Vào năm 2020, các nhà khoa học đã phát hiện ra một loại khí gọi là phosphine trong bầu khí quyển của một hành tinh đá có kích thước bằng Trái đất. Biết rằng không có cách nào mà phosphine có thể được tạo ra ngoại trừ thông qua các quá trình sinh học, “các nhà khoa học khẳng định rằng thứ gì đó còn sống là lời giải thích duy nhất cho nguồn gốc của chất hóa học”. Bán Chạy Nhất của Báo New York Times báo cáo. Khi “khí sinh học” biến mất, phosphine dường như giống như một cuộc chạy đua về nhà.

Cho đến khi nó không như vậy.

Hành tinh này là Sao Kim, và tuyên bố về dấu hiệu sinh học tiềm năng trên bầu trời Sao Kim vẫn còn gây tranh cãi, thậm chí nhiều năm sau đó. Các nhà khoa học không thể đồng ý về việc liệu phosphine có hiện diện ở đó hay không, chứ đừng nói đến việc liệu nó có phải là bằng chứng thuyết phục về sinh quyển ngoài hành tinh trên hành tinh song sinh của chúng ta hay không.

Những gì hóa ra là khó đối với Sao Kim sẽ chỉ khó hơn đối với các ngoại hành tinh cách xa nhiều năm ánh sáng.

Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST) của NASA, được phóng vào năm 2021, đã truyền lại dữ liệu về thành phần khí quyển của một ngoại hành tinh cỡ trung bình có tên là K2-18 b mà một số người đã giải thích – gây tranh cãi – là bằng chứng có thể có của sự sống. Nhưng ngay cả khi hy vọng phát hiện dấu hiệu sinh học tăng cao, một số nhà khoa học bắt đầu công khai đặt câu hỏi liệu khí trong bầu khí quyển của một ngoại hành tinh có bao giờ là bằng chứng thuyết phục cho người ngoài hành tinh hay không.

Một loạt các bài báo gần đây khám phá những điều không chắc chắn đáng lo ngại trong việc phát hiện dấu hiệu sinh học ngoại hành tinh. Một thách thức chính mà họ xác định là điều mà nhà triết học khoa học Peter Vickers tại Đại học Durham gọi vấn đề về những lựa chọn thay thế chưa được hình dung. Nói một cách đơn giản, làm thế nào các nhà khoa học có thể chắc chắn rằng họ đã loại trừ mọi lời giải thích phi sinh học có thể có về sự hiện diện của một loại khí - đặc biệt là khi địa chất và hóa học ngoại hành tinh vẫn gần như bí ẩn như sự sống ngoài hành tinh?

Vickers nói: “Những ý tưởng mới luôn được khám phá và có thể có một số cơ chế phi sinh học cho hiện tượng đó mà vẫn chưa được hình thành”. “Đó là vấn đề về những lựa chọn thay thế chưa được hình dung trong sinh học vũ trụ.”

“Đó là một chút con voi trong phòng,” nhà thiên văn học nói Daniel Angerhausen của Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ Zurich, một nhà khoa học dự án trong sứ mệnh LIFE, một kính viễn vọng không gian được đề xuất sẽ tìm kiếm các loại khí sinh học trên các ngoại hành tinh giống Trái đất.

Nếu hoặc khi các nhà khoa học phát hiện ra một loại khí đặc trưng sinh học giả định trên một hành tinh xa xôi, họ có thể sử dụng công thức gọi là định lý Bayes để tính toán cơ hội tồn tại sự sống ở đó dựa trên ba xác suất. Hai phải làm với sinh học. Đầu tiên là xác suất xuất hiện sự sống trên hành tinh đó dựa trên mọi thông tin khác đã biết về nó. Thứ hai là khả năng nếu có sự sống thì nó sẽ tạo ra dấu hiệu sinh học mà chúng ta quan sát được. Theo các nhà sinh vật học vũ trụ, cả hai yếu tố đều mang lại những điều không chắc chắn đáng kể Cole Mathis của Đại học bang Arizona và Harrison Smith của Viện Khoa học Đời sống Trái đất thuộc Viện Công nghệ Tokyo, người đã khám phá loại lý luận này một cách giấy mùa thu năm ngoái.

