In de jacht op buitenaards leven hebben wetenschappers de neiging om de zogenaamde 'laaghangende fruitbenadering' te gebruiken. Dit bestaat uit het zoeken naar omstandigheden die vergelijkbaar zijn met wat we hier op aarde ervaren, waaronder zuurstof, organische moleculen en veel vloeibaar water. Interessant genoeg zijn enkele van de plaatsen waar deze ingrediënten in overvloed aanwezig zijn, het interieur van ijzige manen zoals Europa, Ganymedes, Enceladus en Titan.
Terwijl er in ons zonnestelsel maar één terrestrische planeet is die het leven (aarde) kan ondersteunen, zijn er meerdere 'oceaanwerelden' zoals deze manen. Om nog een stap verder te gaan, voerde een team van onderzoekers van het Harvard Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) een studie uit die aantoonde hoe potentieel bewoonbare ijskoude manen met inwendige oceanen veel waarschijnlijker zijn dan terrestrische planeten in het heelal.
De studie, getiteld "Subsurface Exolife", werd uitgevoerd door Manasvi Lingam en Abraham Loeb van het Harvard Smithsonain Center for Astrophysics (CfA) en het Institute for Theory and Computation (ITC) van de Harvard University. Omwille van hun studie beschouwen de auteurs alles wat een circumstellaire bewoonbare zone definieert (ook bekend als "Goldilocks Zone") en de waarschijnlijkheid dat er leven is binnen manen met inwendige oceanen.
Om te beginnen pakken Lingam en Loeb de neiging aan om bewoonbare zones (HZ's) te verwarren met bewoonbaarheid, of om de twee concepten als onderling uitwisselbaar te behandelen. Zo zijn planeten die zich in een HZ bevinden niet per se in staat het leven te ondersteunen - in dit opzicht zijn Mars en Venus perfecte voorbeelden. Terwijl Mars te koud is en de atmosfeer te dun om het leven te ondersteunen, leed Venus onder een weggelopen broeikaseffect waardoor het een hete, helse plek werd.
Aan de andere kant blijken lichamen die zich buiten de HZ's bevinden, in staat te zijn om vloeibaar water en de noodzakelijke ingrediënten te hebben om tot leven te komen. In dit geval dienen de manen van Europa, Ganymedes, Enceladus, Dione, Titan en verschillende anderen als perfecte voorbeelden. Dankzij de prevalentie van water en geothermische verwarming veroorzaakt door getijdenkrachten, hebben deze manen allemaal binnenzeeën die het leven heel goed zouden kunnen ondersteunen.
Zoals Lingam, een postdoctorale onderzoeker bij het ITC en CfA en de hoofdauteur van het onderzoek, via e-mail aan Space Magazine vertelde:
“Het conventionele idee van planetaire bewoonbaarheid is de bewoonbare zone (HZ), namelijk het concept dat de“ planeet ”zich op de juiste afstand van de ster moet bevinden, zodat hij mogelijk vloeibaar water op zijn oppervlak kan hebben. Deze definitie gaat er echter van uit dat het leven is: (a) aan de oppervlakte, (b) op een planeet die in een baan om een ster draait, en (c) op basis van vloeibaar water (als oplosmiddel) en koolstofverbindingen. Ons werk ontspant daarentegen aannames (a) en (b), hoewel we nog steeds (c) behouden. ”
Als zodanig verbreden Lingam en Loeb hun overweging van bewoonbaarheid tot werelden die ondergrondse biosferen zouden kunnen hebben. Dergelijke omgevingen gaan verder dan ijzige manen zoals Europa en Enceladus en kunnen vele andere soorten diepe ondergrondse omgevingen omvatten. Bovendien werd er gespeculeerd dat er leven zou kunnen bestaan in de methaanmeren van Titan (dat wil zeggen methanogene organismen). Lingam en Loeb kozen er echter voor om zich in plaats daarvan op ijskoude manen te concentreren.
“Ook al beschouwen we het leven in ondergrondse oceanen onder ijs / rotsomhulsels, kan het leven ook bestaan in gehydrateerde rotsen (d.w.z. met water) onder het oppervlak; dit laatste wordt ook wel het ondergrondse leven genoemd, 'zei Lingam. “We hebben ons niet verdiept in de tweede mogelijkheid, aangezien veel van de conclusies (maar niet alle) voor ondergrondse oceanen ook van toepassing zijn op deze werelden. Evenzo beschouwen we, zoals hierboven opgemerkt, geen levensvormen op basis van exotische chemicaliën en oplosmiddelen, omdat het niet eenvoudig is om hun eigenschappen te voorspellen. ”
Uiteindelijk kozen Lingam en Loeb ervoor om zich te concentreren op werelden die om sterren zouden cirkelen en waarschijnlijk een ondergronds leven zouden bevatten dat de mensheid zou kunnen herkennen. Vervolgens beoordeelden ze de waarschijnlijkheid dat dergelijke lichamen bewoonbaar zijn, met welke voordelen en uitdagingen het leven in deze omgevingen te maken zal krijgen, en de waarschijnlijkheid dat dergelijke werelden buiten ons zonnestelsel bestaan (vergeleken met potentieel bewoonbare terrestrische planeten).
