Dünya dışı yaşam için: Uzaylı atmosferler yaratmak

Bilim insanları, uzak dünyalara ait atmosferleri Dünya’da oluşturuyorlar. Bu çalışmaları, Dünya dışı yaşamın ipuçlarını sunabilir mi? Bir uzaylıyı nasıl tespit edersiniz? Ötegezegenler nasıl bulunuyor? Süper-Dünyalar ve mini-Neptünler nedir? En son teknolojili uzay teleskopları ile dünya dışı yaşam olacak yeni gezegenler bulunabilecek mi? Dünya dışındaki diğer gezegenlerde iklim şartları ne? Elmas yağmuru, Metal musonları, Cehennem kasırgaları ve Mücevher bulutları nedir?

Uzaylı atmosferler yaratmak

Bir uzaylıyı nasıl tespit edersiniz? Bazı bilim insanları uzayın derinliklerinden gelen iletişim sinyallerini arıyorlar. Bazıları ise, uzaylılar tarafından inşa edilmiş mega yapıları anlayabilmek için yıldız ışığındaki azalmalara bakmayı öneriyor.

Ama belki de en iyi inceleme yöntemi, uzaylı dünyaları sarmalayan gaz katmanlarını incelemekten geçiyor. Dünyayı uzaktan inceliyor olsaydık, varlığımızı atmosferimizin analizinden anlayabilirdik. Atmosferimizi oksijen açısından bu denli zengin yapabilecek bildiğimiz tek bir süreç var: Yaşam.

Eğer başka dünyalarda yaşayan canlılar varsa, onlar da mutlaka atmosferlerinde yaşamlarına dair iz bırakacaklardır. Uzaylı atmosferlerine en son teknoloji uzay teleskopları ile bakabiliyoruz ancak burada da bir sıkıntı var: Ne aradığımızı bilmiyoruz. Elimizde karşılaştırma olarak sadece Dünya var; peki yaşamın kanıtı olan başka gazlar varsa?

Bu sorunun cevabı uzaylı atmosferlerini Dünya’da yeniden oluşturan yeni bir araştırma türünde yatıyor. Bazı bilim insanları ise, uzaylı atmosferlerin hava ve atmosfer koşullarını süper bilgisayarlarda canlandırarak bu dünyaların ne kadar yaşanabilir olduğunu görmeye çalışıyorlar. Bu araştırmalar şimdiden yeni nesil uzaylı avcılarının hedeflerinin neresi olması gerektiği ile ilgili heyecanlandıran ipuçları ortaya koyuyor.

Havada bir şey var

1992 yılında gerçekleşen, ilk ötegezegenin (Güneşimiz dışında bir yıldızın etrafında dolanan birgezegen) keşfinden bu yana 4 bin civarında ötegezegen tespit edildi. Bunların büyük birçoğunluğu, ötegezegen yıldızının önünden geçerken gözlenen (geçiş), yıldız ışığındaki sönükleşme ile tespit edildi. Ötcgczcgcnlcrin yarısı bu yöntemle NASA’nın 2009 -2018 yıllan arasında görev yapan Kepler Teleskobu ile keşfedildi. Nisan 2018 yılında NASA, Kepler’in yerine geçen Ötegezegen (güneş sistemi dışı gezegen) Geçiş Tarama Uydusunu (TESS) gönderdi.

Bir ötegezegenin atmosferini çalışabilmek için astronomlar, ötegezenin atmosferinden geçen yıldız ışığını inceliyorlar. Farklı gaz molekülleri, farklı dalga boyundaki ışığı soğurur. Araştırmacılar bir geçiş esnasında atmosfer tarafından soğurulan ışığın tayfını alarak, hangi gazların mevcut olduğunu bulabilirler. Bu yöntem aracılığı ile astronomlar, 2001 yılında, bir ötegezegen atmosferinin ilk tespitini ve analizini yaptı, böylcce HD 209458 b olarak bilinen gaz devinin atmosferinde sodyum keşfettiler.

Bugüne kadar birçok ötegezegen (güneş sistemi dışı gezegen) atmosferi analiz edildi. Bu dünyaların bazılarında su buharı, metan, karbondioksit ve az miktarda oksijen varlığı tespit edildi. Bu gazların hiçbiri tek başlarına yaşam işareti değiller; oksijen bile. Çünkü oksijenin canlı organizmalara ihtiyaç duyulmadan az miktarlarda üretilebileceğini biliyoruz.

