Nu ska vi mäta rymdvarelsers andning

Det finns två möjligheter: Antingen är vi ensamma i universum eller så är vi inte det. Båda möjligheterna är lika skrämmande.

Detta citat av science fiction-författaren Arthur C. Clarke summerar våra kunskaper om liv i rymden.

Vi har inte hittat några konkreta bevis på liv, men eftersom vi har identifierat cirka 4 000 planeter i andra solsystem tror astronomerna att det mycket väl kan finnas liv någonstans där ute.

För första gången har vi nu de metoder som krävs för att hitta det ifall det nu existerar.

Under de senaste 30 åren har forskarna kartlagt exoplaneters omloppsbana, storlek och massa. Nu börjar det stora arbetet med att göra ett antal genombrott.

Ett riktigt stort sådant gjordes när en grupp forskare analyserade observationer av Hubbleteleskopet och fann tecken på vattenånga i atmosfären på en planet i ett annat solsystem.

Det var till och med en planet som kan karakteriseras som beboelig, eftersom den kretsar på rätt avstånd runt sin stjärna. Samtidigt gör dess storlek att den kan kallas jordliknande.

Därmed har astronomerna hittat det viktiga spår som gör att de kan ta språnget in i en ny guldålder för jakten på liv i rymden.

Nasas senaste planetjägare har hittat en jordliknande planet - se hur den ser ut här:

Var kan liv förekomma?

År 1993 definierade astronomen James Kasting begreppet ”den beboeliga zonen”. Flytande vatten utgör grunden för allt liv som vi känner till.

Därför måste vi, enligt Kasting, fastlägga det avstånd från en stjärna där temperaturen gör att vatten varken förångas eller fryser.

Den beboeliga zonen kallas också för Guldlockzonen, efter sagan i vilken gröten varken får vara för varm eller för kall. Definitionen har fungerat som riktmärke för forskarnas syn på solsystem.

Två år efter det att Kastings artikel publicerades upptäckte astronomerna 51 Pegasi b, den första identifierade exoplaneten som kretsar runt en stjärna som påminner om vår sol.

Planeten upptäcktes med hjälp av metoden radialhastighet. Det innebär att astronomerna mäter förskjutningar av våglängderna i stjärnljus som påverkas av planetens gravitation då planeten drar i stjärnan på sin väg runt den.

Planetens massa kan beräknas med hjälp av förskjutningen av ljuset. Massan gör att ljuset blir dels ”utsträckt” och rödaktigt, dels ”hoptryckt” och blåaktigt.

Guldlockzonen blir verklighet

Sedan år 1995 har det byggts större och skarpare teleskop på jorden samtidigt som fler avancerade rymdteleskop letar efter exoplaneter.

Astronomer har inte bara observerat planeters massa, som i fallet med 51 Pegasi b, utan även mätt deras diameter.

Rymdteleskopet Cheops, som sändes upp i december 2019, ska fastslå just diametermått för planeter som redan upptäckts med teleskop på jorden.

Diametern kan fastslås med transitmetoden, då forskare mäter hur mycket en stjärnas ljusstyrka minskar när en planet passerar framför den.

När astronomerna känner till en planets massa och storlek kan de beräkna densiteten och komma fram till om planeten är exempelvis en gasplanet som Jupiter och Saturnus eller en stenplanet som jorden och Venus.

I dag har cirka 4 000 exoplaneter observerats och bekräftats med hjälp av tele­skop som Hubble, Kepler och Spitzer.

Astronomerna har en detaljrik katalog över planeter och Guldlockzonen är inte längre bara ett begrepp taget från sagornas värld, utan ett väldokumenterat fenomen.

Vattenånga inleder ny tidsålder

I september 2019, då ny forskning påvisade vatten i atmosfären på planeten K2-18 b, lade astronomerna en viktig bit i pusslet om liv i rymden.

Planeten, som befinner sig cirka 110 ljusår från vårt solsystem, har åtta gånger större massa än vad jorden har och är en så kallad superjord.

