6 년 전 이슬비 시애틀 아침에 커피 숍에 모여서 천체 학자 인 숀 도마 갈 골드만 (Shawn Domagal-Goldman)은 자신의 노트북 화면에서 멍청하게 쳐다 보며 마비되었습니다. 그는 가상 행성의 대기에서 갑자기 산소가 축적되기 시작했을 때 진화하는 행성의 시뮬레이션을 진행하고있었습니다. 농도가 0에서 5 ~ 10 %로 똑딱 거렸다.
"뭔가 잘못 되었나요?" 그의 아내는 물었다.
“예.”
산소의 부상은 외계 생활을 찾는 데 나쁜 소식이었습니다.
NASA 우주 생물학자인 Lynn Rothschild가 말한 것처럼“인류의 가장 심오하고 아마도 가장 초기의 질문 중 하나 인 '인류의 가장 심오하고 아마도 가장 초기의 질문 중 하나 인'우리가 우주에 혼자인지 궁금한 천년 후에 다른 행성의 삶을위한 사냥이 진지하게 증가하고 있습니다. 태양 이외의 별을 공전하는 수천 개의 외계 행성 또는 행성이 지난 10 년 동안 발견되었습니다. 그중에는 잠재적 인 슈퍼 아이스, 하위 곤충, 핫 목자 및 케플러 -452B와 같은 세계가 여기에서 1,400 광년에 위치한 바위가 많고 물이 많은 "지구 사촌"과 같은 세계가 있습니다. NASA의 James Webb Space Telescope가 출시 될 예정인 2018 년부터 천문학 자들은 빛의 해에 걸쳐 동료를들을 수 있고 가장 유망한 외계 행성의 분위기를 범위로 만들 수 있습니다. 그들은 외계인의 삶에 의해서만 생산 될 수있는“생물 지정 가스”의 존재를 찾을 것입니다.
그들은 부모 별 앞에 위치하는 동안 외계 행성 주위의 얇은 별빛 반지를 관찰 하여이 작업을 수행 할 것입니다. Exoplanet 대기의 가스는 별빛의 특정 주파수를 흡수하여 Spectrum에 Telltale 딥을 남깁니다.
Tom Hurwitz와 Richard Fleming의 촬영. Ryan Griffin의 편집 및 모션 그래픽. NASA, 유럽 남부 천문대 및 크리에이티브 커먼즈의 기타 그래픽 및 이미지. Podington Bear의 음악.
이론에서 : David Kaplan은 먼 행성에서 외계인의 삶을 찾는 가장 좋은 방법을 탐구합니다.
당시 워싱턴 대학의 가상 행성 실험실 (VPL)의 연구원 인 Domagal-Goldman으로서, 바이오 서명 가스의 금 표준은 산소입니다. 산소는 지구의 동식물 (따라서 다른 행성)에 의해 풍부하게 생성 될뿐만 아니라 50 년의 기존의 지혜로 인해 지질학이나 광화학만으로 감지 가능한 수준에서 생성 될 수 없어서는 위조 방지의 시그니처가 될 수 없다고 주장했다. 그러나 산소는 Domagal-Goldman의 시뮬레이션 된 세계에서 하늘을 채웠습니다. 그러나 생물학적 활성의 결과가 아니라 극단적 인 태양 복사가 재결합 할 수있는 것보다 더 빨리 공기 중의 이산화탄소 분자에서 산소 원자를 제거했기 때문입니다. 이 생물 지정은 결국 위조 될 수 있습니다.
