Nå skal vi måle pusten til romvesener

Det er to muligheter: Enten er vi alene i universet, eller så er vi ikke det. Begge muligheter er like skremmende.

Sitatet fra science fictionforfatteren Arthur C. Clarke oppsummerer vår nåværende kunnskap om liv i verdensrommet.

Vi har ingen konkrete beviser på liv der ute, men vi har i dag funnet om lag 4000 kloder i andre solsystemer, så astronomer mener at livet godt kan gjemme seg andre steder.

Og for første gang har vi nå gode nok metoder til å avgjøre spørsmålet.

Forskerne har kartlagt eksoplanetenes baner, størrelser og masser i løpet av de siste 30 årene, og nå begynner det store arbeidet å føre til en rekke gjennombrudd.

Det aller største kom da forskere analyserte observasjoner fra Hubble-teleskopet og fant tegn på vanndamp i atmosfæren på en planet i et annet solsystem.

Faktisk en planet som kan karakteriseres som beboelig fordi den går i bane rundt stjernen i den rette avstanden, og samtidig kan ha en størrelse omtrent som jorden.

Astronomene har dermed funnet det avgjørende sporet som gjør at de kan ta spranget inn i en ny gullalder for jakten på liv i verdensrommet.

NASAs nyeste planetjeger har funnet en jordlignende planet - se hvordan den ser ut her:

Hvor kan livet være?

I 1993 definerte astronomen James Kasting begrepet «den beboelige sonen».

Flytende vann er grunnlaget for alt liv vi kjenner til. Derfor må vi, sa Kasting, fastlegge den avstanden fra en stjerne der temperaturen innebærer at vann verken fordamper eller fryser.

Den beboelige sonen fikk tilnavnet «Gullhår-sonen» etter eventyret der grøten verken skal være for varm eller for kald.

Definisjonen har fungert som rettesnor for hvordan forskere analyserer andre solsystemer.

To år etter at Kastings artikkel kom ut, fant astronomer 51 Pegasi b, den første eksoplaneten som går i bane rundt en stjerne som ligner vår egen sol.

Planeten ble funnet ved hjelp av analyser av radialhastighet, der astronomene måler forskyvninger i bølgelengden av stjernelys, noe som skyldes tyngdekraften fra planeten som trekker i stjernen som går rundt.

Ut fra forskyvningen av lyset kan planetens masse beregnes. Jo større masse, jo mer blir lyset «strekt ut» og dermed rødere, dels «sammenpresset» og dermed mer blått.

Gullhår-sonen blir virkelig

Siden 1995 er det bygget større og skarpere teleskoper på jorden, og vi har sendt mer og mer avanserte romteleskoper på eksoplanetjakt. Astronomer har observert ikke bare planetenes masser, som det var tilfellet med 51 Pegasi b, men også diameter.

Romteleskopet CHEOPS, som ble sendt opp i desember 2019, skal nettopp fastlegge diametermål for planeter som allerede er oppdaget ved hjelp av teleskoper på jorden.

Diameteren kan måles med transittmetoden, der forskere måler hvor mye lysstyrken til en stjerne faller mens en planet beveger seg foran den.

Når astronomene kjenner verdiene for planetens masse og størrelse, kan de regne ut tettheten, og dermed om planeten for eksempel er en gassplanet som Jupiter og Saturn eller en fast steinplanet som jorden og Venus.

I dag er omkring 4000 eksoplaneter observert ved bruk av teleskoper som Hubble, Kepler og Spitzer. Astronomer har en detaljert katalog over planeter, og «Gullhår-sonen» er ikke lenger bare et begrep som stammer fra eventyrernes verden, men et veldokumentert fenomen.

Vanndamp åpner ny tidsalder

I september 2019 la astronomer en avgjørende brikke til puslespillet om liv i verdensrommet, da ny forskning påviste vann i atmosfæren på planeten K2-18 b.

Planeten er om lag 110 lysår fra solsystemet og er åtte ganger tyngre enn jorden, altså en såkalt superjord.

Planeten er tett på stjernen og bruker bare 33 døgn på å reise en runde rundt den, men temperaturene på den er moderate, ettersom stjernen er vesentlig svakere enn vår sol.

