Astrobiyoloji Tüm Yazılar

Ötegezegenlerde “Biyolojik İmza”ların Saptanması

Hazırlayan: Cengiz Büyükuncu

Güneş Sistemi dışındaki gezegen atmosferlerinde, biyolojik (bio) imzaların saptanması üzerine…

Astrobiyoloji’nin Kısa Tarihi

İnsan, gökyüzüne ilk bakışından beri, ortaya çıkmış bulunduğu bu tehlikelerle dolu tenha evrende kozmik bir yoldaş bulmak arzusuyla çok eski çağlardan beri dolup taşmaktadır. Öyle ki, astrobiyolojinin babası olarak kabul edilen ve Demokritus’un öğrencisi olan Metrodorus, Gelibolu’da yaşayan antik bir düşünürdü. M.O. 467 yılında bir gün gözüne takılan bir ”kayan yıldızı” takip ederek, parçalarını bugünkü Çanakkale yakınlarında düşmüş olarak bulup, inceledi. [1]

Bulduğu şey, Aristoteles’in evren modelinin öngördüğünün tam aksine (Aristoteles, tek ve özel olan Dünya’nın merkezinin evrenin de merkezi olduğunu ve ağır cisimlerin buraya çökmek istediklerini iddia etmiştir. Onun -ve elbet kilisenin gözünde, Evren, içten dışa doğru ”hafifleşen” 5 temel elementten oluşmuştu: Toprak, Su, Hava, Ateş ve bir de hepsinden daha hafif olan ve bütün gök cisimlerinin maddesi 5. element, onun değişiyle ”Quintessenza” ) her yerde görmeye alışkın olduğu sıradan taşlardan çok da farklı ve özellikle de daha hafif olmayan bir maddeydi.

Metrodorus ile ilgili görsel sonucu

Metrodorus (M.O. 400-500)

Metrodorus, Aristoteles’in bu evren modelindeki sıraya heyecan verici bir ekleme yapmıştı. Toprak, su, hava, ateş, quintessenza ve yine toprak! Bu bulgularından yaptığı mantıksal çıkarımlara dayanarak Metrodorus, gök cisimlerinin de Dünya’daki maddelerden yapılmış olduğunu, bu yüzden de Dünya Evren’in merkezi olsaydı bütün yıldızların Dünya’ya düşmesi gerektiğini vurguladı ve daha da ileri giderek bütün yıldızların birer Güneş olduğunu; bunların da etrafında gezegenler olduğunu söyledi. En sonunda, bu gezegenlerde yaşayanların da olabileceğini belirterek astrobiyolojinin babası olma ünvanı kazanmış oldu. Zaten Mistikçiler (Platon, Aristoteles vs…) ve Deneyciler (Demokritus, Metrodorus vs…) olarak birbirine düşmüş olan bu iki felsefi yaklaşım ve takipçileri, bu olaydan sonra derin bir kopuş yaşadı. [2]

Kilisenin mutlak doğru kabul edeceği ve yaklaşık 2000 yıl sonra bile Giordano Bruno ve Galileo Galilei gibilerinin başına bela olacak Aristoteles’in evren modeli, halbuki ilk darbesini İsa’nın doğumundan tam 467 yıl önce böyle alıp, çatırdamaya çoktan başlamıştı bile.

Böylece astrobiyolojinin felsefeden, bilime geçiş süreci de başlamış oldu. Bu süreç 1952 yılında yapılan meşhur Urey-Miller Deneyi [3] ve 1970′ lerde yapılan Viking 1, 2 deneyleri [4] ile tamamlanarak, astrobiyolojinin bilim camiasında kabul ve saygı gören deneye dayalı bir bilim dalı olması ile son buldu.

Bugün, galaksimiz Samanyolu ve evrenin geneli içerisinde, gezegenimiz Dünya ile benzer yapıya ve şartlara sahip olabilecek gezegenlerin çok büyük sayılarda var olduğunu biliyoruz.

E.T. Arayışında Kullandığımız Yöntemler

Bugün kullanılan birçok teknik vardır. Zira kullanılacak yöntemin, aranan yaşamın gelişmişliğine ve lokasyonuna bağlı olarak değişmesi muhtemeldir. Birinci elden yapılan deneyler elbette en güvenli olanlarıdır. Mars’tan kopan ve Antarktika’daki Allan Tepelerine düşen ALH 84001.0 meteorunun [5] incelenmesi veya Viking deneyleri buna örnektir. Buna rağmen ikisi de bir yere bağlanamadan sonuçsuz kalmıştır.

