در سال 2020، دانشمندان گازی به نام فسفین را در جو یک سیاره سنگی به اندازه زمین شناسایی کردند. با علم به اینکه هیچ راهی جز از طریق فرآیندهای بیولوژیکی نمی توان فسفین تولید کرد، "دانشمندان ادعا می کنند که چیزی که اکنون زنده است تنها توضیح منبع این ماده شیمیایی است." نیویورک تایمز گزارش شده است. همانطور که «گازهای امضای زیستی» پیش می‌روند، فسفین مانند یک کار خانگی به نظر می‌رسید.

تا زمانی که نبود.

این سیاره زهره بود، و ادعای وجود یک امضای بالقوه در آسمان زهره، حتی پس از گذشت سال‌ها، هنوز درگیر بحث و جدل است. دانشمندان نمی توانند در مورد اینکه آیا فسفین حتی در آنجا وجود دارد یا خیر به توافق برسند، چه رسد به اینکه آیا این می تواند شواهد قوی از وجود بیوسفر بیگانه در سیاره دوقلو ما باشد.

چیزی که برای زهره سخت بود، فقط برای سیارات فراخورشیدی که سال‌های نوری از ما فاصله دارند سخت‌تر خواهد بود.

تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا (JWST) که در سال 2021 پرتاب شد، قبلاً داده‌های مربوط به ترکیب اتمسفر یک سیاره فراخورشیدی متوسط ​​موسوم به K2-18 b را منتشر کرده است که برخی - به‌طور بحث‌انگیز - به عنوان شواهد احتمالی حیات تفسیر کرده‌اند. اما حتی با افزایش امیدها برای کشف امضای زیستی، برخی از دانشمندان آشکارا شروع به این سوال کرده‌اند که آیا گازهای موجود در اتمسفر یک سیاره فراخورشیدی شواهد قانع‌کننده‌ای برای موجودات فضایی خواهند بود یا خیر.

مجموعه‌ای از مقالات اخیر، عدم قطعیت‌های دلهره‌آور در تشخیص امضای زیستی سیارات فراخورشیدی را بررسی می‌کنند. یکی از چالش‌های کلیدی که آنها شناسایی می‌کنند این است که فیلسوف علم چیست پیتر ویکرز در دانشگاه دورهام به نام مشکل جایگزین های تصور نشده. به بیان ساده، چگونه دانشمندان می توانند مطمئن باشند که هر توضیح غیرزیستی ممکنی برای حضور گاز را رد کرده اند - به خصوص تا زمانی که زمین شناسی و شیمی سیارات فراخورشیدی تقریباً به اندازه حیات بیگانه مرموز باقی بماند؟

ویکرز می‌گوید: «ایده‌های جدید همیشه در حال بررسی هستند، و ممکن است مکانیزم غیر زنده‌ای برای آن پدیده وجود داشته باشد که هنوز تصور نشده است». "این مشکل جایگزین های ناشناخته در اختر زیست شناسی است."

ستاره شناس گفت: "این یک کمی از این فیل در اتاق است." دانیل آنگرهاوزن از موسسه فناوری فدرال سوئیس زوریخ، که یک دانشمند پروژه در مأموریت LIFE است، یک تلسکوپ فضایی پیشنهادی که گازهای امضای زیستی را در سیارات فراخورشیدی مانند زمین جستجو می کند.

اگر یا زمانی که دانشمندان یک گاز با امضای زیستی فرضی را در یک سیاره دور تشخیص دهند، می توانند از فرمولی به نام قضیه بیز برای محاسبه شانس وجود حیات در آنجا بر اساس سه احتمال استفاده کنند. دو مورد مربوط به زیست شناسی است. اولین مورد احتمال ظهور حیات در آن سیاره با توجه به هر چیز دیگری است که در مورد آن شناخته شده است. دوم این احتمال وجود دارد که اگر حیات وجود داشته باشد، امضای زیستی را که مشاهده می کنیم ایجاد می کند. به گفته اختر زیست شناسان، هر دو عامل دارای عدم قطعیت های قابل توجهی هستند کول ماتیس از دانشگاه ایالتی آریزونا و هریسون اسمیت از موسسه علوم زمین-حیات موسسه فناوری توکیو، که این نوع استدلال را در الف مقاله پاییز گذشته

عامل سوم احتمال تولید سیگنال مشاهده‌شده توسط یک سیاره بی‌جان است - چالشی به همان اندازه که محققان اکنون متوجه شده‌اند که در مشکل جایگزین‌های غیر زنده تصور نشده پیچیده است.

