במאמציהם למצוא עדויות לחיים שמעבר למערכת השמש שלנו, המדענים נאלצים לנקוט במה שמכונה גישת "הפירות הנמוכים". בעיקרון, הדבר מסתכם בקביעה אם כוכבי לכת יכולים להיות "בעלי חיים פוטנציאליים" על בסיס האם הם יהיו חמים מספיק כדי שיהיו מים נוזליים על משטחיםיהם ואטמוספרות צפופות עם מספיק חמצן.
זו תוצאה של העובדה ששיטות קיימות לבחינת כוכבי לכת מרוחקים הינם בעקיפין ברובם וכדור הארץ הוא רק כוכב לכת אחד שאנו מכירים ומסוגל לתמוך בחיים. אבל מה אם כוכבי לכת שיש בהם הרבה חמצן לא מובטחים לייצר חיים? על פי מחקר חדש שנערך על ידי צוות מאוניברסיטת ג'ונס הופקינס, יתכן מאוד שזה המקרה.
הממצאים פורסמו במחקר שכותרתו "כימיה שלב הגזים באטמוספרות מגניבות של Exoplanet: Insight from Laboratory Simulations", שפורסם לאחרונה בכתב העת המדעי. ACS כדור הארץ והחלל כימיה. לצורך המחקר, הצוות הדמה את האווירה של כוכבי לכת חוץ-סולריים בסביבת מעבדה כדי להדגים שחמצן אינו בהכרח סימן חיים.
על פני כדור הארץ, גז חמצן מהווה כ 21% מהאטמוספרה והגיח כתוצאה מפוטוסינתזה, שהגיעה לשיאה באירוע החמצן הגדול (לפני כ- 2.45 מיליארד שנה). אירוע זה שינה באופן דרסטי את הרכב האטמוספירה של כדור הארץ, ועבר מאחד המורכב מחנקן, פחמן דו חמצני וגזים אינרטיים לתערובת החנקן והחמצן המוכרת לנו כיום.
בגלל חשיבותו להתפתחות צורות חיים מורכבות על פני כדור הארץ, גז חמצן נחשב לאחד מהביו-חתימות החשובות ביותר כאשר הוא מחפש אינדיקציות אפשריות לחיים שמעבר לכדור הארץ. אחרי הכל, גז חמצן הוא תוצאה של אורגניזמים פוטוסינתטיים (כמו חיידקים וצמחים) ונצרך על ידי בעלי חיים מורכבים כמו חרקים ויונקים.
אבל כשמדובר בזה, יש הרבה מדענים שאינם יודעים כיצד מקורות אנרגיה שונים יוזמים תגובות כימיות וכיצד התגובות הללו יכולות ליצור ביו-חתימות כמו חמצן. בעוד החוקרים הפעילו מודלים פוטוכימיים במחשבים בכדי לחזות אילו אטמוספריות של exoplanet עשויים ליצור, הדמיות אמיתיות בסביבת מעבדה לא חסרו.
צוות המחקר ערך את ההדמיות שלהם באמצעות תא פלנטרי HAZE (PHAZER) שתוכנן במיוחד במעבדתה של שרה הרסט, פרופסור למדעי כדור הארץ והפלנטה ב- JHU ואחד המחברים העיקריים על העיתון. החוקרים החלו ביצירת תשע תערובות גז שונות כדי לדמות אטמוספריות של exoplanet.
תערובות אלה היו בקנה אחד עם תחזיות שנמצאו לגבי שני הסוגים הנפוצים ביותר של הגלקסיה בגלקסיה שלנו - Super-Earths ו- Mini-Neptunes. בהתאם לתחזיות אלה, כל תערובת הורכבה מפחמן דו-חמצני, מים, אמוניה ומתאן, ואז הוחממה לטמפרטורות שנעו בין 27 ל -370 מעלות צלזיוס.
הצוות הזריק אז כל תערובת לתא PHAZER וחשף אותם לאחת משתי צורות אנרגיה הידועות כמפעילות תגובות כימיות באטמוספרות - פלזמה מזרם מתחלף ואור אולטרה סגול. בעוד שהפעילות החשמלית המדומה לשעבר כמו ברק או חלקיקים אנרגטיים, אור ה- UV הדמה אור מהשמש - המניע העיקרי לתגובות כימיות במערכת השמש.
לאחר ביצוע הניסוי ברציפות במשך שלושה ימים, התואם לכמה זמן גזים אטמוספריים ייחשפו למקור אנרגיה בחלל, מדדו החוקרים וזיהו את המולקולות שהתקבלו בעזרת ספקטרומטר המוני. מה שהם מצאו זה שבמקרים רבים נוצרו מולקולות חמצן ואורגניים. אלה כללו פורמלדהיד ומימן ציאניד, שיכולים להוביל לייצור חומצות אמינו וסוכרים.
בקיצור הצוות הצליח להמחיש כי שניהם יכולים להיווצר באמצעות גז תגובות חמצן וחומרי הגלם שמהם יוכלו החיים לצאת. כפי שהסביר צ'או הוא, הסופר הראשי במחקר:
"אנשים נהגו להציע שהחמצן והאורגניים נמצאים יחד מעיד על חיים, אבל אנחנו הפקנו אותם באופן אביוטי בהדמיות מרובות. זה מצביע על כך שאפילו נוכחות משותפת של חתימות ביולוגיות מקובלות עשויה להיות חיובית שקרית לכל החיים. "
למחקר זה יכולות להיות השלכות משמעותיות כשמדובר בחיפוש אחר חיים מעבר למערכת השמש שלנו. בעתיד הטלסקופים מהדור הבא יעניקו לנו את היכולת לצלם ישירות exoplanets ולקבל ספקטרום מהאטמוספרה שלהם. כאשר זה קורה, ייתכן שיהיה צורך לשקול מחדש את נוכחות החמצן כסימן פוטנציאלי להרגלים. למרבה המזל, עדיין יש המון ביו-חתימות אפשריות לחפש!