Gezegen bilimcisi Dr. Sarah Hörst’ün çalışması tam burada devreye giriyor. Hörst, Baltimore’da bulunan Johns Hopkins Üniversitesinde, ötegezegen atmosferinde bulunabilecek gazların laboratuvar simülasyonlarını oluşturan bir takımın yürütücülüğünü yapıyor. Amaçlan bu gazların ne üretebileceğini görmek. Hörst’ün çalışmaları, büyük şehirlerde yaşayan insanlara tanıdık gelebilecek bir atmosferik olgu üzerine odaklanmış durumda: Pus.

Gazları kaynatmak

Ötegezegenlerin (güneş sistemi dışı gezegen) en yaygın iki türünün Güneş Sistemimizde eşdeğerleri yok. Bunlardan biri süper-Dünyalar: Dünyamızın 1,25 ila 2 katı genişliğinde bir kayaç gezegenler bunlar. Diğeri ise mini-Neptünler: Gezegenimizin 2 ila 4 katı genişliğinde, çoğunluğu hidrojen ve helyum olan kalın gaz tabakası ile kaplı, kaya veya buzdan oluşan çekirdeğe sahip gezegenler.

Astronomlar, süper-Dünyaların ve mini-Ncptünlcrin atmosferlerinin daha kalın ve sisli olduğunu keşfettiler: Işık bu atmosferlerden kolayca geçemiyor. Bunun temel sebebi bu atmosferin bulutlarla kaplı olması (su buharı ya da metan gazı gibi maddelerin yoğunlaşmış parçacıklarından oluşan bulutlar) veya yoğun puslu hava olabilir (şehirlerin üstünde trafikteki araçlar tarafından üretilen kasvetli katman gibi, toz benzeri katı parçacıklardan oluşmuş bir tabaka). Hörst bunun sebebini bulmaya çalışıyor. Böyle gezegenlerin yaşantı destekleyip desteklemeyeceği üzerine bazı ayrıntılar olabileceğini de belirtiyor.

Hörst’e göre pus parçacıkları ışığın atmosferden nasıl geçtiğini etkiliyor. “Bu durum, gezegenin yüzeyinde yaşam için ne kadar ve ne tür enerji olduğunu ve yüzey sıcaklığını etkileyebilir’. Bu atmosferlerin kimyası ile ilgili kabataslak bir fikrimiz var, dolay ısı ile Hörst, bu dünyalarda yaygın olarak bulunan gazları da içeren geniş bir yelpaze ile simülasyonlarını yürütüyor: Su buharı, karbonınonoksit, azot, hidrojen ve metan. Bu gazları 25°C-325°C aralığında, farklı oranlarda karıştırıp, süper-Dünya veya mini-Neptün atmosferlerini taklit etmeye çalışıyorlar.

Bu adeta kozmik aşçılık yapmak gibi; malzemeleri karıştır, ortalama bir sıcaklıkta pişir ve ortaya ne çıktığını gör. Diğerlerine ek olarak, çok önemli bir malzeme daha van Molekülleri ayırıp kimyasal tepkimeleri başlatmak için enerji. Ötegezegenlerde bu enerji, yıldız ışığından kaynaklanan yüksek enerjili morötesi ışınımdan veya atmosferin üst katmanlarına doğru yağan kozmik ışınlar tarafından oluşturulan, elektrik yüklü parçacıklardan geliyor olabilir. Araştırmacılar bu enerji kaynaklarını morötesi lambalar veya elektriksel boşalma ile çalışan flüoresan lambalar kullanarak simüle ediyorlar.

En son teknolojili uzay teleskopları ile çok daha egzotik ötegezegenlerin atmosferlerini incelememize az bir zaman kaldı

Hörst ve takımının oluşturduğu karışımların büyük çoğunluğu, Satürn’ün uydusu Titan’da da gördüğümüz kahverengimsi, hava kirliliğini andıran bir pus oluşturdu. Karışımın içeriğine bağlı olarak pus miktarı da ciddi oranda değişiklik gösterdi. Örneğin, bolca su buharı ve metanla gerçekleştirilen iki deney en fazla pusu oluştururken, üçüncü bir deneyde benzer bir pus oluşturdu, ancak bu deneyde hiç metan yoktu.

