Hvordan astronomer kom til å tro at vi sannsynligvis ikke er alene

NASA har lenge mistenkt at liv var mulig, til og med sannsynlig, på andre planeter. Den virkelige betydningen av Kepler-nyhetene denne uken: mer motivasjon til å finansiere videre leting.

En kunstners gjengivelse av Keplers planetkandidater som kretser rundt foran hjemmestjernene deres (NASA)

For den gjennomsnittlige amerikaneren kan nyhetene om NASAs Kepler-romfartøy som oppdager bevis på potensielt milliarder av jordlignende planeter i beboelige solbaner i universet føles som et paradigmeskiftende øyeblikk. Hvis det er milliarder av jordlignende planeter der ute, går muligheten for at liv eksisterer et annet sted enn Jorden plutselig fra å virke som en odds-mot til en odds-on-forestilling.

Men for NASAs forskere hadde dette paradigmet endret seg lenge før overskriftene kom—faktisk før Kepler lanserte.

Mens majoriteten av publikums oppmerksomhet (og NASAs finansiering) i løpet av de siste tiårene var fokusert på menneskelig romfart-programmet, ble NASAs astronomiske vitenskapsprogram sakte i ferd med å sløyfe noen av de største mysteriene i universet,inkludert opprinnelsen til de elementene som er nødvendige for liv.Da NASA ble grunnlagt i 1958, hadde astronomer allerede funnet ut at alle de tyngre grunnstoffene i det periodiske systemet,som er nødvendige for livet slik vi kjenner det,ikke bare kunne produseres, men faktisk var produsert i høytemperatur supernovaeksplosjoner av store stjerner. Hvordan disse materialene kan transporteres til potensielle planeter i bane rundt fortsatt friske stjerner, var imidlertid fortsatt et mysterium.

Ti år senere begynte forskere å finne bevis på vann og en rekke elementer i det interstellare rommet, noe som betydde at disse elementene kunne reise bort fra der de ble dannet. Men det var fortsatt ikke med på å få nok av disse elementene til en planets overflate for å vekke liv.

Gå inn i kometene. På slutten av 1980-tallet og begynnelsen av 1990-tallet hadde forskning på kometenes sammensetning vist at kometer inneholdt – og frigjorde, på forskjellige punkter i deres banebaner – spor av alle elementene som er nødvendige for ikke bare liv, men karbonbasert liv som vi vet. den. En av detaljene innen astronomi jeg synes er mest fascinerende er at hvert element i det periodiske systemet produserer sitt eget unike fingeravtrykk på det elektromagnetiske spekteret. Så hvis du ser på et kosmisk objekt gjennom et spektrografisk instrument, kan du se, selv fra lysår unna, hvilke elementer det inneholder. (NASAs Stardust-oppdrag, lansert i 1999, bekreftet de spektrografiske forestillingene om kometer med faktisk materiale samlet inn fra halen til Wild 2-kometen, returnert til jorden i en kapsel utstyrt med fallskjerm.)

Eksistensen av avgjørende elementer i kometer beviste ikke at kometer ga den nødvendige koblingen for å levere disse materialene til planeter, men det gjorde teorien mer plausibel. Det ble mulig å se for seg et univers som ikke bare skapte alle elementene som var nødvendige for vann, en overlevende atmosfære og karbonbaserte livsformer, men som også hadde et leveringssystem for å få disse elementene til noen få perfekt størrelse og sammensatte planeter, plassert perfekt rundt stjerner i perfekt størrelse, og av og til kombineres i akkurat riktig timing og proporsjon for å skape en livbærende planet som Jorden.

Men hva var sjansene for at det var nok av disse perfekt plasserte, perfekt egnede planetene til å gjøre liv andre steder ikke bare mulig, men plausibelt, eller til og med sannsynlig?

Høsten 1997 intervjuet jeg en NASA-astrofysiker ved navn John Mather for en bok om satellittbasert vitenskapelig forskning utført av NASAs Goddard Space Flight Center. Mather hadde vært kraften bak Cosmic Background Explorer (COBE)-satellitten som oppdaget vitenskapelige bevis som støtter Big Bang-teorien om universets opprinnelse. I 2006 mottok Mather en Nobelpris for den forskningen, men selv i 1997 ble han ansett som en av de mest briljante astrofysikere i verden. Det er ikke ofte du får tilgang til et slikt sinn, så etter at jeg var ferdig med å spørre ham om forskningen hans, spurte jeg ham hva han mente om andre store kosmiske problemer, inkludert muligheten for liv på andre planeter.