Yếu tố thứ ba là khả năng một hành tinh không có sự sống tạo ra tín hiệu quan sát được - một thách thức nghiêm trọng không kém, các nhà nghiên cứu hiện nhận ra, nó đang vướng vào vấn đề về các giải pháp thay thế phi sinh học chưa được hình thành.

Vickers nói: “Đó là khả năng mà chúng tôi cho rằng bạn không thể điền vào một cách có trách nhiệm. “Nó gần như có thể dao động từ bất cứ thứ gì từ 1 đến XNUMX.”

Hãy xem xét trường hợp của K2-18 b, một “Sao Hải Vương nhỏ” có kích thước trung gian giữa Trái Đất và Sao Hải Vương. Vào năm 2023, dữ liệu JWST cho thấy dấu hiệu yếu về mặt thống kê của dimethyl sulfide (DMS) trong bầu khí quyển của nó. Trên trái đất, DMS được tạo ra bởi các sinh vật biển. Những nhà nghiên cứu mà tạm thời phát hiện ra nó trên K2-18 b giải thích các loại khí khác được phát hiện trên bầu trời của nó có nghĩa là hành tinh này là một “thế giới nước” với một đại dương bề mặt có thể sinh sống được, ủng hộ lý thuyết của họ rằng DMS ở đó đến từ sinh vật biển. Nhưng các nhà khoa học khác giải thích những quan sát tương tự như bằng chứng về thành phần hành tinh khí, khắc nghiệt giống như của Sao Hải Vương.

Những lựa chọn thay thế chưa được hình dung đã buộc các nhà sinh vật học vũ trụ nhiều lần phải xem xét lại ý tưởng của họ về những gì tạo nên một dấu hiệu sinh học tốt. Khi phosphine đã được phát hiện trên sao Kim, các nhà khoa học không biết cách nào có thể tạo ra nó trên một thế giới đá không có sự sống. Kể từ đó, họ đã xác định được một số khả năng nguồn khí phi sinh học. Một kịch bản là núi lửa giải phóng các hợp chất hóa học gọi là photphua, có thể phản ứng với sulfur dioxide trong bầu khí quyển của Sao Kim để tạo thành phosphine – một lời giải thích hợp lý khi các nhà khoa học đã tìm thấy bằng chứng về hoạt động núi lửa trên hành tinh song sinh của chúng ta. Tương tự như vậy, oxy được coi là một loại khí sinh học cho đến những năm 2010, khi các nhà nghiên cứu bao gồm Victoria Meadows tại Phòng thí nghiệm hành tinh ảo của Viện Sinh vật học NASA. bắt đầu để tìm cách những hành tinh đá có thể tích lũy oxy không có sinh quyển. Ví dụ, oxy có thể hình thành từ sulfur dioxide, có rất nhiều trên các thế giới đa dạng như Sao Kim và Europa.

Ngày nay, các nhà sinh vật học vũ trụ phần lớn đã từ bỏ ý tưởng rằng một loại khí duy nhất có thể là dấu hiệu sinh học. Thay vào đó, họ tập trung vào việc xác định các “quần thể” hoặc các tập hợp khí không thể cùng tồn tại nếu không có sự sống. Nếu bất cứ thứ gì có thể được gọi là dấu ấn sinh học tiêu chuẩn vàng ngày nay thì đó là sự kết hợp giữa oxy và metan. Khí mê-tan phân hủy nhanh chóng trong bầu khí quyển giàu oxy. Trên Trái đất, hai loại khí này chỉ cùng tồn tại vì sinh quyển liên tục bổ sung chúng.

Cho đến nay, các nhà khoa học vẫn chưa thể đưa ra lời giải thích phi sinh học cho dấu hiệu sinh học oxy-mêtan. Nhưng Vickers, Smith và Mathis nghi ngờ rằng cặp khí cụ thể này - hoặc có lẽ bất kỳ hỗn hợp khí nào - sẽ có sức thuyết phục. Smith nói: “Không có cách nào để chắc chắn rằng những gì chúng ta đang quan sát thực sự là hệ quả của sự sống, chứ không phải là hệ quả của một quá trình địa hóa chưa biết nào đó”.

