Papatya dünyalarını tespit etmenin yeni bir yolu

Papatya dünya modeli, kendi kendini düzenleyen, biyojeokimyasal döngüleri, iklimi ve kendisini yaşanabilir kılan geri bildirim döngülerini içeren hassas bir dengeyi koruyan varsayımsal bir gezegeni tanımlıyor. James Lovelock’un geliştirdiği Gaia Hipotezi ile ilişkilidir. Eğer bu dünyalar oradaysa nasıl tespit edebiliriz?

Bilgiye yakından bakarak.

Papatya dünyasında (DW) iki tür papatya yaşar: beyaz ve siyah. Farklı albedolara sahipler ve siyahlar daha fazla güneş ışığını emerek gezegeni ısıtıyor, beyazlar ise daha fazla güneş ışığını yansıtıyor ve gezegeni soğutuyor.

DW’nin yıldızı parladıkça gezegenin sıcaklığı da artıyor. İlk başta siyah papatyalar daha fazla enerji emdikleri için gelişirler. Ancak gezegen ısındıkça, daha fazla enerji emmek istenmeyen bir hal alıyor ve beyaz papatyalar siyahlara karşı rekabette üstünlük sağlamaya ve gelişmeye başlıyor. Büyüdükçe daha fazla güneş ışığını yansıtırlar ve gezegeni serinletirler.

Sonuç, papatyaların gezegenin sıcaklığını düzenlediği ve onu yaşanabilir bir aralıkta tuttuğu hassas bir homeostazdır. Çok sıcak olamaz ve çok soğuk da olamaz. DW modeli, yaşamın bir gezegenin iklimini nasıl etkileyebileceğini ve kendi hayatta kalması için uygun koşulları nasıl yaratabileceğini gösteriyor.

Dünya tam anlamıyla bir papatya dünyası değil ama Dünya’daki yaşam iklimi etkiliyor. DW modeli, temel iklim geri bildirim mekanizmaları kavramını basitçe göstermektedir.

Yeni araştırmada, Rochester Üniversitesi Fizik ve Astronomi Bölümü ile Bilgisayar Bilimleri Bölümü’nden bilim adamları, biyosferler ve jeosferler gibi gezegen sistemlerinin nasıl birleştiğini analiz etmenin yollarını bulmak istediler. Eğer dışarıda kendi kendini düzenleyen “papatya dünyaları” varsa, onları nasıl tespit edebiliriz?

Araştırmanın başlığı “Exo-Daisy World: Gaia Teorisini Bilgilendirici Mimari Perspektifiyle Yeniden Ziyaret Etmek”. Baş yazar, Rochester Üniversitesi Fizik ve Astronomi Bölümü’nde araştırma fizikçisi ve doktora sonrası araştırmacı olan Damian Sowinski’dir. Araştırma yayınlanmayı bekliyor ve henüz hakem değerlendirmesinden geçmedi, ancak mevcut üzerinde arXiv ön baskı sunucusu.

Buradaki fikir, dış gezegenlerdeki agnostik biyoimzaları tespit etmenin bir yolunu bulmaktır. Düzenli biyoimzalar, canlı organizmaların yan ürünleri olabilecek oksijen veya metan gibi spesifik kimyasallardır. Agnostik biyoimzalar yaşamın mevcut olduğuna dair göstergelerdir ancak bunları hangi tür organizmaların ürettiğini belirlemeye dayanmazlar. Bunun yerine, yaşayan dünyaların ürettiği kapsayıcı gezegen kalıpları gibidirler.

Yazarlar için agnostik biyoimzaların bulunması bilgi ve bilginin nasıl aktığıyla başlıyor.

Yazarlar, “Bu çalışmada, klasik papatya dünya modelini Semantik Bilgi Teorisi (SIT) merceğinden genişleterek, biyosfer ve gezegensel ortam arasındaki bilgi akışını (papatya dünya sistemlerinin bilgi mimarisi olarak adlandırdığımız şeyi) karakterize etmeyi amaçlıyoruz.” açıklamak.

Anlamsal bilgi teorisi 20. yüzyılın ortalarından beri var. Farklı bağlamlarda anlamı, insanın öznel yorumunun onu nasıl etkilediğini ve aynı damardaki ilgili kavramları tanımlamaya çalışır. Yapay zeka ve makine öğrenimi daha yaygın hale geldikçe yeni bir odak noktası haline geldi.

Dış gezegenlerin atmosferlerini ve ortamlarını anlama ve yaşamı destekleyenlerle desteklemeyenleri birbirinden ayırmanın bir yolunu bulma yönünde bir istek var. Bu, agnostik biyoimzalara dayanan karmaşık bir sorundur.

Agnostik biyoimzalar, biyolojik olmayan süreçlerle açıklanamayan karmaşık kalıplar ve yapılardır. Ayrıca dengesizlik, yeni enerji aktarımı, farklı ölçeklerde olağandışı düzeyde organizasyon ve biyolojik bir nedene işaret eden döngüsel veya sistematik değişiklikler de var.

