βλέμμα στους ουρανούς, σκεφτήκαμε το ερώτημα «είμαστε μόνοι στο σύμπαν;» Η ύπαρξη εξωγήινης ζωής αποτελεί εδώ και καιρό θέμα ανθρώπινης φαντασίας και αντικείμενο μεγάλης συζήτησης μεταξύ των επιστημόνων. Οι υποστηρικτές που υποστηρίζουν την ύπαρξη εξωγήινης ζωής συνήθως θεωρούν το τεράστιο μέγεθος του παρατηρήσιμου σύμπαντος ως περισσότερο ή λιγότερο απόδειξη ότι η ζωή υπάρχει αλλού.
Το σύμπαν είναι τόσο μεγάλο και υπάρχει εδώ και τόσο καιρό, λέγεται, που είναι ουσιαστικά εγγυημένο ότι η ζωή υπάρχει αλλού, διακοσμημένη ανάμεσα στα αστέρια σαν οάσεις πολυπλοκότητας στο απέραντο κενό της ερήμου του διαστήματος. Λαμβάνοντας απλώς υπόψη το μέγεθος και τη χρονική κλίμακα του σύμπαντος, φαίνεται σχεδόν βέβαιο ότι οι ακριβείς συνθήκες που προκάλεσαν τη ζωή στη Γη έχουν εμφανιστεί αλλού στο σύμπαν, πιθανώς πολλές φορές.
Γενικά, οι συζητήσεις για την πιθανότητα ύπαρξης εξωγήινης ζωής επικεντρώνονται στην εξέταση της «κατοικήσιμης ζώνης» των πλανητών—το εύρος των αποστάσεων από το μητρικό αστέρι όπου είναι αρκετά ζεστό ώστε να υπάρχει υγρό νερό στην επιφάνεια του πλανήτη. Μέχρι σήμερα, έχουν ανακαλυφθεί πάνω από 3.900 εξωπλανήτες, πολλοί από τους οποίους εμπίπτουν στην παροιμιώδη «ζώνη Goldilocks». περιοχές όπου οι συνθήκες ζωής είναι οι κατάλληλες. Ωστόσο, μια νέα μελέτη μπορεί να απαιτήσει από τους επιστήμονες να επανεξετάσουν τις ιδέες τους σχετικά με το πόσοι από αυτούς τους πλανήτες θα μπορούσαν θεωρητικά να υποστηρίξουν πολύπλοκη ζωή.
Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο The Astrophysics Journal, δείχνει ότι τα τοξικά επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα και άλλων αερίων στις ατμόσφαιρες αυτών των εξωπλανητών περιορίζουν δραστικά το μέγεθος των παραδοσιακά σχεδιασμένων κατοικήσιμων ζωνών έως και 50%, εξαλείφοντάς τα εντελώς σε ορισμένες περιπτώσεις. Η μελέτη φαίνεται να υπονοεί ότι οι συνθήκες για την υποστήριξη της περίπλοκης ζωής δεν μπορούν να υπάρχουν στις περισσότερες περιοχές της κατοικήσιμης ζώνης όπως ορίζεται παραδοσιακά. Χρησιμοποιώντας μοντέλα προσομοίωσης σε υπολογιστή σχηματισμού πλανητικής ατμόσφαιρας και φωτοχημείας, οι επιστήμονες απέδειξαν ότι η ασφαλής ζώνη για πολλούς γνωστούς εξωπλανήτες είναι στην πραγματικότητα περίπου το ένα τρίτο του αρχικά υποτιθέμενου μεγέθους.
Η νέα μελέτη μπορεί να αναγκάσει τους επιστήμονες να αναθεωρήσουν τις αντιλήψεις τους σχετικά με το πότε είναι δυνατή η περίπλοκη ζωή και οδηγεί στο συμπέρασμα ότι η εμφάνιση της ζωής όπως την ξέρουμε μπορεί στην πραγματικότητα να είναι ένα πολύ πιο σπάνιο φαινόμενο από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως.
