Przez wiele miliardów lat życie na Ziemi było dobrze zamaskowane przed zewnętrznymi obserwatorami, a my z kolei możemy przypadkowo przegapić życie na innych planetach z podobnych powodów: wciąż jest zbyt proste.
Badacze ze Stanów Zjednoczonych zastanawiali się, w jakim momencie historii Ziemi hipotetyczny obserwator kosmitów mógłby wykryć na niej życie. Według ich obliczeń przez prawie 90 procent historii planety dla zewnętrznych obserwatorów powinna wyglądać na niezamieszkaną. Odpowiedni artykuł jest wysyłany do publikacji w Astrobiology, a jego tekst można znaleźć na serwerze preprint Cornell University.
Naukowcy zastanawiali się, jak w całej historii planety zmieniał się stosunek tlenu, ozonu i metanu w atmosferze. Gazy te często nazywane są biomarkerami, ponieważ obecnie na Ziemi powstają biogenicznie, czyli w wyniku działalności organizmów żywych. Według tej grupy badaczy w przeszłości na Ziemi były one również produkowane biogenicznie. Okazało się, że stosunek tlenu, ozonu i metanu w atmosferze ziemskiej zmieniał się według bardzo złożonych praw, które są trudne do wykrycia przez zewnętrzne obserwacje astronomiczne. W szczególności produkcja tlenu przez życie ziemskie rozpoczęła się setki milionów lat przed pojawieniem się wolnego tlenu w atmosferze. Przez bardzo długi czas wszystko to przeznaczano na utlenianie martwej materii organicznej pozostawionej przez poprzednie pokolenia bakterii, które jeszcze nie wytwarzały tlenu.
Zawartość metanu w atmosferze zmieniała się dramatycznie w całej historii planety. Zanim pojawiły się duże ilości tlenu, może nie istnieć warstwa ozonowa chroniąca metan przed promieniowaniem ultrafioletowym. Dlatego żywotność cząsteczek tego gazu w tamtym czasie była bardzo krótka. Po pojawieniu się tlenu wzrósł, podobnie jak stężenie metanu. Jednak gdy tylko zawartość tlenu osiągnęła kilka procent, stężenie metanu ponownie spadło. Tlen i para wodna przyczyniły się do powstania • OH - rodników hydroksylowych, które szybko niszczą cząsteczki metanu. Jak zauważają autorzy, z zewnątrz, bez lądowania na planecie i uzyskania niezwykle dokładnych widm, trudno jest zrozumieć, która z powyższych faz jest lokalną atmosferą.
Autorzy doszli do wniosku, że jeszcze 2,5 mld lat temu wykluczono z zewnątrz wykrycie biogennego tlenu i ozonu w gazowej powłoce Ziemi, a 2,5–0,5 mld lat temu było to bardzo trudne. Pomimo pojawienia się tlenu, jego stężenie nadal pozostawało niskie: nadal utleniał materię organiczną minionych epok. Ale metan po pojawieniu się tlenu, czyli przez całe ostatnie 2,5 miliarda lat, często byłby nierealistyczny do wykrycia z odległości międzygwiazdowych. Jednak nawet odkrywając go przed tym wydarzeniem, trudno byłoby z całą pewnością zadeklarować biogeniczne pochodzenie tego gazu. Układ słoneczny, przynajmniej na Tytanie, zawiera metan i podobne węglowodory. Uważa się jednak, że gaz ten powstaje tam w sposób nieorganiczny.
Osobno badacze zajmują się biosferami, które znajdują się głównie w oceanach. Zwracają uwagę, że przed zagospodarowaniem terenu procesy wiązania biogennego metanu i tlenu w dużej mierze zachodzą w hydrosferze i nie są w żaden sposób odzwierciedlane w atmosferze. Tlen jest wiązany przez pozostałości organiczne w wodzie, a metan jest konsumowany przez żywe mikroorganizmy oceaniczne. Ten scenariusz panował na Ziemi do okresu kambru, czyli przez miliardy lat. Autorzy klasyfikują taką biosferę jako kamuflaż. Używając teleskopów, które są dziś technicznie dostępne dla ludzkości, niezwykle trudno jest go wykryć nawet z odległości kilkudziesięciu lat świetlnych.
Wiele tysięcy kandydatów na egzoplanety zostało odkrytych w ostatnich latach przy użyciu teleskopów kosmicznych. Dziesiątki z nich mają już dane o składzie atmosfery. Następna generacja teleskopów kosmicznych, takich jak James Webb czy TESS, rozpocznie pracę w nadchodzących latach. Będą mogli uzyskać dane o składzie atmosfer dość małych planet podobnych do Ziemi. Wcześniej sądzono, że zaraz po tym, dzięki wykryciu gazów biomarkerowych, będzie można z całą pewnością stwierdzić, czy w sąsiednich układach gwiezdnych istnieje życie.
Krytycy tego podejścia wskazywali na Marsa, gdzie każdego lata lokalnie pojawia się metan, ale nie udało się jeszcze zrozumieć, czy jest on biogenny, czy nie. Jak zauważają, naiwnością jest wierzyć, że będziemy w stanie zrozumieć, czy życie istnieje w promieniu lat świetlnych od nas, jeśli nie możemy powiedzieć nic na pewno o jego istnieniu zaledwie dwie lub trzy minuty świetlne od Ziemi. Nowa praca pokazuje, że teleskopy w najbliższej przyszłości mogą z pewnością wykryć tylko wysoce zaawansowane formy życia, takie jak to, które było obecne na Ziemi od 500 milionów lat. Inne opcje, takie jak bakterie lub pierwotniaki, są nadal dla nich niedostępne. Sądząc po naszej planecie, może to oznaczać, że tylko niewielka część wszystkich istniejących biosfer w pobliskich układach gwiezdnych zostanie zidentyfikowana w dającej się przewidzieć przyszłości.
Film promocyjny: