Decennia lang hebben wetenschappers geloofd dat er leven zou kunnen zijn onder het ijzige oppervlak van Jupiters maan Europa. Sinds die tijd zijn er meerdere bewijsregels naar voren gekomen die suggereren dat het niet de enige is. Binnen het zonnestelsel zijn er inderdaad veel 'oceaanwerelden' die mogelijk leven zouden kunnen huisvesten, waaronder Ceres, Ganymedes, Enceladus, Titan, Dione, Triton en misschien zelfs Pluto.
Maar wat als de elementen voor het leven zoals wij die kennen, niet overvloedig genoeg zijn op deze werelden? In een nieuwe studie probeerden twee onderzoekers van het Harvard Smithsonian Center of Astrophysics (CfA) te bepalen of er in feite een schaarste aan bio-essentiële elementen op oceaanwerelden zou kunnen zijn. Hun conclusies kunnen verstrekkende gevolgen hebben voor het bestaan van leven in het zonnestelsel en daarbuiten, om nog maar te zwijgen van ons vermogen om het te bestuderen.
De studie, getiteld "Wordt buitenaards leven onderdrukt op ondergrondse oceaanwerelden vanwege de schaarste aan bio-essentiële elementen?" verscheen onlangs online. De studie werd geleid door Manasvi Lingam, een postdoctorale fellow aan het Institute for Theory and Computation (ITC) aan de Harvard University en de CfA, met de steun van Abraham Loeb - de directeur van de ITC en de Frank B. Baird, Jr. Professor of Science op Harvard.
In eerdere studies hadden vragen over de bewoonbaarheid van manen en andere planeten de neiging zich te concentreren op het bestaan van water. Dit is waar geweest als het gaat om de studie van planeten en manen binnen het zonnestelsel, en vooral waar het gaat om de studie van buitenzonneplaneten. Wanneer ze nieuwe exoplaneten hebben gevonden, hebben astronomen er goed op gelet of de planeet in kwestie in een baan rond de bewoonbare ster van de ster draait of niet.
Dit is essentieel om te bepalen of de planeet al dan niet vloeibaar water op zijn oppervlak kan ondersteunen. Bovendien hebben astronomen geprobeerd spectra te verkrijgen van rond rotsachtige exoplaneten om te bepalen of er waterverlies optreedt vanuit de atmosfeer, zoals blijkt uit de aanwezigheid van waterstofgas. Ondertussen hebben andere studies geprobeerd de aanwezigheid van energiebronnen te bepalen, omdat dit ook essentieel is voor het leven zoals we het kennen.
Dr. Lingam en prof.Loeb hebben daarentegen overwogen hoe het bestaan van leven op oceaanplaneten afhankelijk kan zijn van de beschikbaarheid van beperkende voedingsstoffen (LN). Al geruime tijd is er veel discussie over welke voedingsstoffen essentieel zijn voor het buitenaardse leven, aangezien deze elementen van plaats tot plaats en in tijdschalen kunnen verschillen. Zoals Lingam via e-mail aan Space Magazine vertelde:
“De meest algemeen aanvaarde lijst van elementen die nodig zijn voor het leven zoals we die kennen, bestaat uit waterstof, zuurstof, koolstof, stikstof en zwavel. Bovendien kunnen bepaalde sporenmetalen (bijv. IJzer en molybdeen) ook waardevol zijn voor het leven zoals we dat kennen, maar de lijst met bio-essentiële sporenmetalen is onderhevig aan een grotere mate van onzekerheid en variabiliteit. ”
Voor hun doeleinden creëerde Dr.Loeb een model met behulp van de oceanen van de aarde om te bepalen hoe de bronnen en putten - d.w.z. de factoren die respectievelijk LN-elementen in oceanen toevoegen of uitputten - vergelijkbaar kunnen zijn met die op oceaanwerelden. Op aarde zijn de bronnen van deze voedingsstoffen fluviale (uit rivieren), atmosferische en glaciale bronnen, waarbij energie wordt geleverd door zonlicht.
Van deze voedingsstoffen bepaalden ze dat fosfor de belangrijkste zou zijn, en onderzochten ze hoe overvloedig deze en andere elementen zouden kunnen zijn op oceaanwerelden, waar de omstandigheden enorm verschillen. Zoals Dr. Lingam heeft uitgelegd, is het redelijk om aan te nemen dat op deze werelden het potentiële bestaan van leven ook neerkomt op een evenwicht tussen de netto-instroom (bronnen) en de netto-uitstroom (putten).