VPL을 이끄는 호주의 강국 인 빅토리아 메도우 (Victoria Meadows)는 멀리 떨어진 외계 행성 주변의 생물 서명 가스에 대한 검색은“본질적으로 지저분한 문제”라고 말했다. Domagal-Goldman의 발견 이후 몇 년 동안 Meadows는 Exoplanets에서 발생할 수있는 주요 "산소 오 탐지"를 식별하고 이러한 거짓 경보를 생물학적 활동의 실제 산소 징후와 구별하는 방법을 식별하는 75 명의 팀을 기소했습니다. 초원은 여전히 산소가 최고의 생체 서명 가스라고 생각합니다. 그러나 그녀는 이렇게 말했습니다.“내가 이것을 찾으려고한다면, 나는 그것을 볼 때 내가보고있는 것을 알고 있는지 확인하고 싶습니다.”
.한편, 매사추세츠 기술 연구소 (Massachusetts Institute of Technology)의“트윈 지구”사냥꾼 인 사라 시거 (Sara Seager)는 외계 행성 대기를 분석하기위한 스펙트럼 기술을 발명 한 것으로 널리 인정 받고 있으며 생체 서명 가스에 대한 연구를 다른 방향으로 추진하고 있습니다. Seager는 산소가 유망하다는 것을 인정하지만, 그녀는 외계인의 삶이 어떻게 작동 할 수 있는지에 대한 관점에서 우주 생물학 공동체가 지구의 지구 화학과 우리가 호흡하는 특정 공기를 넘어서 생각할 것을 촉구합니다. “내 견해는 우리가 단일 돌을 돌리지 않기를 원하지 않는다는 것입니다. 우리는 모든 것을 고려해야합니다.”라고 그녀는 말했습니다.
미래의 망원경이 지구와 같은 세계에 대한 조사를 넓히면서, 먼 하늘에서 잠재적 인 생물 서명 가스가 감지되기까지는 시간 문제 일뿐입니다. 그것은 우리가 혼자가 아니라는 증거입니다. 그러나 우리는 어떻게 확실하게 알 것인가?
과학자들은 James Webb 망원경으로 목표로 가장 좋은 외계 행성을 선택하려면 모델을 신속하게 연마하고 경고를 해결해야합니다. 수백 시간 동안 각 행성 분위기의 스펙트럼과 그 당시의 많은 경쟁 요구를 조사하는 데 걸리기 때문에 망원경은 근처 별의 거주 가능한 "골디 락 (Goldilocks)"구역에서 1 ~ 3 개의 지구와 같은 세계를 관찰 할 것입니다. 알려진 외계 행성 목록에서 선택할 때 과학자들은 산소 오 탐지가 발생하는 행성 환경을 피하고 싶어합니다. Meadows는“우리는 적어도 하나의 바구니에 바구니에있는 것이 아니라면 계란을 넣을 수도 있습니다. 특히, 우리가 어떻게 속을 수 있는지.”
생명의 호흡
화학자 제임스 러브 락 (James Lovelock)은 1965 년에 처음으로 생물 서명 가스를 고려한 이후 화성의 생명을 감지하는 방법에 대해 NASA를 위해 일하는 이후 산소는 금 표준으로 여겨져왔다. 프랭크 드레이크 (Frank Drake)와 다른 우주 생물학의 개척자들은 먼 외계인 문명에서 오는 무선 신호를 탐지하려고했기 때문에 (SETI)에 대한 검색이라고 불리는 지속적인 노력 - Lovelock은 다른 행성에서의 생명의 존재가 대기 중에서 적합하지 않은 가스를 찾음으로써 추론 될 수 있다고 추론했습니다. 서로 반응하는 두 개의 가스가 둘 다 감지 될 수 있다면, 일부 생생한 생화학은 지구의 대기 공급을 지속적으로 보충해야합니다.