Eftersom planeten befinner sig nära sin stjärna tar det bara 33 dygn för den att fullborda ett kretslopp, men planetens temperatur är inte alltför hög eftersom stjärnan är betydligt svagare än vår sol.

När astronomer studerade K2-18 b med Hubbleteleskopet såg de att en del av ljuset från stjärnan absorberas av molekyler när det passerar genom planetens atmosfär.

Våglängderna på ljuset som ”försvinner” längs vägen stämde överens med en bekant molekyl som absorberar ljus: Vatten. Forskarna hade hittat vattenånga i atmosfären och en analys tyder rentav på att klimatet på K2-18 b sannolikt präglas av regn.

Begreppet Guldlockzonen backas nu upp av ett vattenfynd. Forskarna vet ännu inte vilka betingelser för liv det finns på K2-18 b, men fyndet utgör ett viktigt genombrott som innebär en ny tidsålder för utforskningen av rymden.

Nu fokuserar forskarna på planeter som är så lika jorden att vi med vetenskapliga belägg kan säga att vi kan förvänta oss att hitta liv.

Vi går från kartläggning av lovande planeter till konkreta observationer som avgör vilken av Arthur C. Clarkes två möjligheter som stämmer. Är vi ensamma eller inte?

Föreställ dig en framtid där livets existens utanför solsystemet inte längre är en obesvarad fråga. Livet har påvisats vetenskapligt på tusentals eller miljontals planeter.

Metangasen från primitiva djurs matspjälkningssystem har uppmätts med hjälp av avancerade teleskop, och ljus från rymdfarkoster tillverkade av intelligenta civilisationer har observerats.

Låter det som science fiction? Det anser inte 58-årige Avi Loeb, som är teoretisk fysiker, astronom och chef för Harvards astronomiska institut.

”Vi vet inte om det finns liv någon annanstans”, börjar Avi Loeb med att konstatera när Illustrerad Vetenskap når honom på telefon i Boston.

”Men vi vet att de fysiska förhållandena på miljardtals planeter bara i Vintergatan liknar de på jorden. Och då är vår galax en av biljontals (tusentals miljarder, red.) i det observerbara universum.

Därför tycker jag att det känns arrogant att säga att vi skulle vara så speciella att förhållandena på jorden inte skulle förekomma någon annanstans.

För mig känns det som den mest naturligaste saken i världen att det finns liv så som vi känner till det även i andra delar av rymden – ja, till och med liv som är betydligt mer avancerat än vårt.”

Avi Loeb tror inte bara att det finns liv där ute. Han förklarar också att vi nu börjar få den teknik som krävs för att hitta tecken på rymdvarelser.

Därmed kan astronomin ta ett stort steg i jakten på liv i rymden. Från det att de första exoplaneterna hittades för cirka 30 år sedan har vi letat efter planeter som skulle kunna ha flytande vatten och därmed eventuellt vara beboeliga.

Nu zoomar vi in och letar efter konkreta livstecken. Nu handlar det om huruvida det faktiskt finns liv på en viss planet.

Enligt Avi Loeb kommer en lång rad nya teleskop och tekniker att ge oss sådana svar.

Finns det liv därute och i så fall: Var? Den kände astronomen Frank Drake ger oss sitt förslag:

Nya, kraftfulla teleskop

På några få årtionden har våra kunskaper om exoplaneter ökat enormt mycket, men vi har fortfarande bara en pixlig bild av hur de ser ut.

På grund av universums enorma avstånd är våra teleskop pressade till gränsen. Det är svårt att fånga ljus från exoplaneter, inte minst för att de lätt försvinner i ljuset från sina stjärnor.

Efter fyndet av vatten­ånga på exoplaneten K2-18 b förklarade astrofysikern Ingo Waldmann exempelvis för nätmediet The Verge hur svårt det är att undersöka en planet på 110 ljusårs avstånd.

Det motsvarar att stå i New York och försöka se färgen på vingarna på en mygga som passerar framför en strålkastare i London.

Nästa generation teleskop, som kommer att bli betydligt kraftfullare, lär dock snart ge astronomerna nya möjligheter att studera planeterna.