Bunun yanında, örneğin SETI bilimcileri, en az bizim kadar gelişmiş bir zeki yaşam türünün uzun zaman önce, çok uzaklardan göndermiş olabileceği sinyalleri, diğer gürültülerden ayıklayarak duymaya çalışır. Asıl mesele, radyo teleskoplarımızı çevirmek suretiyle, gökyüzünde dinlenecek ilginç koordinatların tam olarak nereler olduğunu saptamaktır.

İşte aşağıda bahsedeceğimiz 3. yöntem, ”Ötegezegen Atmosferlerinde Biyolojik imza Aranması”, tam da bu işe yaramasının dışında, kişisel olarak en tatmin edici bulduğumdur. Teleskoplarla bile zor saptanabilen, küçücük ve sönük bir ışık noktasından, deyim yerindeyse zorla öğrendiklerimiz, bize sorarsanız insan türünün bilgiye ve arkadaşlığa susamışlığını daha da gün yüzüne çıkarıyor. Ayrıca yalnız olmadığımızı kanıtlamanın en hızlı ve ucuz yolu olarak karşımıza çıkıyor.

Bio-İmzaları Belirlemek:

Güneş sistemimizden çok uzak yıldızların etrafında dönen, Dünya benzeri veya kayalık bir gezegeni doğrudan fotoğraflayabildiğimizde (ki EELT ve James Webb Teleskopları ile çok yakında bunu yapmaya yaklaşacağız), o gezegende hayat olup olmadığını nasıl bilebiliriz? Elimizdeki en iyi yöntem, bu gezegenlerin atmosferlerinde ve yüzeylerinde bio-imzalar aramaktır.

Teninize vurup sizi bronzlaştıran Güneş ışığı, bunu yapabilmek için milyonlarca yıllık bir yolculuk gerçekleştirdi. Tabii siz solaryuma giderek de bronzlaşabilirsiniz. İşte fizik biliminin pratik faydalarından biri...

Dünya yüzeyini kaplamış olan yaşam ile beraber var olan element ve bileşiklerden yansıyan Güneş ışığı, gezegenimiz için çok uzaklardan tespit edilebilecek bir biyolojik imza oluşturur.

Arabalar, şehirler ve (evet) Çin Seddi bile uzaydan görülemezler. Dünya’da hayat ortaya çıktığından beri, dışarıdan bakan biri için görsel olarak neredeyse hiç bir şey değişmiştir. Pekala, şimdi Dünya’ya bir göz atalım ve buradaki hayatı uzaktan nasıl saptayabileceğimizi düşünelim.

Bio-imzaları saptamanın iki aşaması vardır. Önce bio-imzaların kendileri tanımlanır, sonra bunların mevcut olup olmadığını gösterecek güvenilir yöntemler bulunur. Bilimciler bu imzaların uzun ve detaylı listelerini yapmışlardır. [6] Bunlardan en önemlilerini tanıyalım.

• Oksijen :
Bilinen yaşamın oksijen ürettiğini çoktan gördük. Fotosentez oksijen üretir. Hayatın bir imzası bu. Çok düşük olan oksijen seviyeleri jeolojik veya kimyasal süreçlerle üretilebilse de, Dünya’daki gibi % 21 gibi yüksek bir oran her yeri ilginç kılmaya yetecektir.

• Metan ve Oksijen:
Biyoloji aynı zamanda hayatın bir başka imzası olan metan da üretebilir. Ancak Dünya’yla ilgili ilginç olan şey, oksijenin metan ile birlikte var olmasıdır. Normal kimyasal reaksiyonlarda, metanın oksijen tarafından tüketilmesini bekleriz. O halde, normal kimyasal süreçlerden bekleyeceğimiz dengenin dışında, atmosferde oksijen ve metanın bir arada bulunması, gezegenimizde hayat olduğunun bir göstergesidir.

• Ozon:
Aradığımız başka bir imza da ozon. Ozon oksijen ile üretilir. Oksijen,  Güneş ışığı ve üst atmosfer ile reaksiyona girer ve ozon üreterek ultraviyole ışınımını süzer. Ozonun, gezegenimiz tarafından yansıtılan ışıkta çok güçlü bir imzası olduğu ortaya çıkıyor. O halde, ozonu hayatın olası bir imzası olarak kullanabiliriz, tıpkı onun yapıtaşları olan Oksijeni kullanabileceğimiz gibi.