Κατοικήσιμες ζώνες και σύνθετη ζωή
Παραδοσιακά, η κατοικήσιμη ζώνη που περιβάλλει ένα αστέρι νοείται ως το εύρος των αποστάσεων από το μητρικό αστέρι στο οποίο είναι πιθανό να υπάρχει υγρό νερό στην επιφάνεια, δεδομένης της σωστής ατμοσφαιρικής πίεσης. Το ακριβές εύρος της κατοικήσιμης ζώνης καθορίζεται από την ένταση της ακτινοβολίας του συγκεκριμένου άστρου και τη σύνθεση της ατμόσφαιρας του πλανήτη. Συγκεκριμένα, ο πλανήτης πρέπει να βρίσκεται στη σωστή απόσταση από το αστέρι και να έχει τη σωστή ατμοσφαιρική συγκέντρωση αερίων του θερμοκηπίου για να παγιδεύει θερμότητα στην επιφάνεια και να μην είναι πολύ ζεστός. Το εσωτερικό άκρο της κατοικήσιμης ζώνης ορίζεται ως η περιοχή πριν από την οποία τα αέρια του θερμοκηπίου θα εξατμίσουν το υγρό νερό στην επιφάνεια και το εξωτερικό άκρο της κατοικήσιμης ζώνης ορίζεται ως το σημείο όπου η προσθήκη περισσότερου διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα δεν θα μπορούσε να διατηρήστε τις θερμοκρασίες πάνω από το μηδέν.
Η αναζήτηση για εξωγήινη ζωή βασίζεται σχεδόν πάντα στην ανακάλυψη υγρού νερού, επειδή το νερό είναι απαραίτητο για τη ζωή όπως το ξέρουμε. Γνωρίζουμε επίσης ότι για να υπάρχει πολύπλοκη πολυκυτταρική ζωή με βάση τον άνθρακα πρέπει να υπάρχει οξυγόνο. Υποτίθεται ότι απαιτείται οξυγόνο για τη ζωή, επειδή καμία άλλη γνωστή χημική ουσία δεν είναι ικανή να παράγει τα υψηλά επίπεδα ελεύθερης ενέργειας που κάνει το οξυγόνο κατά την κυτταρική αναπνοή.
Οπότε, βασικά, για να υπάρχει περίπλοκη ζωή σαν τη δική μας σε έναν πλανήτη, φαίνεται ότι οι καθοριστικοί παράγοντες, εκτός από την απόσταση από το μητρικό αστέρι, είναι και τα επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα και οξυγόνου στην ατμόσφαιρα του πλανήτη.
Οι κατοικήσιμες ζώνες για πολύπλοκη ζωή είναι μικρότερες από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως
Και έτσι βρίσκεται το κίνητρο για την υπό εξέταση μελέτη:η επιθυμία να δούμε πώς οι ατμοσφαιρικές συγκεντρώσεις διοξειδίου του άνθρακα και οξυγόνου θα μπορούσαν να επηρεάσουν την ανάπτυξη περίπλοκης ζωής σε έναν πλανήτη εντός της παραδοσιακής κατοικήσιμης ζώνης.
Η ομάδα εξέτασε αρχικά το διοξείδιο του άνθρακα στις προσομοιώσεις της. Όλοι γνωρίζουν ότι το πολύ διοξείδιο του άνθρακα είναι κακό για τον άνθρωπο. Ωστόσο, οι πλανήτες χρειάζονται ένα ορισμένο επίπεδο για να παγιδεύουν αρκετή θερμότητα για να διατηρούν την επιφάνεια σε κατοικήσιμες θερμοκρασίες. Με την εκτίμηση των επιπέδων διοξειδίου του άνθρακα που υπάρχει στην ατμόσφαιρα των εξωπλανητών που βρίσκονται γύρω από ορισμένες κατηγορίες αστεριών, οι ερευνητές θα μπορούσαν να καθορίσουν εάν αυτοί οι πλανήτες θα μπορούσαν να υποστηρίξουν πολύπλοκη ζωή. Αυτές οι προσομοιώσεις έλαβαν επίσης υπόψη τις θεωρητικές συγκεντρώσεις διαλυμένου άνθρακα στη βιόσφαιρα του πλανήτη.
Οι προσομοιώσεις τους δείχνουν ότι, για πλανήτες κοντά στην άκρη της παραδοσιακά καθορισμένης κατοικήσιμης ζώνης, τα ατμοσφαιρικά επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα θα πρέπει να είναι 1000 έως 10.000 φορές μεγαλύτερα από τις υψηλότερες εκτιμώμενες τιμές CO2 συγκεντρώσεις στη Γη τα τελευταία 500 εκατομμύρια χρόνια. Επιπλέον, διαπίστωσαν ότι αυτά τα επίπεδα ήταν σχεδόν 2 τάξεις μεγέθους μεγαλύτερα από τα θανατηφόρα επίπεδα του CO2 για το περισσότερο CO2 ανεκτικοί γνωστοί οργανισμοί.