I Chile ska exempelvis teleskopet Vera C. Rubin Observatory (VCRO) från år 2022 bygga upp ett detaljerat fotoalbum av natthimlen genom att fotografera av den under tio år.

Teleskopet förväntas kunna upptäcka många nya exoplaneter, och från år 2025 kan det 39,4 meter stora teleskopet European Extremely Large Telescope (ELT) studera planeterna närmare.

Diametern på ELT:s största spegel är fyra gånger större än det största nuvarande optiska teleskopet på jorden.

Och i rymden får vi från år 2021 James Webb-teleskopet, som har en spegel med en diameter på 6,5 meter – betydligt större än föregångaren Hubbles 2,4 meter.

Förutom att ha en större spegel som fångar in mer ljus är James Webb-teleskopet byggt för att observera ljus i infraröda våglängder, detta till skillnad från Hubble som observerar ultraviolett och synligt ljus.

Därför är James Webb-teleskopet bättre lämpat för att undersöka exoplaneters atmosfär.

Molekyler skvallrar om liv

Med James Webb-teleskopet i omloppsbana runt jorden kan astronomer runtom i världen studera atmosfärer för att hitta de spår som vi vet att levande organismer efterlämnar.

Växtlivets foto­syntes och djurlivets andning skapar till exempel ett kretslopp av mätbara gaser. Astronomerna kallar dessa spår för biosignaturer.

Förutom syre från växters fotosyntes kan de även vara metangas från djur. Med hjälp av James Webb-teleskopet ska forskarna använda sig av metoden spektroskopi.

När ljuset från en stjärna passerar genom en exoplanets atmosfär och sedan når fram till oss har det förändrats på vägen.

En del av ljuset har böjts, medan andra delar har absorberats av molekyler i atmosfären.

Vissa molekyler absorberar ljus i särskilda våglängder, vilket innebär att ljusets sammansättning avslöjar närvaron av specifika molekyler.

Vi ska dock inte nöja oss med att hitta antingen syre eller metan, menar Avi Loeb.

Om astronomer identifierar både syre och metan i en atmosfär vore det en starkare indikation på biologiskt liv.

Metan är nämligen en så kallad reducerande gas, som med tiden avlägsnar syret i atmosfären om det inte hela tiden förnyas genom exempelvis växters fotosyntes.

En forskargrupp vid McGill University i Kanada har studerat det spektrum av ljus som kan avläsas från gaserna i jordens atmosfär.

På så sätt har de kommit fram till jordens ”fingeravtryck”, ett spektrum av ljus som omfattar jordens kombination av vatten, metan, syre och koldioxid.

Fingeravtrycket kan astronomerna använda som jämförelse när de studerar exoplaneters atmosfär.

Solceller lyser på natten

Biosignaturer håller på att bli ett populärt forskningsområde, men Avi Loeb berättar att vissa forskare redan har gått ett steg längre än atmosfärer och bland annat letar efter ljus från växter i haven på exoplaneter.

Eventuellt avger vegetationen rött ljus när den träffas av ultraviolett ljus från en stjärna, ett fenomen som kallas biofluorescens och som är känt från växter på jorden.

Ljusets färg gör att astronomerna kallar växternas ljus för ”röda kanten”, som kanske även finns på exoplaneter.

”Samma röda kant kan vi leta efter hos planeter runt andra stjärnor. Kanten kan visa att det finns vegetation på ytan”, säger Avi Loeb.

Bara att hitta ljus från växter vore sensationellt, men Avi Loeb tycker att jakten på liv borde vara ännu mer ambitiös – att vi bör leta efter intelligent liv.

Astronomerna kan använda samma grundprincip som gäller för röda kanten för att leta efter solceller på en främmande planet.

Om en främmande civilisation använder solceller som påminner om våra reflekterar de ljus med kortare våglängd än växter. Då uppstår en ”artificiell” kant som är mer blå än röd.

”Det skulle tyda på intelligent liv. Och för intelligent liv kommer vi kanske att kunna se signalerna på större avstånd, eftersom signalerna kan vara starkare”, säger Avi Loeb, som har en konkret exoplanet i åtanke: Proxima b.