Og da astronomer studerte K2-18 b ved hjelp av Hubble-teleskopet, så de at litt av lyset fra stjernen ble tatt opp av molekyler når det passerte gjennom planetens atmosfære.

Bølgelengdene på det lyset som «forsvant» underveis, stemte overens med et velkjent molekyl som kan ta opp lys – H20.

Forskerne hadde funnet vanndamp i atmosfæren – og en analyse pekte faktisk i retning av at regnvær sannsynligvis preger klimaet på K2-18 b.

Begrepet Gullhår-sonen fikk nå støtte av en observasjon av vann. Selv om forskere fortsatt er i tvil om akkurat hvor gode betingelser livet har på K2-18 b, er funnet et enormt gjennombrudd – et gjennombrudd som åpner en ny tidsalder for utforskningen av verdensrommet.

Nå zoomer forskerne inn på planeter som er så like jorden at vi med vitenskapelig belegg kan si at vi kan forvente å finne livstegn der.

Vi går fra å kartlegge «Gullhår-planeter» til å gjøre konkrete observasjoner som avgjør hvilken av Arthur C. Clarkes to muligheter som er riktig: Er vi alene – eller er vi ikke?

Forestill deg en framtid der livets eksistens utenfor solsystemet ikke lenger er et ubesvart spørsmål. Livet er påvist vitenskapelig på tusenvis eller millioner av kloder der ute.

Metangassen fra fordøyelsessystemet til primitive dyr har blitt målt med avanserte teleskoper, og lyset fra romskip laget av høyt intelligente sivilisasjoner har blitt observert.

Høres det ut som ren science fiction? Det synes ikke 58 år gamle Avi Loeb. Han er astrofysiker og leder av Harvards institutt for astronomi.

«Vi vet ikke om det finnes liv andre steder», begynner Loeb med å konstatere når Illustrert Vitenskap får fatt på ham via telefon. «Men vi vet at de fysiske forholdene på milliarder av planeter bare i Melkeveien ligner det vi finner på jorden.

Og galaksen vår er bare én av billioner (1000 milliarder, red.) i det observerbare universet. Så på meg virker det arrogant å si at vi er veldig spesielle, og at forholdene på jorden ikke kan finnes andre steder.

Det virker helt naturlig for meg at det er liv som vi kjenner det andre steder i verdensrommet – og faktisk liv som er mye mer avansert.»

Ikke bare finnes livet der ute, mener Loeb. Han forklarer også at vi nå begynner å få teknologien til å finne tegn på vaskeekte romvesener.

Dermed kan astronomien ta et kvantesprang i jakten på liv i verdensrommet. Siden de første eksoplanetene ble funnet for om lag 30 år siden og fram til i dag, har vi sett etter om planeter «kunne» romme flytende vann, og om de «kunne» være beboelige.

Nå zoomer vi inn og leter etter konkrete livstegn. Ikke mer «kunne» – nå handler det om «er»: Er det liv på denne planeten?

Ifølge Avi Loeb vil en lang rekke nye teleskoper og teknikker gi oss svaret.

Er det liv der ute, og i så fall: hvor? Den berømte astronomen Frank Drake kommer med sin vurdering:

Nye teleskoper fokuserer

Kunnskapen vår om eksoplaneter har utviklet seg raskt på noen få tiår, men vi har fortsatt bare et uklart bilde av hvordan de ser ut.

Teleskopene våre er presset til grensen på grunn av de enorme avstandene i universet. Det er vanskelig å fange opp lys fra eksoplaneter, ikke minst fordi de så lett forsvinner i lyset fra stjernene sine.

Etter funnet av vanndamp på eksoplaneten K2-18 b forklarte astrofysikeren Ingo Waldmann for eksempel til nettmediet The Verge hvor vanskelig det er å undersøke en planet som ligger 110 lysår unna: Det svarer til å stå i New York og prøve å bestemme fargen på vingene av en mygg som passerer foran en prosjektør i London.

Men den kommende generasjonen av teleskoper vil snart gi astronomer nye muligheter for å studere planetene i detalj.

I Chile skal teleskopet Vera C. Rubin Observatory (VCRO) for eksempel fra 2022 bygge opp et detaljert fotoalbum av nattehimmelen ved å fotografere den over en periode på ti år.