Biyolojik imza

Ozon oluşumu (ESA Science’den alınmıştır). Ozon, dikkate alınması gereken güçlü bir biyolojik imzadır.

Yüzeydeki Biyolojik İmza’lar:
Bir gezegenin soluk ışığından, onun atmosferindeki gazları ve oranlarını araştırabilmenin yanı sıra, o gezegenin yüzeyindeki biyolojiyi de doğrudan inceleyebiliriz. Kendi gezegenimizdeki bitki örtüsü çok algılanabilir bir imza verir, çünkü kızılötesi ışığı yansıtır. Bu yolla bir dış gezegenin yüzeyindeki vejetasyon benzeri yaşamı makul bir şekilde tespit edebiliriz.

NEDEN TEMKİNLİ OLMAK GEREK?

Bu biyolojik imzalar konusunda çok dikkatli olmalıyız, çünkü her zaman biyolojik olarak üretilmemiştir. Örneğin, oksijen, gezegensel bir atmosferde biyolojik olmayan işlemlerle üretilebilir. Mars atmosferi, örneğinyaklaşık % 0.14 oksijen içerir. Ve bu, Mars atmosferdeki Güneş ışığıyla reaksiyona giren karbondioksit ile biyolojik olmayan doğal süreçler sonunda üretilir.

Fakat yine hatırlatalım, oksijenin yüksek oranda bulunması ne olursa olsun astrobiyologların ilgisini çekecektir. Biyolojik olmayan işlemlerle, özellikle de sıvı suyun bulunduğu bir gezegende, bir atmosferde çok yüksek oksijen yoğunluğuna ulaşamayacağınızı söylemek doğrudur. Kendi gezegenimizin atmosferindeki % 21 oranındaki oksijen seviyesi gerçekten hayatın güçlü bir göstergesidir. Hayatın olmadığı bir gezegende o kadar oksijen seviyesine ulaşılamaz. [7]

Peki, oksijen seviyesi çok düşük olan, anoksik gezegenler ne olacak? Bunun genç Dünya için böyle olduğunu biliyoruz. Gezegenimizde çok düşük oksijen konsantrasyonları vardı, ancak yine de hayat olduğunu biliyoruz. Bu durumda ne yapılabilir?

titan457154

Metan arayabiliriz. Metan, oksijensiz ortamlarda mikroorganizmalar tarafından üretilir. Ancak sorun, metanın biyolojik olmayan süreçlerle de üretilebileceği ve bu sebeple sonuca ulaşabileceğimiz bir gösterge olmayışıdır. Örneğin, görseldeki Satürn’ün uydusu Titan benzeri bir ortam yoğun biçimde metan barındırır. Ancak, bu metanın biyolojik tabanlı olduğunu söyleyemeyiz.

Bilim insanları, anoksik atmosferlerde yaşam işaretleri olabilecek diğer gaz türlerini araştırmayı düşündüler.Örneğin  etan, azot oksit, hatta organik sülfür ve diğer bileşikler, anoksik atmosferlerde biyolojik imza olarak kullanılabilir. Bütün bilgileri verilere bağlamak, biyolojik imza saptamak kendi başına hayatın bir kanıtı değildir. Bir gezegenin yüzeyinde su buharı veya sıvı suya dair kanıtlar varsa, eğer gezegenin sıcaklığı karmaşık karbon bileşiklerinin oluşumu için beklenen aralıkta ise ve eğer ömür boyu gerekli diğer gazlar da varsa, biraz daha emin olabiliriz.

Astronomlar ve astrobiyologlar olarak, bu bio imzaların bulunduğu ve aynı zamanda yaşanabilir olan bir gezegen bulmak istiyoruz.

YAŞANABİLİR BİR GEZEGENDE BİO-İMZALARIN BULUNMADIĞINI KEŞFEDERSEK NE OLUR?

Her açıdan hassas olacak bu durumda bir çıkarım yapmak oldukça zor olacaktır. Bu gözlemlere sebep verebilecek birkaç olası durum mevcuttur.