Denna planet i närheten av solens grannstjärna Proxima Centauri kretsar cirka 20 gånger närmare sin stjärna än vad jorden gör runt solen.

I gengäld lyser Proxima Centauri betydligt svagare än vår stjärna. Det korta avståndet till stjärnan innebär att planeten är låst i en så kallad bunden rotation med stjärnan, så att den i likhet med månen har en permanent upplyst dagsida och en permanent mörk nattsida.

”Om det finns en civilisation på planeten har de kanske byggt solceller på dagsidan för att överföra värme eller producera el till belysning av den mörka sidan.

Det kan man enkelt ta reda på genom att hitta en avvikelse i den mängd ljus som planeten avger i förhållande till mängden ljus ifall planeten hade haft en helt mörk nattsida”, säger Avi Loeb.

Gatubelysning korsar universum

Avi Loeb vet att vissa astronomer kritiserar honom för att lägga fram orealistiska teorier.

Det tar han dock med fattning. Han nämner svarta hål och gravitationsvågor som exempel på att vetenskapen ofta inte kan bekräfta teorier förrän flera årtionden efter det att de presenterats.

Själv lade han fram en teori år 2011 då han tillsammans med sin kollega Edwin Turner vid Princeton University publicerade en vetenskaplig artikel där de räknar ut att nattljuset från Tokyo i Japan skulle kunna observeras med Hubbleteleskopet från Kuiperbältet – ett avlägset beläget bälte av kometer och asteroider cirka hundra gånger längre bort från solen än jorden.

I samma artikel kom de fram till att ljuset från en artificiell källa, exempelvis en tekniskt avancerad civilisation – eller rättare sagt det sätt på vilket ljuset dämpas när exoplaneten avlägsnar sig från oss – kan beskrivas med en helt annan formel än det stjärnljus som reflekteras från planetens yta på naturlig väg.

Enligt den gängse kunskapen borde dessa formler vara likadana, och därmed visste Loeb och hans kollega att det åtminstone är teoretiskt möjligt att skilja mellan artificiellt och naturligt ljus.

”När folk tror att de redan vet någonting tar de inte reda på om det verkligen stämmer”, säger Avi Loeb.

Rymdfarkoster avger ljussken

Kanske behöver vi inte leta så långt bort för att hitta tecken på främmande varelser. De kommer kanske till oss.

Den 19 oktober 2017 observerade en grupp astronomer Oumuamua, det första interstellära objektet på väg genom solsystemet. Objektet rörde sig med en acceleration som normalt är förbehållen kometer.

Astronomerna såg dock ingen kometsvans. Det fick Avi Loeb att överväga om accelerationen kom från ett ljussegel som använder strålningstrycket från en ljuskälla, till exempel en laser, för att driva en rymdfarkost genom att rikta ljuset mot ett reflekterande segel.

Tekniken har potential att driva rymdfarkoster betydligt snabbare än vår tids kemiska raketer.

Kanske har en främmande civilisation redan bemästrat denna teknik, menar Loeb, och kanske var Oumuamua en rymdfarkost därifrån.

Hur som helst bör vi leta efter tecken på ljus­segel och liknande, till exempel med det kommande Vera C. Rubin-teleskopet.

”Om man använder en kraftig ljusstråle i det syftet (ljussegel, red.) läcker kanske en del av ljuset utanför seglet och då kan vi se det om vi befinner oss i den riktningen.

Det skulle visa sig som ett kort, kraftigt ljussken, och det kan vi leta efter”, säger Avi Loeb.

Om vi lyckas observera reflektioner från solcellsanläggningar på främmande planeter, civilisationers föroreningar eller glimtar från rymdfarkoster skulle det inte bara vara ett genombrott för astronomin och troligen kickstarta en ny rymdkapplöpning.

Det skulle medföra en helt ny förståelse av vår existens i universum, enligt Avi Loeb.

”Om de (rymdvarelserna, red.) har haft en miljard år på sig att utveckla sin vetenskap och teknik kommer de att framstå som gudar för oss.

Jag skulle fråga dem vad meningen med livet är. Det är en grundläggande fråga. Kanske har de svaret.”