Bu uzak dünyalardaki pusun, yaşam izlerini bulma olasılığı açısından ne anlama geldiğini öğrenebilmek için daha çok fazla araştırma yapmak gerekiyor. Hörst, bazı durumlarda bu pusun zararlı ışınların geçmesine engel olabileceği gibi (aynı ozon tabakasının yaptığı gibi) yüzeyde sıvı suyun oluşmasını engelleyebileceğini ve düşük yüzey sıcaklığına sebep olabileceğini de belirtiyor. “Yüzeyde koşulların nasıl olabileceğini ve hangi süreçlerin pus oluşumuna katkı sağladığını anlayabilmek için gezegenler ve atmosferleri hakkında daha fazla bilgiye sahip olmalıyız.”Bu bilgilere sahip olana kadar, bu araştırmanın genel amacı, sadece yaşam varsa oluşabilecek yani Uzaylılar dediğimiz bir uzaylı yaşam işareti olabilecek molekülleri (veya moleküller grubunu) tespit edebilmek.

Peki bu ne olabilir? Bu sorunun yegâne cevabı oksijen değil. Hörst ve ekibi mor ötesi ışık ile başlatılan simülasyon deneylerinde, sadece kimyasal reaksiyonlar sonucu oksijen elde edebildi. Aynı zamanda etanol veya formaldehit gibi organik moleküller de ortaya çıktı. Bu da bu moleküllerin kesin bir yaşam izi olduğu ihtimalini tamamen eliyor.

Hörst, metan ve ozonun birlikte varlığının muhtemel bir yaşam izi olabileceğini öngörüyor. Bu, kimyasal olarak kararlı olmayan bir karışım ve bunu destekleyebilecek bilinen herhangi bir jeolojik süreç yok. “Yenilenmelerini sağlayan bir mekanizma olmadığı müddetçe bu ikisinin aynı atmosferde bulunması çok zor”. Gezegenimizdeki biyosfer tabakası, atmosferimizdeki bu iki gazın da kaynağı.

Hörst’e göre, buna benzer yaşam izlerini bulmak için en uygun gezegenler, Kova Takımyıldızı doğrultusunda 40 ışık yılı uzaklıkta bulunan TRAPPIST-ı adında sönük bir yıldızın etrafında 2015 yılında keşfedilen gezegenler. Bu yıldızın etrafında dolanan gezegenlerin yedisi de Dünya benzeri gezegenler ve çoğunluğu yüzeylerinde sıvı suyun bulunmasını sağlayacak olan yaşanabilir bölgede bulunuyor. Bu gezegenlerin atmosferlerinden alınan ışığı inceleyen ekip, bazılarında bulut veya pus olabileceğini öngördü, ancak şu aşamada bulut mu, pus mu olduğuna karar vermek zor.

Hörst bu dikkat çekici gezegenlerin NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu (JWST) için ilk hedeflerden biri olması gerektiğini düşünüyor. 2021 yılında fırlatılacak olan JWST, ötegezegen atmosferlerini daha detaylı inceleyebilecek. Dünya dışı yaşam için bu adımlar titizlikle atılıyor.

Öte-iklimler

Dünya üzerindeki yaşam sadece doğru bir atmosfere değil, aynı zamanda tüm iklim sistemine (hava akımları, okyanus akıntıları, ısı transferi ve bulut oluşumu) bağlı. Dünya atmosferine eşdeğer bir atmosfere sahip bir ötegezegen bulsak bile, benzer bir iklim sistemine sahip olmadığı için, bu gezegen yaşama elverişli olmayabilir. ‘Öte-iklimbilimi’ ötegezegenlerin atmosferlerini (ve yaşam üzerine etkilerini, Dünya iklimini bilgisayar modelleri ile ötegezegenlere uyarlayarak anlamaya çalışan yeni bir araştırma alanı.

Şu ana kadar bu alanda yapılan çalışmalar başka bir ötegezegen türüne odaklanmış durumda: “Sıcak Jüpiterler”. Bunlar Jüpiter benzeri olan ancak yıldızına çok yakın dolanan gaz devleri. Bu gezegenler ya çok yavaş dönüyorlar ya da kütleçekimsel kilit durumundalar. Yani (uydumuz Ay’da olduğu gibi) yıldızlarına sürekli aynı yüzlerini gösteriyorlar. Bu durum gezegenlerin gündüz tarafı ile gece tarafı arasında sıcaklık farkı oluşturarak atmosferde bir akıma sebep olur; Dünya’da ekvator ve kutuplar arasındaki sıcaklık farkının iklimi oluşturduğu gibi.