Agnostik biyoimza arayışı, biyolojik senteze ihtiyaç duyan karmaşık molekülleri, metabolizma gerektiren kimyasal dağılımları, belirli moleküllerin beklenmedik birikimlerini ve atmosferdeki veya biyolojik bakım gerektiren gezegen yüzeyindeki özellikleri içerebilir.

Dünya üzerindeki agnostik biyoimzaların bazı örnekleri, atmosferde bir arada bulunan metan ve oksijen, Dünya’nın bitki örtüsü spektrumundaki “Kırmızı Kenar” ve gaz emisyonlarının günlük veya mevsimsel döngüleridir.

“Ötegezegenlerde yaşam arayışı, bir gezegenin spektroskopik özelliklerini önemli ölçüde değiştirmiş olan yaşama dayanan biyoimzaların tanımlanmasını gerektirir. Dolayısıyla, ötegezegensel yaşam araştırmaları bireysel organizmaları tespit etmeye değil, yaşamın gezegen sistemi üzerindeki kolektif etkilerini tanımlamaya odaklanır. Yazarlar, “Ekso-biyosferler olarak adlandırdığımız şey” diye açıklıyor.

Kısacası biyosferleri incelemeden biyoimzaları inceleyemeyiz. Bunu yaparken, bir ekso-biyosferin toplu olarak jeosfer olarak bilinen atmosfer, hidrosfer, kriyosfer ve litosfer üzerinde güçlü bir etki uyguladığı “olgun” bir duruma nerede ve nasıl ulaştığını anlamak kritik öneme sahiptir. Olgunlaştıklarında ve güçlü bir etki oluşturduklarında papatya dünyası hipoteziyle aynı çizgide olurlar.

Yazarların amacı, biyosfer ile gezegensel çevre arasında bilginin nasıl aktığını incelemektir. Bunu yapmak için M-cüce ötegezegenlerdeki potansiyel koşulları modellediler ve bu dünyalardaki papatyaların gezegensel ortamlarıyla birlikte evrimini tanımlayan denklemler geliştirdiler. Papatya dışı dünyalar (eDW’ler) için “bilgi anlatısı” adını verdikleri şeyi yarattılar.

Tipik olarak, DW’lerdeki homeostatik geri bildirim, radyasyon akıları, albedos ve bitki ömrünü kapsama fraksiyonları gibi fiziksel miktarlara dayanır. Fiziksel anlatı budur. Ancak araştırmacılar, bilginin nasıl aktığına dayalı tamamlayıcı bir anlatı türetmek için Anlamsal Bilgi Kuramı’nı kullandılar. SIT, çalışmalarında bir etken (biyosfer) ile çevre arasındaki korelasyonlara ve bu korelasyonların etkene nasıl fayda sağladığına odaklanıyor.

Modelleri, yıldızların parlaklığı arttıkça biyosfer ve çevresi arasındaki korelasyonların yoğunlaştığını gösterdi. Korelasyonlar, ikisi arasındaki bilgi alışverişinin farklı aşamalarına karşılık gelir. Bu, bitki örtüsünün albedoslarının çıplak zemine göre pozitif ve negatif farklılıkları yoluyla uyguladığı bir kontrol olan dizgin kontrolü fikrine yol açıyor. Biyosferin bir gezegenin iklimi üzerinde düzenleyici etkisi bu şekildedir. Bilgilendirici anlatımlarında, gezegensel sıcaklıklar “katlanılabilir sıcaklık aralığının daha soğuk ve daha sıcak sınırlarında” daha kısıtlıdır.

Biyosfer ile çevre arasında akan bilgilerin tümü konuyla ilgili değildir. Biyosfer bunun tamamını kullanmıyor çünkü bir kısmı biyosferin kontrolü sürdürmesine yardımcı olmuyor. Yazarlar, tüm bu bilgileri bilgi teorisine göre analiz ederek hangi bilginin, ne zaman ve nasıl kendi yaşanabilirliğine katkıda bulunduğunu belirleyebileceklerini söylüyorlar.

Papatya dünyası modeli öğreticidir ama oyuncak bir modeldir. Örneğin volkanik patlamalar gibi stokastik olayları içermez. Ancak asıl soru bunun ekzobiyosferlerle nasıl bir ilişkisi olduğudur?

Yazarlar, çalışmalarının, dış gezegenlerin ve biyosferlerinin Dünya’da olduğu gibi nasıl birlikte evrimleştiğini anlamak için SIT gibi yaklaşımları kullanma potansiyelini gösterdiğini söylüyor. Bir ötegezegenin canlı ve cansız sistemleri arasındaki karmaşık etkileşim ağlarının çoğunu içeren daha gerçekçi modeller gerekli olacaktır. Biyosfer, bilgiyi cansız sistemlerin yapmadığı şekilde işler; dolayısıyla bilgi merkezli sistemler, fiziksel veya kimyasal modellerin yapamayacağı şekillerde agnostik biyoimzaları gizleyebilir.

Yazarlar, “Sonuç olarak, araştırma programımızdaki bir sonraki adım, SIT ve diğer bilgi-teorik yaklaşımların birleşik gezegen sistemlerinin daha karmaşık modellerine uygulanmasını içerecektir” sonucuna varıyor.