Center for Extraterrestrisk Liv (CELS)

Målet med Center for Extraterrestrisk Liv er at forbedre vores forståelse af de fysiske, kemiske og biologiske forhold på de jordbaserede planeter i vores eget solsystem og på planeter omkring andre stjerner, såkaldte exoplaneter. 

Finansiering af centret

Centrets aktiviteter er baseret på store bidrag fra Novo Nordisk Fonden (under NNF's tværfaglige synergiprogram tilskud nr. NNF19OC0057374; Effekten af bakterier på atmosfærer på Jorden, Mars og exoplaneter - tilpasning og identifikation af liv i extraterrestiske miljøer) og Den Europæiske Union (Horisont 2020-forsknings- og innovationsprogram, Marie Sklodowska-Curie-tilskud nr. 860470, CHAMELEON), fra 2020 til 2025 og yderligere støtte fra Carlsbergfondet (infrastrukturstøtte CF18-0552), Videnskabs- og teknologiråd (STFC i Storbritannien), DFF (tilskud # 9040-00142B, Chiral selektivitet i atmosfærisk autoxidering) og AP Sloan Foundation (tilskud # G-2019-12281).

Et KU samarbejde mellem tre institutter

NNF-synergiprojektet er et samarbejde mellem tre institutter ved Københavns Universitet, Niels Bohr Institutet, Institut for Biologi og Institut for Kemi, der for tiden bor på fire forskellige adresser Nord- og City Campus, dvs. på Blegdamsvej 17, Øster Voldgade 5 og Universitetsparken 5 og 15. Når den nye Niels Bohr Bygning er klar til indflytning, vil vi alle være beliggende i området Universitetsparken på Nordcampus ved Københavns Universitet.

CHAMELEON-projektet er et dobbelt Degree PhD-netværk mellem 6 europæiske universiteter i København (Danmark), St Andrews (Skotland), Groningen (Nederlandene), Edinburgh (Skotland), Leuven (Belgien) og Antwerpen (Belgien).

Centret administrerer desuden Dansk 1.54 m (DK 1,54 m) teleskop på ESO'S La Silla Observatory i Chile baseret på støtte fra Niels Bohr Institutet, Carlsberg fondet, STFC i Storbritannien og forskellige universiteter. Vi er i gang med at drive MiNDSTEp-projektet fra DK 1,54 m teleskopet i søgningen og karakterisering af eksoplaneter.

Om projektet

For at hjælpe med at øge vores forståelse af livets virkninger på sammensætningen, strukturen og udviklingen af atmosfæren på Jorden, Mars og exoplaneter, samler vi mikroorganismer på fjerne og ekstreme steder på Jorden. Derefter udsætter vi dem for udfordrende forhold i laboratorieeksperimenter og måler de ændringer, som dette medfører i deres stofskifte og udstødningsgasser.

I kemilaboratoriet måler vi den spektrale absorption af disse gasser og derefter inkluderer deres signaturer i computermodeller af exoplanetatmosfærer, herunder modeller om indflydelse af bakterier på skydannelse. Dette giver os mulighed for at kvantificere mængden af biologisk aktivitet, der er nødvendig for at forårsage målbare aftryk på de observerbare exoplanet-spektre.

Aftryk kan være forårsaget af mikroorganismer svarende til dem, vi eksperimenterer med i laboratoriet, men kan også være af mere generel karakter.

Vores forskning fokuserer på undersøgelser af forholdene på Jorden, Mars og exoplaneter, og hvordan livet påvirker deres atmosfærer på storskala.

Hvordan kan vi opdage, om der er liv på andre planeter? Hvad bestemmer strukturen og sammensætningen af overfladen og atmosfæren på exoplaneter? Hvilke kemiske reaktioner er vigtige for den atmosfæriske struktur? Er skydannelse påvirket af bakterier? Forenkler skyer globaliseringen af livet, når det først er opstået et sted?

Er der steder på Jorden, der er for kolde eller for tørre til at nogen form for liv kan eksistere? Kan vi definere, hvad livet er? Hvordan påvirker stråling atmosfæren? Er der molekyler eller en kombination af molekyler, der kun kan eksistere i atmosfæren, hvis biologi er involveret?

Vores forskningsfaciliteter og numeriske modeller inkluderer:

Jens-Martin-Knudsen Mars simuleringskammer

Dette er et lille hjemmelavet kammer, hvor vi kan kontrollere temperaturen, trykket, atmosfærens sammensætning og strålingsfeltet. Her udvinder vi små mængder udstødningsgas fra eksperimenter med levende bakterier til yderligere analyse i kemilaboratoriet.

Kammeret inkluderer også et indbygget massespektrometer, der kan give et første indtryk af sammensætningen af den producerede gas.