지구의 경우에는 공기 및지면의 탄화수소 및 미네랄과 쉽게 반응하여 물과 이산화탄소, 규조적 산소 (O 2 를 생성합니다. )은 대기의 꾸준한 21 %로 구성됩니다. 산소는 식물, 조류 및 시아 노 박테리아 (식물, 조류 및 시아 노 박테리아)에 의해 하늘에 쏟아지기 때문에 지속됩니다. 그들은 수질 분자에서 수소 원자를 제거하고 탄수화물을 건설하고 산소 부산물을 폐기물로 방출하기 위해 햇빛을 입력합니다. 광합성이 중단되면 하늘의 기존 산소는 지각의 요소와 반응하여 천만 년 안에 미량 수준으로 떨어질 것입니다. 결국, 지구는 이산화탄소로 채워진 공기와 녹슬고 산화 된 표면으로 화성과 비슷할 것입니다. 증거는 붉은 행성이 현재 생명을 가지고 있지 않다고 주장했다.
.그러나 산소는 지구상의 삶의 상표이지만 왜 다른 곳에서는 그것이 사실이어야합니까? Meadows는 광합성이 모든 생물권에서 널리 퍼질 가능성이있는 분명한 진화 적 이점을 제공한다고 주장합니다. 광합성은 행성 원료의 가장 흔한 부분 인 물과 이산화탄소에서 일하기 위해 모든 행성 인 태양에 가장 큰 에너지 원을 넣습니다. Meadows는“Uber-Metabolism을 원한다면 햇빛을 사용할 수있는 무언가를 시도하고 진화시킬 것입니다.”라고 Meadows는 말했습니다.
이 규정 성 산소는 또한 가시 및 근적외선에서 강한 흡수 밴드를 자랑합니다. 2020 년대에 계획된 미션 인 80 억 달러의 James Webb 망원경과 WFIRST (Wide Field Infrared Survey Telescope)의 정확한 감도 범위입니다. 산소를 타는 많은 임박한 희망으로 인해 초원은“Gotchas가 어디에 있을지”알기로 결정했습니다. 지금까지 그녀의 팀은 산소로 분위기를 범람 할 수있는 세 가지 주요 비 생물학적 메커니즘을 확인하여 생명에 대한 잘못된 양성을 생성했습니다. 예를 들어, 작고 어린 M-dwarf 별 주위에 형성된 행성에서 강렬한 자외선 햇빛은 어떤 경우에는 행성의 바다를 끓여서 수증기로 두꺼운 분위기를 조성 할 수 있습니다. VPL 과학자들이 저널 Astrobiology 에서보고 한 것처럼 높은 고도에서 작년에 강렬한 UV 방사선 파편은 경량 수소 원자에서 벗어납니다. 그런 다음이 원자는 우주로 빠져 나와 지구 대기보다 수천 배 더 밀도가 높은 산소를 남깁니다.
M-Dwarf Stars의 작품으로 인해 훨씬 작고 바위가 많은 행성을 더 쉽게 감지 할 수 있기 때문에 내년에 출시 될 행성 찾기 임무 인 NASA의 Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS)의 의도 된 목표입니다. 제임스 웹 망원경이 연구 할 지구 같은 행성은 테스의 발견 중에서 선택됩니다. 이 후보자들과 함께, 우주 생물 학자들은 외계인 광합성과 런 어웨이 바다 끓는 것을 구별하는 방법을 배워야합니다. 현재 출판을 준비하고있는 작업에서 Meadows와 그녀의 팀은 Tetraoxygen의 스펙트럼 흡수 밴드 (O 4 임을 보여줍니다. ) O 2 시 느슨하게 형성됩니다 분자가 충돌합니다. 밀도가 O 2 대기에서는 분자 충돌이 많을수록 테트라 옥시 신호가 더 강해집니다. “우리는 [o 4 를 찾을 수 있습니다 ] 우리는 우리가 20 % 산소를 가진 1 바 분위기를보고 있다는 말을주기 위해-광합성을 암시하는 지구와 같은 지구 대기-“우리는 그 안에 엄청난 양의 산소가있는 것을보고 있습니다.”
