_ Dacă exoplanetele au fulgere , va complica căutarea vieții

Descoperirea exoplanetelor este aproape o rutină acum. Am găsit peste 5.500 de exoplanete, iar următorul pas este să le studiem atmosferele și să căutăm biosemnături. Telescopul spațial James Webb este lider în acest efort. Dar, în unele atmosfere de exoplanete, fulgerele ar putea îngreuna munca JWST, ascunzând unele biosemnături potențiale în timp ce amplificând altele.

Detectarea biosemnăturilor în atmosferele planetelor îndepărtate este plină de dificultăți. Ei nu își fac reclamă prezența, iar semnalele pe care le primim din atmosferele exoplanetelor sunt complicate. Noile cercetări adaugă o altă complicație efortului. Se spune că fulgerul poate masca prezența unor lucruri precum ozonul, un indiciu că pe o planetă ar putea exista viață complexă. De asemenea, poate amplifica prezența unor compuși precum metanul, care este considerat a fi o biosemnătură promițătoare.

Noua cercetare se intitulează „Efectul fulgerului asupra chimiei atmosferice a exoplanetelor și a potențialelor biosemnături” și este a fost acceptat pentru publicare în revista Astronomy and Astrophysics. Este disponibil pe serverul arXiv preprint. Autorul principal este Patrick Barth, cercetător de la Institutul de Cercetare Spațială de la Academia Austriacă de Științe.

Deși am descoperit peste 5.500 de exoplanete, doar 69 dintre ele se află în zonele potențial locuibile din jurul stelelor lor. . Sunt planete stâncoase care primesc suficientă energie de la stelele lor pentru a menține apă lichidă pe suprafața lor. Căutarea noastră de biosemnături se concentrează pe acest număr mic de planete.

Următorul pas important este să stabilim dacă aceste planete au atmosfere și apoi care este compoziția acelor atmosfere. JWST este cel mai puternic instrument al nostru pentru aceste scopuri. Dar pentru a înțelege ce ne arată JWST-ul în atmosfere îndepărtate, trebuie să știm ce ne spun semnalele sale. Astfel de cercetări îi ajută pe oamenii de știință să se pregătească pentru observațiile JWST, alertându-i cu privire la potențiale fals pozitive și biosemnături mascate.

În cercetarea lor, autorii au combinat experimentele de laborator cu modelarea fotochimică și a transferului radiativ. Atmosferele pot fi extraordinar de complexe și nu este posibil ca două exoplanete să aibă aceleași calități atmosferice. Dar fizica și chimia dictează ceea ce se poate întâmpla, iar modelele de transfer fotochimic și radiativ pot gestiona mii de tipuri diferite de reacții chimice în atmosfere.

În experimentele de laborator, descărcarea prin scânteie a reprezentat fulgerul. Cercetătorii s-au concentrat asupra atmosferelor care conțin N2, CO2 și H2 și asupra diferitelor produse pe care le producea fulgerul. Alte cercetări au făcut același lucru, dar această lucrare este diferită. Cercetările anterioare s-au concentrat fie pe produse individuale, fie doar pe un număr mic de produse. Dar Barth și colegii săi au extins această activitate. Ei au studiat producția unei varietăți mai mari de substanțe chimice.

Aceasta le-a permis să „… investigheze tendințele experimentelor noastre privind starea de oxidare a produselor fulgerului și influența vaporilor de apă”, explică ei. „În special, ne-a interesat efectul fulgerului asupra producției de potențiale (anti-)biosemnături în contextul observațiilor actuale și viitoare ale atmosferelor exoplanetare.”

Cercetătorii au descoperit că efectul fulgerului. pe biosemnături depinde de tipul de atmosferă și de cantitatea de fulgere. Ei au analizat două tipuri largi de atmosfere: reducătoare și oxidantă. O atmosferă reducătoare nu are oxigen sau alte gaze oxidante și nu poate produce niciun compus oxidat. O atmosferă oxidantă este invers. Conține oxigen, care produce compuși oxidați.

Rezultatele lor arată că pentru o planetă cu apă de suprafață și condiții locuibile cu o atmosferă ușor reducătoare sau ușor oxidantă, este mai puțin probabil ca fulgerele să producă fals pozitive. Autorii prezic că „... pentru tipul de atmosfere studiate aici, fulgerul nu este capabil să producă o semnătură biologică fals pozitivă NH3 sau CH4”. Ei spun că, de asemenea, este puțin probabil ca fulgerul să poată produce o biosemnătură fals pozitivă pentru N2O.

Dar fulgerul a produs niște compuși, inclusiv CO și NO. Cercetătorii au folosit ratele de producție ale ambelor substanțe chimice pentru a calcula modul în care ratele fulgerelor afectează structura chimică a atmosferei. Apoi, au aplicat acel model planetelor de dimensiunea Pământului din zonele locuibile ale soarelui și TRAPPIST-1 atât pentru atmosferele oxice, cât și pentru cele anoxice. Ei au efectuat simulări ale acelor scenarii pe planete cu și fără biosfere. De asemenea, au calculat spectrele simulate din acele lumi pentru a identifica semnăturile chimice.

Rezultatele lor? „Descoperim că fulgerul nu este capabil să producă o antibiosemnătură CO fals pozitivă pe o planetă locuită”, explică autorii. „Într-o atmosferă bogată în oxigen, totuși, fulgerele de doar câteva ori mai mari decât cele ale Pământului modern pot masca biosemnătura de O3 [ozon].”

Dar în alte situații, fulgerele pot preveni pozitive false. Într-o atmosferă anoxică a unei planete care orbitează o pitică roșie veche, fulgerele mai frecvente decât cele ale Pământului pot elimina un tip de fals pozitiv de confuzie.

„În mod similar, într-o atmosferă anoxică, abiotică a unei planete care orbitează un M târziu. pitic, fulgerul la o rată de fulger de zece ori sau mai mare decât cea a Pământului modern poate elimina caracteristica ozonului abiotic produsă de fotoliza CO2, prevenind detectarea unei biosemnături fals pozitive”, explică ei. A spune că este complicat este o subestimare.

Există încă o întorsătură. Este posibil ca fulgerele să nu împiedice alte rezultate false pozitive importante. „... fulgerul ar putea să nu poată preveni toate scenariile fals pozitive de O2 pentru planetele terestre bogate în CO2 care orbitează în jurul piticilor M ultracool”, scriu autorii.

Cei cu un ochi pentru ironie ar putea observa câteva aici. Oamenii de știință sunt destul de siguri că fulgerul a jucat un rol în viața de pe Pământ, oferind scânteia energetică care a făcut să ruleze mingea. Dar faptul că fulgerele ne-ar putea îngreuna descoperirea vieții este oarecum ironic.

Dar ironia este un artificiu uman. Naturii nu-i pasă. Face ceea ce face și depinde de noi să ne dăm seama.

„În rezumat, munca noastră oferă noi constrângeri pentru caracterizarea completă a proceselor atmosferice și de suprafață pe exoplanete”, concluzionează autorii.

(Fluierul)