Indsamling af bakterier og andre mikroorganismer i felten

Vi kan indsamle information fra kolde områder i Nordgrønland såvel som i varme og tørre områder på Jorden om metabolismen af bakterier fra en lang række forhold. For særlig interesse for betingelserne på Mars er perchloratreducerende bakterier fra Atacama-ørkenen i Chile.

Mikroorganismer vides at producere et stort antal gasser og flygtige organiske forbindelser med stærke effekter på atmosfærer.

Vi vil undersøge, hvordan mikrobiel aktivitet kan påvirke atmosfærisk sammensætning og egenskaber, og hvordan bakterier kan påvirke skydannelse i forskellige atmosfærer.

Numeriske modeller for strukturen og spektrene af planeter og stjerner afslører sammensætningen af deres atmosfære

L-dværge og T-dværge er stjerner, brune dværge eller varme exoplaneter i temperaturområdet omkring 1000 K til 2000 K. Tegningen viser eksempler på skylag i forskellige højder i deres atmosfære.

Sådanne skyer er ikke lavet af vanddråber som på Jorden, men kan være dråber af metaller eller sten afhængigt af atmosfærernes temperatur og kemiske sammensætning.

Den røde kurve i den nederste figur er et observeret spektrum af en L-dværg sammen med vores beregnede spektrum i sort baseret på vores simuleringer af atmosfærens struktur og sammensætning.

Ved at udføre sådanne simuleringer lærer vi om forholdene i atmosfæren.

Sammenligning af godt modellerede spektre af exoplaneter med observationer kan om få år afsløre de første tegn på extraterrestrisk liv

Spektre af jorden viser klare tegn på metanproducerende mikroorganismer (CH4), fotosyntese (ilt i form af O3) og eksistensen af flydende vand (H2O). Mars 'og Venus' spektre viser to livløse planeter med kun CO2 i deres spektre. Hvad viser spektre af de første jordlignende exoplaneter?

Hvis livet påvirker atmosfæren i stor skala, som på jorden, vil vi være i stand til at se det i spektrene af nærliggende exoplaneter fra det kommende ELT-teleskop.

Molekylær spektroskopi

Ved brug af købte spektrometre (FT-IT, UV-vis) og hjemmebyggede mere følsomme spektrometre (cavity ring down, CRD, and photoacoustic laser, PAS) registrerer vi spektre af molekyler. Vi supplerer dette eksperimentelle arbejde med beregninger af spektre med standardkode og kode udviklet af vores gruppe.

Modellering af kemiske reaktioner

Baseret på kvantekemiske beregninger modellerer vi kemiske reaktionsmekanismer og kinetik af disse. Dette fører ofte til nye reaktioner, der ikke tidligere er overvejet, og vi estimerer effekten af ​​disse nye reaktioner i kemiske modeller.

Modellering af interaktion mellem liv og klima

Supercomputersimuleringer af individuelle konvektive skyceller i et 480 km x 480 km område nær toppen af ​​det planetariske (her Jorden) grænselag.

Blå er regioner med høj fugtighed, mens rød repræsenterer tørre områder Bakterier kan påvirke skydannelsen ved at fungere som sky-kondensationskerner.

Da skyer er essentielle for den atmosfæriske energibalance, kan bakterier påvirke energibudgettet for en planets atmosfære. Modellering af bakterie-sky-interaktionen kan derfor afsløre bakterier i exoplanet-atmosfærer og samtidig give information om, hvordan bakterier kan sprede sig globalt og påvirke tilstanden i det miljø, de lever i.

CELS er på nuværende tidspunkt (dvs. 2022/2023) involveret i undervisning i følgende fag:

Vi har deltaget i adskillige foredrag, paneldiskussioner og radio og tv udsendelser de seneste år. Nedenfor er nogle eksempler:

Se møder og foredrag på den engelske side >>

Sekretær
Zofia Merie Kohring
E-mail: kohring@nbi.ku.dk
Telefon: (+45) 35 32 52 10
 
 

Niels Bohr Institute (Leder af CELS)
Uffe Gråe Jørgensen, Professor 
Email: uffegj@nbi.dk
Telefon: (+45) 61 30 66 40

Institut for Mikrobiology
Anders Priemé, Professor
Email: aprieme@bio.ku.dk 
Telefon: (+45) 51 82 70 33

Kemisk Institut
Henrik Grum Kjærgaard, Professor
Email: hgk@chem.ku.dk 
Telefon: (+45) 35 32 03 34

Niels Bohr Institute
Jan Olaf Mirko Härter, Lektor
Email: haerter@nbi.ku.dk
Telefon: (+45) 93 56 57 36