“JWST không phải là máy dò sự sống. Đó là một chiếc kính thiên văn có thể cho chúng ta biết những loại khí nào có trong bầu khí quyển của một hành tinh,” Mathis nói.

Sarah Rugheimer, một nhà sinh vật học vũ trụ tại Đại học York, người nghiên cứu bầu khí quyển của các hành tinh ngoài hành tinh, lạc quan hơn. Cô ấy đang tích cực xem xét các giải thích phi sinh học thay thế cho các dấu hiệu sinh học tổng hợp như oxy và metan. Tuy nhiên, cô ấy nói, “Tôi sẽ mở một chai sâm panh - rượu sâm panh rất đắt tiền - nếu chúng ta nhìn thấy oxy, khí mê-tan, nước và CO₂” trên một ngoại hành tinh.

Tất nhiên, việc rót đồ uống vào một kết quả thú vị ở nơi riêng tư khác với việc nói với cả thế giới rằng họ đã tìm thấy người ngoài hành tinh.

Rugheimer và các nhà nghiên cứu khác đã nói chuyện với Quanta đối với câu chuyện này, tự hỏi làm cách nào tốt nhất để nói chuyện trước công chúng về sự không chắc chắn xung quanh dấu hiệu sinh học - và họ tự hỏi sự thay đổi quan điểm sinh học vũ trụ về một phát hiện nhất định có thể làm suy yếu niềm tin của công chúng đối với khoa học như thế nào. Họ không đơn độc trong nỗi lo lắng của mình. Khi câu chuyện về phosphine của sao Kim tiến tới đỉnh điểm vào năm 2021, các quản trị viên và nhà khoa học của NASA đã kêu gọi cộng đồng sinh vật học vũ trụ thiết lập các tiêu chuẩn vững chắc để đảm bảo sự chắc chắn trong việc phát hiện dấu hiệu sinh học. Vào năm 2022, hàng trăm nhà sinh vật học vũ trụ đã cùng nhau tổ chức một hội thảo ảo để thảo luận về vấn đề này - mặc dù vẫn chưa có tiêu chuẩn chính thức hoặc thậm chí là định nghĩa về chữ ký sinh học. Angerhausen nói: “Ngay bây giờ, tôi khá vui vì tất cả chúng tôi đều đồng ý, trước hết, đây là một vấn đề nhỏ.

Nghiên cứu vẫn tiến triển bất chấp sự không chắc chắn - Vickers nói như vậy. Đi vào ngõ cụt và phải quay lại là điều đương nhiên đối với một lĩnh vực còn non trẻ như sinh học vũ trụ. Smith nói: “Đây là điều mà mọi người nên cố gắng hiểu rõ hơn về cách hoạt động của khoa học nói chung. “Bạn có thể cập nhật những gì chúng tôi biết.” Smith và Vickers nói: Và những tuyên bố táo bạo về dấu hiệu sinh học có cách châm ngòi cho các nhà khoa học làm sai lệch chúng, Smith và Vickers nói - để tìm kiếm những giải pháp thay thế chưa được hình dung.

Nhà hóa học thiên văn Clara Sousa-Silva của Bard College, một chuyên gia về phosphine, người đã giúp phát hiện ra sao Kim, cho biết: “Chúng tôi vẫn không biết chuyện quái gì đang xảy ra trên Sao Kim và vì vậy tất nhiên là vô vọng”. Đối với cô ấy, bước tiếp theo rất rõ ràng: “Hãy nghĩ về sao Kim một lần nữa.” Các nhà thiên văn học thực tế đã bỏ qua sao Kim trong nhiều thập kỷ. Cuộc tranh cãi về dấu hiệu sinh học đã làm dấy lên những nỗ lực mới không chỉ nhằm khám phá các nguồn phosphine phi sinh học chưa được xem xét trước đây mà còn để hiểu rõ hơn về hành tinh chị em của chúng ta theo đúng nghĩa của nó. (Ít nhất năm sứ mệnh tới sao Kim được lên kế hoạch cho những thập kỷ tới.) “Tôi nghĩ đó cũng là nguồn hy vọng cho các ngoại hành tinh.”