Exeter Üniversitesindeki öte-iklimbilimi grubunun yürütücüsü olan Dr. Nathan Mayne, bilgisayar modellerinin, sıcak Jüpiterlerdeki akımın bir tür atmosferik jet akıntısına sebep olduğunu gösterdiğini söylüyor. Bu akıntı, atmosferin sıcak kesimi ile soğuk kesiminin kimyasını etkileyerek, gazların karışımını ve böylece iç kesimlere ulaşan yıldız ışığının miktarını değiştiriyor.

Sıcak Jüpiterler yaşam için elverişli olmasa da bu çalışmalar atmosferdeki akımın yüzey koşullarına etkisini görmek açısından önemli. Tüm bu araştırmalara su da eklenince, işler daha ilginç hale geliyor. TRAPPIST-1 grubu gibi potansiyel yaşam barındırabilecek gezegenlerin bazıları da yıldızları ile kütleçekimsel kilit halinde olabilir. Bu gezegenlerde sıvı halde su varsa, gündüz tarafındaki su buharlaşıp yoğunlaşarak gece tarafına yağmur veya kar olarak düşecektir.

Mayne,“Gündüz tarafındaki yüzey kuruyacak ve nem gece bölümüne taşınacaktır.” diyor. “Ancak bir okyanus varsa su döngü içinde olabilir.” Bu da gezegenin iki tarafı arasında suyun dönüşümünü sağlayacaktır. Bu, her iki tarafı da yaşamak için zor olan çorak bir gezegen ile, su döngüsünün bulunduğu bir gezegen arasında ciddi bir fark yaratacaktır.

En son teknoloji uzay teleskopları ile bu atmosferleri ve hatta daha egzotik ötcgczcgcnlcri incelememize az bir zaman kaldı. Hörst, “TESS ve JWST, bize çalışılacak birçok yeni dünya sunacak.” diyor. Hörst ve Mayne gibi kişilerin çalışmaları, ötegezegenlerin atmosferlerindeki gazların ve hava koşullarının steril birdünyaya mı yoksa yaşam barındıran bir dünyaya mı ait olduğunu öğrenmeye çalışan astronomlar için
çok önemli. Belki de yaşamın ilk işaretleri bu çalışmaların ışığında keşfedilebilir.

Dünya’daki hava koşullarının zorlu olduğunu düşünüyor musunuz? Bir de aşağıdaki hava durumlarına bakın!

1. Elmas yağmuru. Bazı gaz devlerinin atmosferleri, şimşeklerin metanla etkileşmesi sonucu oluşan, bolca karbon barındırıyor. Atmosferdeki yüksek sıcaklık ve basınç bölgelerinde bu karbon atomları sıkışarak elmas kristalleri haline dönüşebiliyor; bu kristallerin bazıları bir üzüm tanesi kadar büyük olabiliyor. Uzmanlar Satürn’de yılda ortalama bin ton elmas üretildiğini düşünüyor.
2. Metal musonları. Osiris adıyla bilinen sıcak Jüpiter HD 209458 b, binlerce derece mertebelerinde atmosferik sıcaklığa sahip. Bu gezegende, saniyede birkaç kilometre hız ile eriyik demir ve silikat cam yağmurları yağıyor olma olasılığı yüksek (kıyaslama için Dünya’daki şiddetli kasırgalarda yağış hızı saniyede 70 metre civarındadır). Sonuç, yıkıcı derecede şiddetli bir sıcak, metal veya kaya yağmuru.
3. Cehennem kasırgaları. Dünya’nın iki katı boyutlarında olan 55 Cancrie kayaç gezegeni, yıldızına çok yakın bir yörüngede olduğu için 2.000°C civarında yüzey sıcaklığına sahip. Eriyik lav, püskürtülerek atmosferde yükselip, ateşli bir yağmur olarak gezegen yüzeyine geri düşüyor. Küllerle kaplı olan atmosfer ise, elektriksel olarak yüklü olduğu için şiddetli fırtınalar üretiyor.
4. Mücevher bulutları. 1000 ışık yılı uzaktaki bir sıcak Jüpiter olan HAT-P-7b, gece tarafında yoğunlaşmış alüminyum oksitten oluşmuş bulutlara sahip. Bu, mücevherlerin ana maddesi. Rüzgarlar bu bulutları gezegenin gündüz kesimine sürüklüyor ve 2.000°C’ye varan sıcaklıklar bu bulutları anında yok ediyor.

Ayrıca bakınız

• Güneş sisteminde Dünyanın dışında hayat var mı yok mu?