Concepción artística de la Tierra primitiva después de varios grandes impactos de asteroides, moviendo el magma a la superficie. Crédito:Simone Marchi / SwRI
El ultrapotente telescopio espacial James Webb se lanzará pronto. Una vez desplegado y en posición en el Punto 2 de Lagrange Tierra-Sol, empezará a funcionar. Uno de sus trabajos es examinar las atmósferas de los exoplanetas y buscar biofirmas. Debería ser simple ¿Derecha? Simplemente escanee la atmósfera hasta que encuentre oxígeno, luego cierre su computadora portátil y diríjase al pub:Fanfare, papel picado, Premio Nobel.
Por supuesto, Los lectores de Universe Today saben que es más complicado que eso. Mucho más complicado.
De hecho, la presencia de oxígeno no es necesariamente confiable. Es el metano que puede enviar una señal más fuerte que indique la presencia de vida.
El oxígeno puede parecer lo obvio que se debe buscar en la atmósfera de un planeta cuando se buscan signos de vida. Pero ese no es el caso. Su presencia o falta de ella no es un indicador confiable. La historia de la Tierra lo deja claro.
La atmósfera de la Tierra moderna contiene aproximadamente un 21% de oxígeno, y sabemos que la mayor parte proviene de organismos en los océanos del planeta. Pero hay un problema:una vez que las cianobacterias de la Tierra antigua comenzaron a producir oxígeno como subproducto de la fotosíntesis, todavía pasó mucho tiempo antes de que la atmósfera se oxigenara, posiblemente mil millones de años.
¿Y si examinamos un exoplaneta? no encontré oxígeno, luego siguió adelante, sin darme cuenta de que había vida ahí abajo, al comienzo de oxigenar ese mundo? ¿Y si fuéramos mil millones de años antes? ¿Y la vida aún no ha oxigenado la atmósfera del exoplaneta? Los planetas rocosos tienen muchos sumideros de oxígeno, y el oxígeno producido biológicamente no se encontraría libre en la atmósfera hasta que esos sumideros se saturaran.
Mostrado con su espejo primario completamente desplegado, El telescopio espacial James Webb de la NASA es el telescopio de ciencia espacial más grande y técnicamente más complejo que jamás haya construido la NASA. Un día, espero que pronto, finalmente se lanzará. Crédito:NASA / Chris Gunn
Eso es lo que pasó en la Tierra y eso es lo que esperamos que suceda en otros mundos rocosos. En la tierra, La actividad geológica agita el magma desde el manto hasta la corteza. Gran parte del material del manto, como el hierro, por ejemplo, se une con el oxígeno atmosférico, sacándolo de la atmósfera.
Esta es una de las razones por las que los científicos planetarios se centran en otras cosas, como el metano (CH 4 ). En un nuevo periódico Los investigadores examinaron el potencial del metano para señalar actividad biológica. Dicen que es poco probable que el metano abundante en la atmósfera de un planeta provenga de los volcanes y lo más probable es que tenga un origen biológico.
El título del artículo es "El metano atmosférico abundante del vulcanismo en planetas terrestres es improbable y refuerza el caso del metano como firma biológica". El autor principal es Nicholas Wogan del Departamento de Ciencias de la Tierra y el Espacio, Universidad de Washington, y del Laboratorio Planetario Virtual de la U of W. El artículo se publica en La Revista de Ciencias Planetarias .
El trío de investigadores investigó los falsos positivos volcánicos de la biofirma CH4 + CO2 en dos tipos de planetas:uno con solo desgasificación volcánica submarina, un mundo de agua, y uno más como la Tierra, tanto con desgasificación submarina como subaérea. Esta figura del estudio muestra algunos de los parámetros utilizados en los modelos. Crédito:Wogan et al, 2020
Detectar biofirmas potenciales como el metano en las atmósferas de exoplanetas distantes es complicado. Pero una vez que se detecta algo como el metano, aguarda un trabajo más duro. Su presencia debe investigarse en el contexto del propio planeta.
Los investigadores de biofirma no han estado esperando de brazos cruzados el lanzamiento del telescopio espacial James Webb. Han pensado mucho en detectar biofirmas con el telescopio. Los científicos han propuesto que las atmósferas planetarias con abundante metano y dióxido de carbono en desequilibrio podrían ser una fuerte firma biológica. En su papel los autores señalan que "... pocos estudios han explorado la posibilidad de CH no biológico 4 y compañía 2 y pistas contextuales relacionadas ". En este caso, no biológico significa volcanes.
Los autores querían usar un modelo termodinámico para investigar si la desgasificación del magma volcánico en planetas similares a la Tierra podría poner CH 4 y compañía 2 en la atmósfera. En esencia, encontraron que es poco probable que los volcanes produzcan las mismas cantidades de metano que las fuentes biológicas. No es imposible, simplemente improbable.
Una figura del estudio. (a) y (b) muestran la producción de metano normalizada para un mundo oceánico y un mundo similar a la Tierra. (c) y (c) muestran la producción de metano multiplicada por la tasa de producción de magma de la Tierra. Para la tasa de producción de magma de la Tierra moderna, Es probable que los volcanes produzcan CH4 insignificante, lo que refuerza el caso del metano como firma biológica. Crédito:Wogan et al, 2020
Eso se debe en gran parte a que al hidrógeno le gusta permanecer en el magma. H 2 O es altamente soluble en magma, limitar la cantidad de H que se desgasifica y, en consecuencia, restringe la cantidad de CH 4 está presente en la atmósfera de un planeta. Otra razón es que CH 4 requiere magma a baja temperatura para desgasificar, mientras que la mayor parte del magma de la Tierra tiene una temperatura más alta.
En aquellos casos improbables en los que el vulcanismo podría producir grandes cantidades de metano, los autores encontraron, también producirían dióxido de carbono. La antigua Tierra arcaica era mucho más volcánicamente activa que la Tierra moderna. Durante el Eón arcaico, El flujo de calor de la Tierra fue hasta tres veces más de lo que es actualmente. Según el estudio, podría haber producido 25 veces más magma que la Tierra moderna y mucho más metano. Pero la misma actividad que produjo todo ese metano también produciría mucho más dióxido de carbono. Ese, los autores señalan, es un falso positivo detectable. Pero si se detecta abundante metano sin cantidades acompañantes de CO 2 , entonces esa es una firma biológica más confiable.
Ilustración de un artista de la Tierra arcaica primitiva, cuando el planeta era mucho más volcánicamente activo. Crédito:Tim Bertelink - Trabajo propio, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=57273984
Los autores dicen que sería difícil explicar la detección de metano y dióxido de carbono sin invocar fuentes biológicas, al menos para planetas similares a la Tierra. También concluyeron que una cantidad pequeña o insignificante de monóxido de carbono detectado en una atmósfera fortalece el CH 4 + CO 2 biofirma porque "... la vida consume fácilmente CO atmosférico, mientras que la reducción de los gases volcánicos probablemente provoque la acumulación de CO en la atmósfera de un planeta ".
Los investigadores concluyen con una nota de advertencia:señalando que todo este trabajo se basa en lo que sabemos sobre la Tierra y otros planetas de nuestro propio sistema solar. No está claro hasta qué punto ese conocimiento se puede extender a miles de exoplanetas diferentes.
"Estas conclusiones deben tomarse con cautela porque se basan en lo que se entiende sobre los procesos que ocurren en la Tierra y nuestro sistema solar, que puede ser una muestra muy escasa de lo que es posible, " escriben.