“Als de putten veel dominanter zijn dan de bronnen, zou dat erop kunnen wijzen dat de elementen relatief snel uitgeput zouden zijn. Om de grootte van de bronnen en putten te schatten, gebruikten we onze kennis van de aarde en koppelden die aan andere fundamentele parameters van deze oceaanwerelden, zoals de pH van de oceaan, de grootte van de wereld, enz. Bekend uit waarnemingen / theoretische modellen. '
Hoewel atmosferische bronnen niet beschikbaar zouden zijn voor binnenzeeën, overwoog Dr. Loeb de bijdrage van hydrothermale ventilatieopeningen. Er is al overvloedig bewijs dat deze bestaan op Europa, Enceladus en andere oceaanwerelden. Ze overwogen ook abiotische bronnen, die bestaan uit mineralen die door regen op aarde uit rotsen zijn uitgeloogd, maar die zouden bestaan uit de verwering van rotsen door de binnenzeeën van deze manen.
Uiteindelijk ontdekten ze dat, in tegenstelling tot water en energie, de beperkende voedingsstoffen mogelijk beperkt beschikbaar zijn als het gaat om oceaanwerelden in ons zonnestelsel:
“We ontdekten dat, volgens de aannames in ons model, fosfor, dat een van de bio-essentiële elementen is, op snelle tijdschalen (volgens geologische normen) uitgeput raakt op oceaanwerelden waarvan de oceanen neutraal of alkalisch van aard zijn en die hydrothermale activiteit bezitten (dwz hydrothermale ventilatiesystemen op de oceaanbodem). Daarom suggereert ons werk dat het leven in deze oceaanwerelden wereldwijd in lage concentraties kan voorkomen (of alleen aanwezig kan zijn in lokale gebieden) en daarom mogelijk niet gemakkelijk detecteerbaar is. ”
Dit heeft natuurlijk gevolgen voor missies die bestemd zijn voor Europa en andere manen in het buitenste zonnestelsel. Deze omvatten de NASAEuropa Clipper missie, die momenteel gepland is om te lanceren tussen 2022 en 2025. Via een reeks flybys van Europa zal deze sonde proberen biomarkers te meten in de pluimactiviteit van het maanoppervlak.
Soortgelijke missies zijn voorgesteld voor Enceladus, en NASA overweegt ook een "Dragonfly" -missie om de atmosfeer, het oppervlak en de methaanmeren van Titan te verkennen. Als de studie van Dr. Loeb echter juist is, is de kans dat deze missies tekenen van leven vinden op een oceaanwereld in het zonnestelsel vrij klein. Niettemin, zoals Lingam aangaf, zijn ze nog steeds van mening dat dergelijke missies moeten worden opgezet.
"Hoewel ons model voorspelt dat toekomstige ruimtemissies naar deze werelden een lage kans op succes hebben bij het detecteren van buitenaards leven, zijn we van mening dat dergelijke missies nog steeds de moeite waard zijn om vervolgd te worden", zei hij. "Dit komt omdat ze een uitstekende gelegenheid bieden om: (i) de belangrijkste voorspellingen van ons model te testen en / of te vervalsen, en (ii) meer gegevens te verzamelen en ons begrip van oceaanwerelden en hun biogeochemische cycli te verbeteren."
Bovendien, zoals Prof. Loeb via e-mail aangaf, was deze studie gericht op "het leven zoals we het kennen". Als een missie naar deze werelden bronnen van buitenaards leven zou vinden, zou dat erop wijzen dat leven kan ontstaan uit omstandigheden en elementen die we niet kennen. Als zodanig is de verkenning van Europa en andere oceaanwerelden niet alleen raadzaam, maar ook noodzakelijk.
"Ons artikel laat zien dat elementen die essentieel zijn voor de 'chemie van het leven zoals we die kennen', zoals fosfor, uitgeput zijn in ondergrondse oceanen," zei hij. “Als gevolg hiervan zou het leven een uitdaging zijn in de oceanen waarvan wordt vermoed dat ze onder het oppervlakte-ijs van Europa of Enceladus bestaan. Als toekomstige missies het uitgeputte fosforgehalte bevestigen maar toch leven vinden in deze oceanen, dan zouden we een nieuw chemisch pad kennen voor een ander leven dan dat op aarde. '
Uiteindelijk worden wetenschappers gedwongen om de 'laaghangende vrucht'-benadering te volgen als het gaat om het zoeken naar leven in het universum. Totdat we leven buiten de aarde vinden, zullen al onze ontwikkelde gissingen gebaseerd zijn op het leven zoals het hier bestaat. Ik kan me geen betere reden bedenken om erop uit te trekken en het universum te verkennen dan dit!