ویکرز گفت: "این احتمال وجود دارد که ما استدلال می کنیم که شما نمی توانید مسئولانه آن را پر کنید." تقریباً می تواند از صفر تا 1 متغیر باشد.

مورد K2-18 b را در نظر بگیرید، یک "مینی نپتون" که اندازه متوسطی بین زمین و نپتون دارد. در سال 2023، داده‌های JWST نشانه‌ای از نظر آماری ضعیف از دی متیل سولفید (DMS) را در جو آن نشان داد. در زمین، DMS توسط موجودات دریایی تولید می شود. محققانی که به طور آزمایشی آن را در K2-18 b شناسایی کرد گازهای دیگر کشف شده در آسمان این سیاره را به این معنا تفسیر کرد که این سیاره یک "جهان آبی" با سطح اقیانوس قابل سکونت است و از نظریه آنها حمایت می کند که DMS در آنجا از حیات دریایی می آید. اما دانشمندان دیگر، همین مشاهدات را به عنوان شواهدی از ترکیب سیاره‌ای گازی و غیر مهمان‌نواز تفسیر می‌کنند که بیشتر شبیه ترکیب سیاره‌ای نپتون است.

جایگزین‌های تصور نشده قبلاً چندین بار اخترزیست‌شناسان را مجبور کرده‌اند تا ایده‌های خود را در مورد آنچه که یک امضای زیستی خوب را ایجاد می‌کند، تجدید نظر کنند. وقتی فسفین بود در زهره شناسایی شددانشمندان هیچ روشی را نمی‌دانستند که می‌توان آن را در یک دنیای سنگی بی‌جان تولید کرد. از آن زمان، آنها چندین امکان پذیر را شناسایی کرده اند منابع غیر زنده گاز. یکی از سناریوها این است که آتشفشان ها ترکیبات شیمیایی به نام فسفید را آزاد می کنند که می تواند با دی اکسید گوگرد در جو زهره واکنش نشان دهد و فسفین تشکیل دهد - توضیحی قابل قبول با توجه به اینکه دانشمندان شواهدی از آتشفشان فعال در سیاره دوقلو ما پیدا کرده اند. به همین ترتیب، تا دهه 2010، تا زمانی که محققانی از جمله ویکتوریا میدوز در آزمایشگاه سیاره‌ای مجازی مؤسسه اختربیولوژی ناسا، اکسیژن یک گاز با امضای زیستی در نظر گرفته می‌شد. آغاز شد برای پیدا کردن راه که سیارات سنگی می توانند انباشته شدن اکسیژن بدون زیست کره مثلا، اکسیژن می تواند تشکیل شود از دی اکسید گوگرد، که در جهان های متنوعی مانند زهره و اروپا فراوان است.

امروزه، اختر زیست شناسان تا حد زیادی این ایده را که تنها یک گاز می تواند یک علامت زیستی باشد، کنار گذاشته اند. در عوض، آن‌ها بر شناسایی «گروه‌ها» یا مجموعه‌ای از گازها تمرکز می‌کنند که نمی‌توانستند بدون حیات همزیستی کنند. اگر چیزی را بتوان امضای زیستی استاندارد طلایی امروزی نامید، ترکیب اکسیژن و متان است. متان به سرعت در اتمسفرهای غنی از اکسیژن تجزیه می شود. روی زمین، این دو گاز تنها به این دلیل وجود دارند که زیست کره به طور مداوم آنها را دوباره پر می کند.