Teleskopet ventes å kunne oppdage et hav av nye eksoplaneter, og fra 2025 kan det 39,4 meter store teleskopet European Extremely Large Telescope (ELT) studere planetene nærmere.

Diameteren på ELTs største speil er fire ganger større enn det største optiske teleskopet på jorden i dag.

Og fra 2021 får vi James Webb Space Telescope, som har et speil med en diameter på 6,5 meter, mye større enn speilet til forgjengeren Hubble, som var på 2,4 meter.

I tillegg til å ha et større speil som kan fange inn mer lys, er James Webb-teleskopet bygget til å observere lys i infrarøde bølgelengder i motsetning til Hubble-teleskopet, som observerer ultrafiolett og synlig lys. Derfor er James Webb-teleskopet bedre egnet til å undersøke atmosfærene på eksoplaneter.

Molekyler forteller om liv

Med James Webb-teleskopet i bane rundt jorden kan astronomer verden over finstudere atmosfærer for å finne de sporene som vi fra vår egen klode vet at levende organismer etterlater.

Når plantene driver fotosyntese og dyrelivet puster inn og ut, skaper det et spesielt kretsløp av gasser, og det kan måles.

Astronomer kaller disse sporene biosignaturer, og det kan for eksempel være oksygen fra planters fotosyntese, men også metangass som stammer fra dyr.

Forskerne vil ved hjelp av James Webb-teleskopet bruke metoden spektroskopi. Når lyset fra en stjerne passerer gjennom atmosfæren til en eksoplanet og senere når fram til oss, har det endret seg underveis.

Noen bølgelengder har blitt bøyd av, mens andre bølgelengder har blitt absorbert av molekyler i atmosfæren. Bestemte molekyler absorberer lys ved bestemte bølgelengder, og derfor avslører lysets sammensetning om det finnes spesifikke molekyler der.

Og vi skal ikke være fornøyd med å finne enten oksygen eller metan, forklarer astronomen Avi Loeb. Hvis astronomer for eksempel måler nærværet av både oksygen og metan i en atmosfære, vil det være en sterkere indikator for biologisk liv.

Forklaringen er at metan er en såkalt reduserende gass, som med tiden vil fjerne oksygen fra atmosfæren med mindre oksygenet hele tiden fornyes via for eksempel fotosyntese.

En forskergruppe fra McGill University i Canada har studert spekteret av lys som kan leses ut av gassene i jordens atmosfære.

Dermed har de funnet fram til jordens «fingeravtrykk», et helt spektrum av lys som dekker over jordens kombinasjon av vann, metan, oksygen og karbondioksid.

Det fingeravtrykket kan astronomer bruke som sammenligningsgrunnlag når de undersøker atmosfærene til eksoplaneter.

Solceller lyser om natten

Biosignaturer holder på å bli et populært forskningsfelt, men Avi Loeb forteller at noen forskere allerede går et skritt videre enn atmosfærer og for eksempel vil se etter lys fra planter i havene på eksoplaneter, for det er mulig at vegetasjon her sender ut rødt lys, når de blir truffet av ultrafiolett lys fra en stjerne – et fenomen som kalles biofluorescens og er velkjent fra vår planter her på jorden. Astronomer kaller også plantenes lys «den røde kanten», og det finnes kanskje også på eksoplaneter.

«Vi kan se etter den samme røde kanten på planeter omkring andre stjerner, noe som kan indikere at de har vegetasjon på overflaten», forklarer Loeb.

Hvis vi finner lys fra planter, vil det være sensasjonelt i seg selv, men Loeb mener at jakten på liv bør bli mer ambisiøs enn det: Vi bør lete etter intelligente vesener.

For eksempel kan astronomer bruke samme grunnprinsipp som gjelder for «den røde kanten» til å lete etter solceller på en fremmed planet.

Hvis en fremmed sivilisasjon bruker solceller som vi kjenner dem, vil de reflektere lys ved kortere bølgelengder enn planter og derfor i stedet gi en «kunstig kant» som nærmere er blå enn rød.

«Det ville indikere intelligent liv. Og for intelligent liv vil vi kanskje kunne se signalene på større avstand», sier Loeb, som har en konkret eksoplanet i tankene: Proxima b.