Om te beginnen heeft 'Ocean Worlds' verschillende voordelen als het gaat om het ondersteunen van het leven. Binnen het Joviaanse systeem (Jupiter en zijn manen) is straling een groot probleem, dat het gevolg is van het vast komen te zitten van geladen deeltjes in het krachtige magnetische veld van gasreuzen. Tussen dat en de ijle atmosfeer van de maan zou het leven aan de oppervlakte heel moeilijk zijn om te overleven, maar het leven onder het ijs zou het veel beter doen.
"Een groot voordeel van ijzige werelden is dat de ondergrondse oceanen grotendeels van het oppervlak zijn afgesloten," zei Lingam. "Daarom is het onwaarschijnlijk dat UV-straling en kosmische straling (energetische deeltjes), die typisch schadelijk zijn voor het leven aan de oppervlakte in hoge doses, het vermeende leven in deze ondergrondse oceanen zullen beïnvloeden."
"Aan de negatieve kant," vervolgde hij, "zou de afwezigheid van zonlicht als een overvloedige energiebron kunnen leiden tot een biosfeer die veel minder organismen heeft (per volume-eenheid) dan de aarde. Bovendien zijn de meeste organismen in deze biosferen waarschijnlijk microbieel en is de kans dat het complexe leven evolueert laag in vergelijking met de aarde. Een ander probleem is de mogelijke beschikbaarheid van voedingsstoffen (bijv. Fosfor) die nodig zijn voor het leven; we suggereren dat deze voedingsstoffen op deze werelden mogelijk alleen in lagere concentraties dan de aarde beschikbaar zijn. '
Uiteindelijk hebben Lingam en Loeb vastgesteld dat er in de hele kosmos een breed scala aan werelden met ijsschelpen van gemiddelde dikte kan bestaan in een breed scala van habitats. Op basis van hoe statistisch waarschijnlijk zulke werelden zijn, concludeerden ze dat "Ocean Worlds" zoals Europa, Enceladus en anderen zoals zij ongeveer 1000 keer vaker voorkomen dan rotsachtige planeten die binnen de HZ's van sterren bestaan.
Deze bevindingen hebben enkele drastische implicaties voor de zoektocht naar buitenaards en buitenzonneleven. Het heeft ook belangrijke implicaties voor de manier waarop het leven door het heelal kan worden verspreid. Zoals Lingam samenvatte:
“We concluderen dat het leven op deze werelden ongetwijfeld voor noemenswaardige uitdagingen zal staan. Aan de andere kant is er echter geen definitieve factor die verhindert dat het leven (vooral het microbiële leven) zich op deze planeten en manen ontwikkelt. In termen van panspermie hebben we de mogelijkheid overwogen dat een vrij zwevende planeet met een ondergronds exolife tijdelijk door een ster kan worden "gevangen" en dat hij misschien andere planeten (die in een baan om die ster draaien) met leven kan zaaien. Omdat er veel variabelen bij betrokken zijn, kunnen ze niet allemaal nauwkeurig worden gekwantificeerd. ”
Professor Leob - de Frank B. Baird Jr. Professor of Science aan de Harvard University, de directeur van de ITC, en de co-auteur van de studie - voegde eraan toe dat het vinden van voorbeelden van dit leven zijn eigen uitdagingen met zich meebrengt. Zoals hij via e-mail aan Space Magazine vertelde:
“Het is erg moeilijk om ondergronds leven op afstand (van grote afstand) te detecteren met telescopen. Je zou kunnen zoeken naar overtollige warmte, maar dat kan het gevolg zijn van natuurlijke bronnen, zoals vulkanen. De meest betrouwbare manier om ondergronds leven te vinden, is door op zo'n planeet of maan te landen en door de oppervlakte-ijskap te boren. Dit is de benadering die wordt overwogen voor een toekomstige NASA-missie naar Europa in het zonnestelsel. ”
Lingam en Loeb, die de implicaties voor panspermia verder verkenden, overwogen ook wat er zou kunnen gebeuren als een planeet als de aarde ooit uit het zonnestelsel zou worden uitgestoten. Zoals ze in hun studie opmerken, heeft eerder onderzoek aangetoond hoe planeten met een dikke atmosfeer of ondergrondse oceanen het leven nog steeds kunnen ondersteunen terwijl ze in de interstellaire ruimte drijven. Zoals Loeb uitlegde, overwogen ze ook wat er zou gebeuren als dit ooit met de aarde zou gebeuren:
'Een interessante vraag is wat er met de aarde zou gebeuren als deze uit het zonnestelsel in de koude ruimte zou worden uitgestoten zonder te worden verwarmd door de zon. We hebben ontdekt dat de oceanen zouden bevriezen tot een diepte van 4,4 kilometer, maar dat zakken met vloeibaar water zouden overleven in de diepste delen van de oceaan van de aarde, zoals de Marianentrog, en dat het leven zou kunnen overleven in deze overgebleven ondergrondse meren. Dit houdt in dat het leven aan de oppervlakte kan worden overgedragen tussen planetaire systemen. ”
Deze studie herinnert er ook aan dat naarmate de mensheid meer van het zonnestelsel verkent (grotendeels omwille van het vinden van buitenaards leven), wat we vinden ook implicaties heeft voor de jacht op leven in de rest van het heelal. Dit is een van de voordelen van de "laaghangend fruit" -benadering. Wat we niet weten, is geïnformeerd, maar wat we doen en wat we vinden, helpt onze verwachtingen te informeren over wat we nog meer kunnen vinden.
En natuurlijk is er een heel groot universum. Wat we kunnen vinden, zal waarschijnlijk veel verder gaan dan wat we momenteel kunnen herkennen!