Ουσιαστικά, αυτά τα αποτελέσματα φαίνεται να υποδηλώνουν ότι υπάρχει ένα σκληρό ανώτατο όριο σχετικά με το πόσο υψηλά επίπεδα CO2 μπορεί να προλάβει να δηλητηριαστεί οποιαδήποτε περίπλοκη ζωή και αυτό το ανώτατο όριο περιορίζει την κατοικήσιμη ζώνη για σχετικά απλή μικροβιακή ζωή όπως βακτήρια και αρχαία κατά σχεδόν 50%. Για πιο σύνθετη ζωή των ζώων, η περιοχή κατοικήσιμων ζωνών συρρικνώνεται σχεδόν στο ένα τρίτο του αρχικού μεγέθους.
Επιπλέον, τα αποτελέσματα εξαλείφουν αποτελεσματικά την κατοικήσιμη ζώνη για ορισμένα αστέρια, συμπεριλαμβανομένων των πλησιέστερων αστρικών γειτόνων μας Proxima Centauri και TRAPPIST-1. Οι χαμηλότερες θερμοκρασίες αυτών των αστεριών εκπέμπουν λιγότερη υπεριώδη ακτινοβολία που μπορεί να οδηγήσει σε υψηλές ατμοσφαιρικές συγκεντρώσεις μονοξειδίου του άνθρακα (CO). Το μονοξείδιο του άνθρακα είναι εξαιρετικά δηλητηριώδες για τη ζωή που βασίζεται στο οξυγόνο, καθώς εμποδίζει τους μηχανισμούς που είναι υπεύθυνοι για την κυτταρική αναπνοή. Αυτά προκύπτουν από τις προσομοιώσεις των ερευνητών υποδηλώνουν ότι οι πλανήτες που βρίσκονται σε τροχιά κοντά στα εσωτερικά όρια άστρων χαμηλότερης θερμοκρασίας θα έχουν επίσης μια ατμόσφαιρα αφιλόξενη για πολύπλοκη ζωή, αν και οι ερευνητές παραδέχονται την πιθανότητα απλής μικροβιακής ζωής σε ατμόσφαιρες πλούσιες σε CO.
Το κύριο σημείο της μελέτης είναι στο πώς δείχνει ότι η κατοικήσιμη ζώνη είναι ένα πολύ στενότερο τμήμα της περιοχής γύρω από ένα αστέρι από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως.
Πού μπορεί λοιπόν να υπάρχει πολύπλοκη ζωή;
Ακόμη και αν υποθέσουμε μια ασυνήθιστα υψηλή ανθεκτικότητα στο CO2 , το εύρος των πιθανών ατμοσφαιρικών συγκεντρώσεων για έναν πλανήτη συρρικνώνει την κατοικήσιμη ζώνη. Σύμφωνα με τη μελέτη, το φυσιολογικό CO2 τα κατώφλια των 0,01, 0,1 και 1 bar αντιστοιχούν σε κατοικήσιμες ζώνες που έχουν πλάτος 21%, 32% και 50% όσο η παραδοσιακά σχεδιασμένη κατοικήσιμη ζώνη. Επιπλέον, οι ερευνητές θεωρούν ότι τα ευρήματά τους αποκλείουν την ύπαρξη σύνθετης ζωής σε οποιονδήποτε πλανήτη που περιστρέφεται γύρω από ένα μητρικό αστέρι με αποτελεσματική θερμοκρασία μικρότερη από 3200 K λόγω του μονοξειδίου του άνθρακα.
Επιπλέον, τα αποτελέσματα θεωρούνται ότι υπονοούν ότι είναι πιο πιθανό να σχηματιστεί σύνθετη ζωή σε πλανήτες που παρουσιάζουν μείωση του CO2 συγκεντρώσεις σε γεωλογική χρονική κλίμακα. Αυτό συμβαίνει γιατί καθώς τα αστέρια μεγαλώνουν, καίγονται πιο ζεστά, φέρνοντας την κατοικήσιμη ζώνη κοντά στο αστέρι. Αυτή η αύξηση της αστρικής φωτεινής έντασης πρέπει να συνδυαστεί με μειωμένα επίπεδα CO2 προκειμένου να διατηρηθούν οι θερμοκρασίες και οι συγκεντρώσεις αερίων που είναι απαραίτητες για πολύπλοκη ζωή.