.강력한 일산화탄소 신호는 2010 년에 Domagal-Goldman이 그 이슬비 아침에 처음 만난 오 탐지를 식별 할 것입니다. 이제 Md. Greenbelt에있는 NASA의 Goddard Space Flight Center의 연구 과학자로, 그는 산소의 장기 전망에 대해 신뢰할 수있는 생체 서명 가스로서 걱정하지 않는다고 말합니다. 그는 산소 오 탐지가 드문 경우에만 발생한다고 말했다.“그리고 특정 사례를 가진 행성은 우리가 미리 생각하는 한, 우리가 지금하고있는 일이 무엇인지를 감지 할 수있는 관찰 특성을 가질 것입니다.”
.그러나 그와 다른 우주 생물 학자들도 산소 허위 네거티브를 염두에두고 있습니다. 잘못된 긍정과 잘못된 부정적인 것은 사라 시거에게 산소 너머로 생각할 필요성을 확신시키고 기발한 바이오 시그널을 탐색하는 데 도움이되었습니다.
가스 백과 사전
지난 10 년간의 다양한 외계 행위 발견이 우리에게 무엇이든 가르쳐 주었다면, 행성 크기, 작곡 및 화학은 극적으로 다양하다는 것입니다. Seager는 산소를 모든 최종 생물 서명 가스로 취급함으로써 무언가를 놓칠 수 있다고 주장했다. 그리고 외계인의 삶의 징후를 발견하려는 개인적인 꿈으로 44 세인 그는 그것을 준수 할 수 없습니다.
시거는 지구에서도 광합성이 지구의 산소 싱크대를 압도하고 산소가 24 억 년 전 하늘에서 축적되기 전에 수억 년 동안 산소를 펌핑하고 있다고 지적했다. 약 6 억 년 전까지는 산소 수준만으로 멀리서 판단 된 지구는 생명이없는 것처럼 보였을 것입니다.
Meadows와 그녀의 공동 작업자들은 산소 광합성에 대한 몇 가지 대안을 연구했습니다. 그러나 씨거는 윌리엄 베인스와 자누스 페트 코프 스키 와 함께 그들이 "모든 분자"접근법이라고 부르는 것을 옹호하고 있습니다. 그들은 가스 형태로 그럴듯하게 존재할 수있는 분자의 철저한 데이터베이스 (14,000 개)를 컴파일하고 있습니다. 지구상에서, 이들 분자들 중 다수는 바다 통풍구와 다른 극단적 인 환경에 모여있는 이국적인 생물에 의해 미량의 양으로 방출된다. 그들은 대기 중에 축적되지 않습니다. 그러나 가스는 다른 행성 상황에서 발생할 수 있습니다. 연구자들이 2014 년에 주장한 것처럼 메탄이 풍부한 행성에서 광합성은 메탄에서 탄소를 수확 할 수 있습니다 (Ch 4 ) co 2 보다는) 산소보다는 수소를 뿌려 암모니아가 풍부합니다. "궁극적이고 장기적인 목표는 다른 세상을보고 그 세상에서 생명이 무엇을 생산할 수 있는지에 대한 정보를 제공하는 것입니다.
Domagal-Goldman은 산소에 대해 깊이 생각하고 다른 모든 생화학 적 가능성에 대해 광범위하게 생각하는 것이 중요하다는 데 동의합니다. "이러한 모든 놀라움이 다른 세계의 대중과 반경과 궤도 특성을 탐지하는 데 일어 났기 때문에,"[천문학 자]는 지구 과학 배경에서 나오는 나와 같은 사람들을 계속 밀어 내고``상자 밖에서 더 생각하자. "라고 말했다.
그러나 초원은 모든 분자 접근의 실용성에 의문을 제기합니다. 그녀는 Seager의 아이디어를 비판하는 3,000 단어의 이메일에서 다음과 같이 썼습니다.“이 철저한 데이터베이스를 구축 한 후에는 인생에서 생성 될 가능성이 가장 높은 분자를 어떻게 식별합니까? 그리고 당신은 그들의 잘못된 긍정을 어떻게 식별합니까?” 그녀는 다음과 같이 결론을 내 렸습니다.“당신은 여전히 지구상의 삶과 행성 환경에 대한 우리의 이해와 삶이 그 환경과 어떻게 상호 작용하는지에 대한 이해를 받아야 할 것입니다.”
