Hur forskarna söker efter beboeliga planeter och liv

Trots alla upptäckta exoplaneter så känner vi bara till en enda planet med liv; jorden. Att finna liv på andra himlakroppar, och helst på en jordkopia, är astronomins "Holy Grail". En mycket omfattande utforskning pågår för att hitta en sådan himlakropp. Utgångspunkten så här långt har varit att fastställa vilka grundförutsättningar som krävs för att en planet ska kunna utveckla liv. Att utgå från de förutsättningar som vi har på jorden är förstås naturligt i sökandet efter en jordkopia.

Den första grundförutsättningen är flytande vatten. Det kräver rätt temperatur på en planets yta. Rätt temperatur erhålls om planeten kretsar på rätt avstånd från en stjärna så att dess strålning värmer upp planeten lagom mycket. Det finns en zon kring varje stjärna där temperaturen kan tänkas vara lagom hög. Den s.k beboeliga zonens utsträckning har varit föremål för en hel del forskardebatt under senare år. Den beboeliga zonens läge och storlek varierar mellan olika stjärntyper. Mycket av utforskningen så här långt har handlat om att studera stjärnor som liknar vår sol och där finna lämpliga planeter. Även det här med stjärntyper har debatterats i forskarsamfundet. Eftersom dvärgstjärnor utgör en majoritet av vår galax stjärnor menar vissa forskare att det är där man borde söka efter jordkopior. Många forskningsstudier visar att det dessutom borde vara lämpliga miljöer för planeter med liv. Andra forskningsstudier visar att eventuellt liv snabbt skulle dö strålningsdöden i sådana miljöer. Så gott som dagligen kommer nya forskningsrapporter som visar på positiva eller negativa aspekter vad gäller liv kring dvärgstjärnor.

Illustration av den beboeliga zonen kring olika typer av stjärnor (Bildkälla: Wikipedia)

När väl forskarna så småningom kan enas om lämplig stjärntyp för att planeter med liv ska kunna uppstå och enighet om den beboeliga zonens utsträckning uppstår en rad andra frågor. Den viktigaste är förekomsten av en atmosfär. Jordens atmosfär, med dess sammansättning, är helt avgörande för allt det liv vi idag ser på vår planet. Även små förändringar i atmosfärens täthet eller sammansättning kan få stora konsekvenser, åtminstone för mer avancerade livsformer. Om växthusgasernas andel i atmosfären ökar kan en process starta som successivt innebär en kraftig global uppvärmning. Atmosfärens skydd mot kosmisk strålning kan försvinna, vilket omöjliggör liv på en planet, eller åtminstone på en planets yta. Under planetytan kan enklare livsformer överleva under långa tidsperioder även om själva planetytan blivit obeboelig. En planet kan därmed så sakteliga övergå från att ha varit en jordkopia till att bli en Venuskopia, med omöjliga livsbetingelser.

En Venuskopia eller en jordkopia - det är frågan (Bildkälla: NASA)

Atmosfärens sammansättning avgör hur mycket strålning som når en planetyta och hur mycket som reflekteras tillbaka ut i rymden. Faktorer som påverkan input och output vad gäller strålning är en planets molntäcke, eventuella oceaner, växtlighet m.m. Man brukar tala om en "energibudget" och att den bör vara i balans vad gäller input och output. Jorden har under senare decennier haft mer input än output, vilket inneburit en global uppvärmning.

(Bildkälla: Wikipedia)

En planets atmosfär utvecklas över tid. Dess sammansättning påverkas bl a av vulkanism, plattektonik och andra geologiska processer. Jordens atmosfär såg helt annorlunda ut för ca 3 miljarder år sedan när de första livsformerna började utvecklas. Koldioxidhalten var betydligt högre och syrehalten betydligt lägre än idag. En stor del av koldioxiden löstes i haven och bands så småningom i berggrunden. Uppkomsten av liv har successivt via fotosyntesen förbrukat mycket av koldioxiden och ökat syrehalten i atmosfären. Det har också bidragit till att vi har ett skyddande ozonlager. Syrehalten uppnådde dagens nivå först för några hundra miljoner år sedan. Faktum är att den en period var betydligt högre än vad den är idag. Bilden nedan visar utvecklingen (de två linjerna anger minimum respektive maximum vad gäller uppskattad syrehalt). En hög syrehalt är alltså inte en grundförutsättning för att liv ska uppstå. På jorden uppstod liv innan det knappt fanns något syre. Möjligen är dock syre en förutsättning för att mer avancerade livsformer ska kunna utvecklas.

Jordens syrehistoria (Bildkälla: Wikipedia)

Förutom att en planet med ambition att utnämnas till jordkopia klarar ovanstående kriterier krävs också stabilitet vad gäller energi och strålning från stjärnan som den kretsar kring. Vi kan emellanåt vara bekymrade över stora solutbrott och frågan om ett jätteutbrott i vår riktning skulle kunna utsläcka livet på jorden. Detsamma gäller alla andra planeter. Alla stjärnor är sannolikt inte lika stabila som vår sol. Det krävs också stabila förhållanden i övrigt i planetens omloppsbana runt stjärnan. Meteorer och kometer som slår ner på en planet kan dels föra med sig liv, dels sätta igång processer som skapar liv. Alltför många meteornedslag under långa tidsperioder är förstås inte så gynnsamt för att liv ska bestå och vidareutvecklas.

Sökandet efter liv på andra planeter kommer framöver att handla om att leta efter "signaturer av liv". Sådana signaturer är syre, vatten, koldioxid, metan m.m. Kraftfulla rymdteleskop, såsom James Webb-teleskopet, kan så småningom upptäcka sådana ämnen i främmande planeters atmosfärer. Det kan vara en första indikation på liv på en annan planet. Kanske upptäcker man så småningom en presumtiv jordkopia.

Läs mer om sökandet efter beboeliga planeter med liv på NASA:s websida.