Το πρακτικό στοιχείο από τη μελέτη είναι ότι τα αποτελέσματα θα πρέπει να κατευθύνουν τη μελλοντική αναζήτηση για εξωγήινη ζωή λαμβάνοντας υπόψη μόνο εκείνους τους πλανήτες στην πολύ πιο περιορισμένη κατοικήσιμη ζώνη. Οι ερευνητές δηλώνουν ότι ελπίζουν τα αποτελέσματά τους να κατευθύνουν περαιτέρω έρευνα από επιστήμονες στο SETI.
Φυσικά, καμία μελέτη δεν είναι χωρίς περιορισμούς. Πρωταρχική μεταξύ αυτών είναι η υπόθεση ότι η περίπλοκη ζωή μπορεί να πάρει μόνο ένα παρόμοιο με τη δική μας. Αν και υπάρχουν καλοί θεωρητικοί λόγοι για να το υποθέσουμε αυτό, είναι άγνωστο εάν μπορεί να υπάρξει πολύπλοκη ζωή με βάση μια βιοχημεία ριζικά διαφορετική από τη δική μας. Είναι πιθανό ορισμένες μορφές σύνθετης ζωής να μην απαιτούν υγρό νερό, άνθρακα ή οξυγόνο, επομένως τυχόν συμπεράσματα που προκύπτουν από τη μελέτη είναι περιορισμένα λόγω της αντίληψης των ερευνητών για το ποιες είναι οι απαραίτητες συνθήκες για πολύπλοκη ζωή.
Οι ερευνητές επισημαίνουν επίσης τους περιορισμούς των 1-D υπολογιστικών μοντέλων τους, επισημαίνοντας την ανάγκη για μελλοντικές τρισδιάστατες προσομοιώσεις των πλανητικών ατμοσφαιρικών συνθηκών. Συγκεκριμένα, πιο σύνθετα μοντέλα μπορούν να εξηγήσουν παράγοντες όπως το μέγεθος της ηπείρου, η ατμοσφαιρική μάζα της επιφάνειας (αντανάκλαση), οι αλληλεπιδράσεις της βαρύτητας και οι τροχιακές παραμέτρους όπως η αξονική κλίση.
Συμπεράσματα:Είναι η Γη Σπάνια;
Οι υποστηρικτές της υπόθεσης της «σπάνιας Γης» ισχυρίζονται ότι η ανάπτυξη πολύπλοκης σεξουαλικά αναπαραγόμενης ζωής στη Γη είναι ένα εξαιρετικά σπάνιο και αστρονομικά απίθανο γεγονός. Σύμφωνα με αυτή την υπόθεση, η ύπαρξη περίπλοκης εξωγήινης ζωής είναι απίθανη και πολύ σπάνια.
Σύμφωνα με τα ευρήματα της ομάδας. Η υπόθεση της σπάνιας Γης μπορεί να έχει περισσότερη αποδεικτική υποστήριξη από ό,τι υποτίθεται προηγουμένως. Εάν η κατοικήσιμη ζώνη για πολύπλοκη ζωή είναι πολύ μικρότερη από ό,τι υποτίθεται προηγουμένως, αυτό εξαλείφει από την εξέταση πολλούς εξωπλανήτες που προηγουμένως θεωρούνταν ικανοί να φιλοξενούν πολύπλοκη ζωή. Η μελέτη φαίνεται να υπονοεί ότι η ζωή σε αστέρια κατηγορίας Μ και Κ είναι απίθανη και ότι τα αστέρια της κατηγορίας Μ και Κ αποτελούν σχεδόν το 82% των γνωστών αστεριών.
Ανεξάρτητα από το τι υπονοεί η μελέτη σχετικά με την ευρύτερη αναζήτηση για εξωγήινη ζωή, υπονοεί τουλάχιστον ότι η περίπλοκη ζωή όπως την ξέρουμε απαιτεί ένα πολύ πιο συγκεκριμένο σύνολο συνθηκών από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως.