1. Aranan canlıdan çıkan biyolojik imza, saptanacak kadar büyük veya fazla olmayabilir.
2. Yanlış şeyi arıyor olabiliriz. Belki de yaşam vardır ama, bizim bilmediğimiz bir formudur. Sonuçta evrende canlanmanın veya bilinç kazanmanın birçok yolu olabileceğini düşünüyoruz.
3. Yaşam vardır ama, yer altındadır. Atmosferi veya gezegenin yüzeyini değiştirecek kadar atık üretmezler.
4. Belki de sadece hayat yoktur veya henüz başlamamıştır. Gezegen yaşanabilir ama yaşayanı yoktur.

 

Şimdi, biyolojik imzaların nasıl saptandığına geçmeden önce, bu yolda gerekli olabilecek birkaç ufak şeyi hatırlayalım.

 

DOPPLER ETKİSİ

Doppler Etkisi, dalga çıkartan kaynaklar hareket ettiğinde, onu izleyen gözlemcilerin başına gelen şeydir. İlgilendiğimiz dalgalar noktasal kabul edeceğimiz kaynaklarından küresel veya dairesel olarak eşit aralıklarla (eşit sürelerde bir) ortaya çıkarlar. Bu kaynak bu şekilde dalga yollamaya devam ederek herhangi bir yöne doğru hareket ettiğinde, hareket yönünden ona bakan bir gözlemci için, ‘t’ zaman sonra gönderdiği dalga ile ondan bir önceki yani ilk anda göndermiş olduğu dalganın arası, eğer yerinde duruyor olsaydı göndereceği aynı iki dalganın arasından daha az olacaktır. Bu gözlemciye göre dalgalar sıkışır ve dalga boyu kısalır. Eğer bu dalga ışık ise ”maviye kayar”, ses ise ”tizleşir”. Elbette arkadan bakan bir gözlemci için ise tam tersi geçerlidir, kaynak gerçekte olduğundan daha kırmızı görünür ve sesi kalınlaşır. Bilimciler ışığın bu fenomenine kısaca ”redshift” demişlerdir.

Doppler Etkisi

Doppler etkisini kullanarak, bir cismin bize yaklaşıp yaklaşmadığını veya uzaklaşıp uzaklaşmadığını ve hatta bunu yapma hızlarını bulabiliriz. Günlük hayatımızda bu olayı, arabamıza ”radardan” hız cezası yerken veya Formula 1 araçlarının yanıızdan geçip giderkenki sesini dinlediğimizde deneyimleriz. Doppler Etkisinin ötegezegenlerdeki biyolojik imzaların saptanması görevimizdeki yerini aşağıdaki kısa hatırlatmadan sonra açıklayacağım.

KUTLEÇEKİM

  • Kütlesi olan cisimler, bu kütle ne kadar küçük olursa olsun, evrendeki diğer bütün kütleler ile gizemli bir ilişki içerisindedir.
  • Kuvvet kullanılarak oluşturulan her etkiye eşit bir tepki uygulanmak zorundadır.

Bunlar basit gibi görünen, banal bilgiler olsa da evrenin öteki ucundaki bir galaksiyle aranızda her zaman bir çekim kuvveti olduğunu bilmek veya elinizdeki bir topu havaya atıp tutuyorken, sadece birazcık ve bir anlık da olsa, (kendiniz de dahil olmak üzere) bütün dünyayı da aşağı doğru hoplattığınızı bilmek eğlencelidir. Bir teorik fizikçinin Dünya’yı yerinden oynatması için devasa bir sopaya ihtiyacı yoktur.

Karşılıklı uygulanan, kütlelerden kaynaklanan ve uzaklığın karesi ile ters orantılı olan bu çekim gücü, yıldızın gezegeni çekerek yörüngesinde tutmasına olanak verirken, aynı zamanda gezegenin de (ne kadar küçük olursa olsun) yıldızını çekmesine sebep olur. Bunun sonucunda bu ikili sistemin merkezi, yıldızın geometrik merkezi olmak yerine, yıldızın (genellikle) içinde bir yerlerde kalan ve yıldızın kendisinin de etrafında dönüyor olduğu bir noktadır. Bu da yıldızın dairesel bir şekilde ”yalpalıyormuş” gibi görünmesine sebep olur.

 

Penn State University

 

BU İKİSİNİN BİYOLOJİK İMZALARIN SAPTANMASI ,LE NE İLGİSİ VAR?

