La vita è la ragione più probabile della presenza di metano nelle atmosfere degli esopianeti
Il James Webb Super Power Space Telescope sarà lanciato il prossimo anno. Non appena viene dispiegato e prende posizione nel punto 2 del Lagrange Terra-Sole, inizierà il suo lavoro. Uno dei suoi compiti è esplorare le atmosfere degli esopianeti e cercare le firme biologiche.
Questo può sembrare un compito piuttosto semplice. Scansiona l'atmosfera finché non trovi l'ossigeno, anche se la realtà è molto più complicata. In effetti, la presenza di ossigeno non è sempre affidabile.
L'ossigeno può sembrare una cosa ovvia da cercare nell'atmosfera di un pianeta quando si cercano segni di vita, ma non lo è. La sua presenza o assenza non è un indicatore affidabile. La storia della Terra lo mostra chiaramente.
L'atmosfera terrestre odierna contiene circa il 21% di ossigeno e gli scienziati sanno che la maggior parte proviene da organismi negli oceani del pianeta. Ma c'è un problema: una volta che i cianobatteri sulla Terra antica hanno iniziato a produrre ossigeno come sottoprodotto della fotosintesi, è passato ancora molto tempo prima che l'atmosfera del pianeta si saturasse di ossigeno, forse un miliardo di anni.
E se esplorassimo un esopianeta, non trovassimo ossigeno e poi andassimo avanti, senza renderci conto che c'era vita, all'inizio dell'ossigenazione di questo mondo? E se fossimo stati un miliardo di anni prima e la vita non avesse ancora ossigenato l'atmosfera dell'esopianeta? I pianeti rocciosi hanno molti spazzini di ossigeno e l'ossigeno prodotto biologicamente non sarà libero nell'atmosfera finché questi spazzini non saranno saturi di ossigeno.
Questo è quello che è successo sulla Terra e quello che potrebbe accadere in altri mondi rocciosi. Sulla Terra, a causa dell'attività geologica, il magma sale dal mantello nella crosta. La maggior parte del materiale nel mantello, come il ferro, si lega all'ossigeno atmosferico, estraendolo dall'atmosfera.
Questo è uno dei motivi per cui gli scienziati planetari si stanno concentrando su altre cose come il metano (CH4). In un nuovo articolo, i ricercatori hanno esaminato la capacità del metano di segnalare l'attività biologica. Dicono che è improbabile che il metano nell'atmosfera del pianeta provenga dai vulcani ed è molto probabile che sia di origine biologica.
Trovare potenziali firme biologiche come il metano nelle atmosfere di esopianeti lontani non è facile. Ma non appena viene trovato qualcosa come il metano, ci attende ancora più duro lavoro. La sua presenza deve essere esaminata nel contesto del pianeta stesso.
I ricercatori di Biosignature non stanno aspettando pigramente il lancio del James Webb Space Telescope. Hanno pensato molto alla rilevazione delle firme biologiche con un telescopio. Gli scienziati hanno suggerito che le atmosfere planetarie ricche di metano e anidride carbonica in uno stato di non equilibrio potrebbero essere una forte firma biologica. Nel loro articolo, gli autori notano che "... pochi studi hanno esaminato la possibilità di CH4 e CO2 non biologici e relativi indizi contestuali". In questo caso, non biologico significa vulcani.
Gli autori volevano utilizzare un modello termodinamico per indagare se il degassamento del magma vulcanico su pianeti simili alla Terra potesse rilasciare CH4 e CO2 nell'atmosfera. In effetti, hanno scoperto che è improbabile che i vulcani producano la stessa quantità di metano delle fonti biologiche. Questo non è impossibile, ma quasi impossibile.
Ciò è in gran parte dovuto al fatto che l'idrogeno "ama" rimanere nel magma. L'H2O si dissolve bene nel magma, il che limita la quantità di H emessa e, quindi, limita la quantità di CH4 nell'atmosfera del pianeta. Un altro motivo è che il magma a bassa temperatura è necessario per far evolvere il gas CH4, mentre la maggior parte del magma terrestre è a una temperatura più elevata.
Gli autori hanno scoperto che in quei casi incredibili in cui il vulcanismo può produrre grandi quantità di metano, produce anche anidride carbonica. L'antica Terra Archeana era molto più vulcanicamente attiva della Terra moderna. Durante l'Eone Archeano, il flusso di calore della Terra era tre volte maggiore di quanto non sia adesso.
Secondo lo studio, potrebbe produrre 25 volte più magma della Terra moderna e molto più metano. Ma la stessa attività che ha prodotto tutto questo metano produrrebbe anche molta più anidride carbonica. Questo, come notato dagli autori, è un risultato falso positivo rilevabile. Ma se viene trovata una quantità abbondante di metano senza una quantità corrispondente di CO2, questa è una firma biologica più affidabile.
Gli autori affermano che sarebbe difficile spiegare la rilevazione di metano e anidride carbonica senza ricorrere a fonti biologiche, almeno per eventuali pianeti simili alla Terra. Hanno anche concluso che la quantità piccola o trascurabile di monossido di carbonio trovata nell'atmosfera migliora la biosignatura CH4 + CO2 perché "... la vita consuma prontamente CO atmosferica, mentre la diminuzione dei gas vulcanici potrebbe causare l'accumulo di CO nel pianeta atmosfera ".
In conclusione, i ricercatori avvertono che tutto il loro lavoro si basa su ciò che sappiamo della Terra e di altri pianeti nel nostro sistema solare.