تاکنون، دانشمندان نتوانسته‌اند توضیحی غیرزیستی برای امضاهای زیستی اکسیژن-متان ارائه کنند. اما ویکرز، اسمیت و ماتیس تردید دارند که این جفت خاص - یا شاید هر ترکیبی از گازها - هرگز قانع کننده باشد. اسمیت گفت: "هیچ راهی برای اطمینان از این که آنچه ما به آن نگاه می کنیم در واقع پیامد حیات است، بر خلاف پیامد برخی فرآیندهای ژئوشیمیایی ناشناخته وجود ندارد."

JWST یک آشکارساز حیات نیست. این یک تلسکوپ است که می تواند به ما بگوید چه گازهایی در جو یک سیاره وجود دارد.

سارا روگهیمریک اخترزیست شناس در دانشگاه یورک که جو سیارات فراخورشیدی را مطالعه می کند، بیشتر احساس آرامش می کند. او به طور فعال به دنبال توضیحات غیر زنده جایگزین برای امضاهای زیستی مجموعه مانند اکسیژن و متان است. با این حال، او می‌گوید: «اگر اکسیژن، متان، و آب و دی‌اکسید کربن را ببینیم، یک بطری شامپاین - شامپاین بسیار گران‌قیمت - را باز می‌کنم.₂در یک سیاره فراخورشیدی

ریختن نوشیدنی روی یک نتیجه هیجان انگیز در خلوت، البته با گفتن به دنیا که بیگانگان را پیدا کرده اند، متفاوت است.

روگهیمر و سایر محققانی که با آنها صحبت کردند کوانتوم زیرا این داستان تعجب می‌کند که چگونه می‌توان در عموم درباره عدم قطعیت در مورد امضاهای زیستی صحبت کرد - و آنها تعجب می‌کنند که چگونه نوسانات در نظرات اختر زیست‌شناسی در مورد یک تشخیص معین ممکن است اعتماد عمومی به علم را تضعیف کند. آنها در نگرانی خود تنها نیستند. از آنجایی که حماسه فسفین زهره در سال 2021 به سمت اوج خود می رفت، مدیران و دانشمندان ناسا از جامعه اختر زیست شناسی درخواست کردند تا استانداردهای محکمی برای اطمینان در تشخیص امضای زیستی ایجاد کنند. در سال 2022، صدها اخترزیست شناس گرد هم آمدند برای یک کارگاه مجازی برای بحث در مورد این موضوع - اگرچه هنوز هیچ استاندارد رسمی یا حتی تعریفی از امضای زیستی وجود ندارد. آنگرهاوزن گفت: "در حال حاضر، من بسیار خوشحالم که همه ما اول از همه توافق کردیم که این کمی مشکل است."

ویکرز می‌گوید، تحقیقات علی‌رغم عدم قطعیت پیش می‌رود - همانطور که باید. دویدن به بن بست ها و مجبور به عقب نشینی برای رشته نوپایی مانند اختر زیست شناسی طبیعی است. اسمیت گفت: «این چیزی است که مردم باید سعی کنند بهتر در مورد نحوه عملکرد علم به طور کلی درک کنند. "اشکال ندارد آنچه را که می دانیم به روز کنیم." اسمیت و ویکرز می گویند و ادعاهای جسورانه در مورد امضاهای زیستی راهی برای روشن کردن آتش زیر نظر دانشمندان برای جعل آنها دارد - برای شکار جایگزین های تصور نشده.

کلارا سوزا-سیلوا اختر شیمیدان از کالج بارد، متخصص فسفین که به کشف زهره کمک کرد، گفت: «ما هنوز نمی دانیم چه اتفاقی در زهره می افتد، و بنابراین مطمئناً احساس ناامیدی می کنیم. برای او، گام بعدی واضح است: "بیایید دوباره در مورد زهره فکر کنیم." ستاره شناسان عملاً برای چندین دهه ناهید را نادیده گرفتند. مناقشه امضای زیستی جرقه تلاش‌های جدیدی را نه تنها برای کشف منابع غیرزیست فسفین که قبلاً در نظر گرفته نشده بود، بلکه برای درک بهتر سیاره خواهر خود به خودی خود برانگیخت. (حداقل پنج ماموریت به زهره برای دهه‌های آینده برنامه‌ریزی شده‌اند.) "من فکر می‌کنم که این منبع امید برای سیارات فراخورشیدی نیز باشد."