 

Bu iki bilgi, yaratıcı beyinlerde kullanıldığında bize, bir yıldızın gezegeni olup olmadığını ve hatta eğer varsa o gezegenin o anda nerede olduğunu söyler. Yalpalama Sonucunda Oluşan Doppler Etkisi

Etrafında gezegen olan, uygun bir yıldızın yapacağı bu dairesel yalpalama hareketi sırasında; yıldız, merkezi kendi içinde kalan küçücük yörüngesi üzerinde bize doğru yaklaştığında daha mavi, bize en yakın noktasından geçip tekrar uzaklaşmaya başladığında ise daha kırmızı görünür. En mavi olduğu yer ve en kırmızı olduğu yerler, yani radial hızın maksimuma ulastığı noktalar, yörüngenin iki ucunu belirler. 

Kırmızıdan maviye geçişte gezegen yıldızın arkasındadır (eclipse). Maviden kırmızıya geçildiği noktada ise gezegen yıldızıyla bizim aramıza girmiştir. (Bu anda yarattığı gölge ise bize gezegenin boyutlarını verir.) Bu iki durumda da radial hız bir anlığına sıfırdır.

 

BİO – İMZALAR NASIL GÖZLEMLENİR?

biosign-3

Yıldız ışığında biyolojik imza arama yöntemi. (Edinburgh Üniversitesi, Astrobiyoloji ders sunumlarından alınmıştır.)

Bir ışık kaynağından çıkan ve bir prizma ile tayfına (spektrumuna) ayrıştırılan bir ışık demetinin tayfında bazı emilim çizgileri olacaktır. Örneğin yukarıdaki resmin sağ alt köşesindeki grafikteki iki düşüşte belirli iki elementin imzası.

Fakat bu işi yapmak çok zordur. İstenilen ışık; yıldızın yüzeyinden çıkacak, gezegenin atmosferine girip çıkacak, oradan da buraya kadar gelecektir. Dış gezegenler çok uzaktır, ilginç olanları küçüktür ve çok parlak olan şeylere (yıldızlara) çok yakınlardır. Bizim istediğimiz ise, sadece gezegenin atmosferinden geçip süzülerek gelen ışıktır.

Bunu yapmanın zekice bir yolu ise, aşağıda gözüktüğü gibidir:

• Gezegen ve yıldızın birlikte spektrumu alınır.
• Ardından gezegenin yıldızın arkasına geçmesini bekleyip sadece yıldızınki alınır
• Son olarak da ilk tayf ikinciden çıkarılır.

isolating a planets spectrum ile ilgili görsel sonucu

Gezegen Spektrumun Ayrıştırılması

Geriye sadece gezegenin atmosferinin nelerden oluştuğu ve dolayısıyla orada nelerin yaşadığı kalır. Metrodorus, Giordano Bruno, Cristiaan Huygens ve Carl Sagan gibilerin omuzlarında yükselen ve bir çok heyecanlı keşfe gebe bir bilim dalı olan astrobiyoloji, en büyük sorularımızı cevaplama yetisine henüz daha yeni kavuşmuştur.

Cengiz Büyükuncu

KAYNAKÇA
[1] : Jayawardhana, Ray. (2011), Le Scienze Codice Edizioni: ”Strani Mondi: La Ricerca di Nuovi Pianeti e della Vita Oltre il Sistema Solare” – sf. 4-5
[2] : Sagan, Carl. (1980) Altin Kitaplar: ”Kozmos” – sf. 200-210.
[3] : http://dosequis.colorado.edu/Courses/MethodsLogic/Docs/Miller.pdf
[4] : http://gillevin.com/Mars/Reprint_107-SPIE.pdf
[5] : (1) http://www.lpi.usra.edu/lpi/meteorites/alhnpap.html (2)
https://www.nasa.gov/centers/johnson/pdf/403099main_GCA_2009_final_corrected.pdf
[6] : Seager, S. , JJ.Petkowski ve Bains, W. : (2016) ”Toward a List of Molecules as Potential
Biosignature Gases for the Search for Life on Exoplanets and Applications to Terrestrial Biochemistry.”
[7] : Prof. Cockell (Astrobiology Lectures – University of Edinburgh)
[8] : Rothery, D. ; Gilmour, I. ; Sephton, M. (2011) Cambridge University Press: An
Introduction to Astrobiology

Hep daha fazla okumak gerekir...

Yazar Hakkında

Cengiz Büyükuncu

İstanbul Saint Joseph Lisesi

Evergreen State University – İngiliz Dili

Saint Petersburg State University – Rus Dili

Glasgow Üniversitesi – Astrofizik

Bologna Üniversitesi – Astronomi