Øynene hans lyste opp. Han svarte at 10 år tidligere følte han og de fleste av kollegene at sjansene for intelligent liv som eksisterer andre steder i universet var små. Men to ting, sa han, hadde endret deres syn. Radikalt. Han snakket om de ovennevnte funnene når det gjelder kometer og sannsynligheten for at kritiske elementer distribueres til planeter. Og så, sa han, kom Hubble-teleskopets første Deep Field-bilde.

Det første Deep Field-bildet ble laget ved å sette sammen bilder tatt av Hubble-romteleskopet over 10 påfølgende dager i desember 1995. Det var samme år, vel å merke, som den første bekreftede ekstra-solar planet, eller eksoplanet (som betyr en planet utenfor vår solsystemet), ble oppdaget. Som Mather forklarte det til meg, var noen Hubble-forskere nysgjerrige på hva de kunne oppdage hvis de fokuserte teleskopet i mye lengre tid enn normalt, for å fange selv det svakeste lyset, på et lite område med mørkt rom som er omtrent på størrelse med et sandkorn holdt på en armlengdes avstand .

Det forskerne fant da de fokuserte Hubble i løpet av de 10 dagene på det lille flekket av mørke, sa Mather, rystet verdenene deres. Da bildene ble satt sammen, viste de ikke bare tusenvis av stjerner, men tusenvis av stjerner galakser . Hvis en liten flekk av mørke på nattehimmelen viste at mange galakser, stjerner og – som forskerne begynte å innse – tilknyttede planeter … måtte antallet galakser, stjerner og planeter universet inneholdt være betagende større enn de hadde tidligere forestilt seg.

Med det de lærte om mulighetene for at kometer og elementer blir sådd i hele universet, var denne oppdagelsen paradigmeskiftende. Det eksisterende paradigmet antok at sjansene for jordlignende, intelligent liv andre steder var fjerne. Men hvis det var så mange potensielle stjerner og planeter, var sjansen for at det IKKE bare finnes liv, men intelligent, karbonbasert liv som vårt på en fjern beboelig planet, faktisk muligheten som var uendelig liten.

Å vite at noe teoretisk sett må eksistere og finne bevis på dets eksistens er to vidt forskjellige ting, selvfølgelig. Selv denne nye Kepler-oppdagelsen gjenspeiler ekstrapolerte data, delvis fordi observatoriets pekemekanisme fungerte feil før det fullførte alle sine planlagte observasjoner. Men Kepler, selv om han kanskje ikke endrer paradigme når det gjelder forskernes syn på om intelligent liv eksisterer andre steder i universet, er absolutt neste skritt fremover. Hubble Deep Field-bildet endret astronomenes syn på hvor mange stjerner og potensielle planeter som kan eksistere. Keplers resultater har på lignende måte rekalibrert forskernes forståelse av hvor mange beboelig planeter kan eksistere.

Kepler-resultatene er også fortsatt spillendrende, om ikke paradigmeendrende. Å få støtte for oppfølgingsoppdrag vil være mye lettere med slike fristende resultater som oppstår fra dette. Med milliarder av mulige alternative hjemmeplaneter, hvordan kan vi det ikke prøve å finne ut om noen av dem virkelig er som oss? Og den fristende muligheten tilbyr NASA noe byråets oppdragsplanleggere har manglet de siste årene: et klart mål, mål og fokus – et som publikum til og med kan bli begeistret for.

Men vil selv det målet være spennende nok til at amerikanere kan samle seg bak det, politisk og økonomisk? Noen måneder etter at Kepler ble lansert – en begivenhet som fikk langt mindre oppmerksomhet eller interesse enn denne ukens kunngjøring av funnene – skrev jeg om vanskeligheten med å vekke entusiasme for NASAs ikke-menneskelige romfartsforskning. Tidslinjene for disse prosjektene er ekstremt lange, selv når de lykkes til slutt. COBE-oppdraget var underveis i 15 år. Kepler ble først unnfanget og foreslått av hovedetterforskeren, Bill Borucki, for nesten 20 år siden. Og tiden som kreves for å utvikle teknologien for å sende til og med en robotsonde 12 lysår over universet vil være … vel, la oss bare si at vi ikke bør satse på at det skjer i de fleste av våre liv.

På den annen side fortalte en NASA-senterdirektør en gang til meg at det største argumentet for et menneskelig romoppdrag til Mars var at hvis vi ikke utviklet teknologien for å transportere mennesker til en annen planet, var vi dømt til å forbli en SPS (en enkelt planetarter) og derfor dømt til eventuell utryddelse. Så kanskje det beste Kepler kan gjøre er å gi nok et glimt av håp om at det finnes en annen stor blå marmor som vi er inspirert til å investere i den svært langsiktige innsatsen med å finne og utvikle teknologien for å nå den.