.삶의 모습을 고려할 때, 우리가 가진 유일한 데이터 포인트를 피하기가 어렵습니다.
불확실한 확률
2013 년 심포지엄에서 Seager는 Drake 방정식의 수정 된 버전 인 Frank Drake의 유명한 1961 년 공식을 발표했습니다. 드레이크 방정식은 갤럭시의 무선 방사선 캐스트 문명의 수를 추정하기 위해 대부분 알려지지 않은 요인들을 곱한 반면, 시거의 방정식은 감지 가능한 생체 서명 가스가있는 행성의 수를 추정합니다. 지적으로 메시지를 우주로 비울 수 있는지 여부에 관계없이 모든 삶을 찾을 수있는 현대의 능력으로, 우리의 성공 가능성에 대한 계산은 더 이상 진화 적 결과 또는 무선 기술의 은하계 인기로서의 지능의 희귀 성과 같은 불확실성에 달려 있지 않습니다. 그러나 가장 큰 미지의 중 하나는 남아 있습니다. 우리와 같은 바위가 많고 물고 대기 행성에서 생명이 처음 발생할 확률.
미스터리 사건이 불리는“비 생생생”은 지구가 액체 물을 축적 한 후 얼마 지나지 않아 발생한 것으로 보이며, 일부는 유리한 조건 하에서 생명이 불가피하게 쉽게 시작될 수 있다고 추측합니다. 그러나 그렇다면 지구의 4.5 억 년 역사에서 여러 번 비 생성이 발생해서는 안되며, DNA 기반의 삶의 단일 문화보다는 생화학 적으로 뚜렷한 계보를 산란 시켰습니까? 삶의 기원을 연구하는 워싱턴 대학교의 미생물학자인 존 바로스 (John Baross)는 아드리오 생성이 반복적으로 일어 났을 수 있으며, 초기 지구에서 유전자 코드, 구조 및 신진 대사의 메나 지를 만들 수 있다고 설명했다. 그러나 Gene-Swapping과 Darwinian의 선택은 이러한 다른 신생 기업을 단일 계보로 통합했을 것입니다. 요컨대, 아생산 기성이 우연한 사건인지, 여기서 또는 우주의 다른 곳에서 발생하는지 여부를 말하는 것은 사실상 불가능합니다.
심포지엄에서 마지막으로 연설 할 예정인 Seager는 애프터 파티를 위해 가벼운 마음을 사로 잡았습니다. 그녀는“나는 우리 모두에게 유리하게 표현했다. 이 엄청나게 낙관적 인 숫자를 위기에 처하게하면 향후 10 년 동안 외계인의 삶의 두 가지 징후가 발견 될 것이라는 예측을 얻었습니다. 씨거는“당신은 웃어야한다”고 말했다
Meadows, Seager 및 동료들은 이번 10 년 동안 그러한 탐지 가능성이 얇다는 데 동의합니다. 미래의 임무를 통해 잠재 고객이 개선 될 것이지만 James Webb 망원경은 초기 시도에서 승자를 선택하기 위해 매우 운이 좋았을 것입니다. 그리고 대상 행성 중 하나가 생명을 보유하더라도, 스펙트럼 측정은 쉽게 촉진됩니다. 2013 년에 허블 우주 망원경은 GJ 1214B라는 중간 규모의 행성의 대기를 통과하는 별빛을 모니터링했지만 스펙트럼은 화학 지문이 전혀 없었습니다. Seager와 그녀의 공동 작업자들은 자연 에서보고했다 고지대의 구름 층이 지구의 하늘을 볼 때까지 가리는 것처럼 보였습니다.