Planeten går i bane rundt solens nabostjerne, Proxima Centauri, og befinner seg omtrent 20 ganger nærmere stjernen enn jorden er til solen.

Til gjengjeld gløder Proxima Centauri vesentlig svakere enn stjernen vår. Den korte avstanden til stjernen innebærer at planeten er fastlåst i en såkalt synkron rotasjon med stjernen, slik at den akkurat som månen har en permanent opplyst dagside og en permanent mørklagt nattside.

«Hvis det er en sivilisasjon på planeten, vil de kanskje ha bygget solceller på dagsiden for å kunne produsere strøm til å opplyse den mørke siden eller overføre varme.

Og det vil man lett kunne finne ut ved å finne et avvik i den mengden av lys planeten sender ut, sammenlignet med lysmengden i den situasjonen hvor planeten ville ha en helt mørk nattside», sier Loeb.

Gatebelysning krysser universet

Loeb vet at noen astronomer kritiserer ham for å framsette urealistiske teorier. Men det tar han på strak arm. Han nevner svarte hull og gravitasjonsbølger som eksempler på det ofte tar mange år før vitenskapen kan teste teorier.

Selv framsatte han en teori i 2011. Sammen med kollegaen Edwin Turner fra Princeton University utga han en forskningsartikkel der de regnet seg fram til at lyset fra Tokyo om natten ville kunne ses med Hubble-teleskopet fra Kuiperbeltet – et avsidesliggende belte av kometer og asteroider om lag 100 ganger lenger fra solen enn det jorden er.

I samme artikkel kom de to forskere fram til at lyset fra en kunstig kilde som for eksempel en teknologisk sivilisasjon – eller rettere sagt den måten lyset dempes på når eksoplaneten fjerner seg fra oss – kan beskrives ved en helt annen formel enn det stjernelyset som naturlig reflekteres fra planetens overflate.

Det har vært vanlig blant forskerne på området å anta at formlene ville være like, og dermed viste Loeb og Turner at det i hvert fall er teoretisk mulig å skille kunstig og naturlig lys fra hverandre:
«Når folk tror at de vet svaret på forhånd, undersøker de ikke om det det faktisk er riktig», sier Loeb.

Romskip sender ut lysglimt

Kanskje trenger vi ikke å se så langt unna for å finne tegn på høyteknologiske, fremmede vesener. Det kan være at de kommer til oss. 19. oktober 2017 observerte astronomer det første interstellare objektet, ’Oumuamua, på vei gjennom solsystemet.

Objektet beveget seg med en akselerasjon som normalt er forbeholdt kometer. Men astronomene kunne ikke finne noen komethale, og det fikk Loeb til å vurdere om akselerasjonen kom fra et lysseil.

Det innebærer at strålingstrykket fra en lyskilde – for eksempel en laser – brukes til å drive et romfartøy framover ved å sende lyset inn mot et reflekterende seil.

Teknologien har potensial til å drive romfartøy mye raskere fram enn dagens kjemiske raketter. Kanskje, sier Loeb, har en fremmed sivilisasjon allerede mestret teknologien, og ’Oumuamua var et romfartøy derfra.

I hvert fall bør vi lete etter tegnene på lysseil og lignende – for eksempel med det kommende Vera C. Rubin-teleskopet.

«Hvis du har en kraftig lysstråle til det formålet (lysseil, red.), vil litt av lyset kanskje lekke utenfor seilet, og da kan vi se det hvis vi befinner oss i den retningen. Det ville vise seg som et kraftig lysglimt i et kort øyeblikk, og det kan vi lete etter», sier Loeb.

Hvis vi klarer å observere refleksjoner fra solcelleanlegg på fremmede planeter, spor etter forurensning eller glimt fra romfartøy, vil det ikke bare være et gjennombrudd for astronomien og sannsynligvis starte et nytt romkappløp. Det vil kunne åpne en helt ny forståelse for vår eksistens i universet, sier Loeb.

«Hvis romvesenene for eksempel har hatt en milliard år mer til å utvikle vitenskap og teknologi, vil de være som guder for oss. Da ville jeg spørre dem hva meningen med livet er. Det er et veldig grunnleggende spørsmål, og de har kanskje svaret.»