Pred rokom 1976, keď sa Viking 1 a 2 stali prvými kozmickými loďami, ktoré úspešne pristáli a pôsobili na povrchu Marsu, globálna fantázia túžila po červenej planéte, ktorá skrývala život. Vikingské pristávače boli navrhnuté tak, aby testovali mikróby, ale skutočnou nádejou, ktorú držali aj tí najuspokojivejší vedci v oblasti planéty, bolo, že kozmická loď NASA objaví komplexný život na Marse - niečo, čo sa objavilo, alebo možno drsný ker. Mars bol koniec koncov našou poslednou najlepšou nádejou po tom, čo astronómovia (a kozmická loď Mariner 2) navždy porazili pojem dinosaurov, ktorí sa rútia cez vlhké, venušské rašeliniská. Bol to Mars alebo krach; Ortuť bola len príliš blízko k slnku a za asteroidovým pásom sa verilo, že ležia v zemiach bez mikróbov s plynovými obrami a zamrznutými mesiacmi.
Preskúmanie slnečnej sústavy od Vikingu predstavovalo svet-by-svet uchopenie za niečo - čokoľvek - čo by mohlo naznačovať život tak, ako ho poznáme (alebo život, ako ho neznáme). Dnes sú oceány jupiterovho mesiaca Europa také, aké boli močiare Venuše a kanály na Marse pre dvadsiate storočie: možno najlepšia voľba na zničenie ľudskej osamelosti. Ďalšia vlajková loď vonkajšej planéty NASA, Europa Clipper, sa pokúsi určiť obývateľnosť ľadového mesiaca. Niektorý budúci vykladač alebo plavec bude musieť nájsť život, ak tam bude. Obytná zóna slnečnej sústavy teraz zahŕňa potenciálne každú planétu slnečnej sústavy. Enceladus a Titan, obkľučujúci Saturn, sú dobrými kandidátmi, rovnako ako Triton v okolí Neptúna. Rovnako ako voda, život môže byť všade.
Napriek tomu sme ju našli iba tu, kde sa to zdá - tam, kde je zdanlivo nezničiteľná, napriek mnohým udalostiam na úrovni vyhynutia. Asteroid sa zrazí so Zemou a utrie takmer všetko? Mikróby vytvárajú domov v prasklinách spôsobených nárazovou hlavicou a všetko to začína znova. Na základe našej vzorky jediného sveta je hneď, ako sa začne život, veľmi, veľmi ťažké odísť. A tak stále hľadáme.
Mozaika Európy, štvrtého najväčšieho mesiaca Jupitera, zhotoveného zo snímok vytvorených kozmickou loďou Galileo v rokoch 1995 a 1998. Európa je považovaná za svetový podpovrchový oceán s väčším množstvom vody ako Zem, čo z neho robí jedno z najsľubnejších miest v slnečnej sústave. pre astrobiológov, ktorí hľadajú život. (NASA / JPL-Caltech / SETI Institute) Zažehnutie života bez života - známe ako abiogenéza - je proces, ktorý vedci len začínajú chápať. Astronómovia, biológovia, chemici a vedci z planét spolupracujú, aby starostlivo zostavili hádanku, ktorá prechádza disciplínami a nebeskými objektmi. Napríklad sa nedávno zistilo, že uhlíkaté chondrity - niektoré z najstarších hornín v slnečnej sústave - obsahujú kyselinu pyruvátovú, ktorá je nevyhnutná pre metabolizmus. Keď na túto planétu pršali chondrity ako meteority, možno zúrodnili neživú Zem. Táto teória neodpovedá na náročnú otázku: „Odkiaľ sme prišli?“ Predstavuje však ďalšie vodítko pri hľadaní toho, ako to všetko začalo.
Abiogenéza nevyžaduje DNA - alebo aspoň nie DNA, ako existuje vo všetkých známych životných formách. DNA pozostáva zo štyroch nukleotidových báz, ale začiatkom tohto roka genetici vytvorili syntetickú DNA s použitím ôsmich báz. (Dabovali to hachimoji DNA.) Tento podivný genetický kód môže tvoriť stabilné dvojzávitnice. Môže sa reprodukovať. Môže dokonca mutovať. Vedci nevytvorili život; dokázali však, že naše poňatie života je prinajlepšom provinčné.
"Krajina-Like"
Zatiaľ čo práca v laboratóriách pomôže definovať, ako by mohol život prameniť z neživej hmoty, vesmírne teleskopy ako Kepler, ktorý ukončil operácie minulý rok, a TESS, ktoré spustili minulý rok, hľadajú nové planéty na štúdium. Tieto kozmické lode hľadajú exoplanety pomocou tranzitnej metódy a zisťujú poklesy minútového svetla v hviezdnom svetle, keď planéta prechádza medzi nami a nami. Pred dvadsiatimi piatimi rokmi bola existencia planét obiehajúcich iné hviezdy hypotetická. Teraz sú exoplanety také skutočné ako tie, ktoré krúžia na našom slnku. Samotný Kepler objavil najmenej 2 662 exoplanet. Väčšina z nich je pre život nehostinná, ako ju poznáme, aj keď hrsť sa niekedy charakterizuje ako „podobná Zemi“.
„Keď hovoríme:„ Našli sme planétu najviac podobnú Zemi, “ľudia niekedy znamenajú, že polomer je správny, hmotnosť je správna a musí byť v obývateľnej zóne, “ hovorí John Wenz, autor knihy Stratené planéty., príbeh loveckého úsilia na začiatku exoplanety, ktorý má zverejniť koncom tohto roka spoločnosť MIT Press. "Ale vieme, že väčšina z tých objavených exoplanet je okolo červených trpasličích hviezd." Ich prostredie nemusí byť veľmi podobné Zemi a existuje veľká šanca, že veľa z nich nebude mať atmosféru. “
Nie je to tak, že Zem je najšpecifickejšia planéta v celom vesmíre. V našej slnečnej sústave by sa Venuša ľahko zaregistrovala k mimozemským lovcom exoplanet ako dvojča Zeme. Ale planéty, ktoré sa skutočne podobajú Zemi, je ťažšie nájsť, pretože sú menšie ako plynové giganty a pretože neobjazdu svoje hostiteľské hviezdy tak blízko ako planéty okolo červených trpaslíkov.
"Je možné, že skutočné planéty podobné Zemi sú neuveriteľne bežné, ale že nemáme zdroje, ktoré by sme im venovali na ich hľadanie, " hovorí Wenz. Najsľubnejším doteraz exoplanetom Zeme 2.0 je Kepler-452b, ktorý je o niečo väčší ako Zem, má o niečo väčšiu hmotu a má príjemnú 385-dennú obežnú dráhu okolo slnečnej hviezdy. Problém je v tom, že nemusí existovať, ako sa uvádza v štúdii navrhnutej minulý rok. Môže to byť jednoducho štatistický šum, pretože jeho detekcia bola na hranici možností Keplera a kozmická loď zomrela skôr, ako bolo možné vykonať ďalšie pozorovania.
Umelecká koncepcia Kepler-186f, zemskej exoplanety vzdialenej asi 500 svetelných rokov, ktorá obieha okolo obývateľnej zóny svojej hviezdy. Planéta je o menej ako desať percent väčšia ako Zem a jej hostiteľská hviezda má asi polovicu veľkosti a hmotnosti slnka. (NASA Ames / JPL-Caltech / T. Pyle) Po spustení začiatkom roku 2020 sa vesmírny teleskop James Webb zameria na mnoho exoplanet objavených spoločnosťami Kepler a TESS. Bude schopný rozlíšiť vzdialené svety na pixel alebo dva, ale bude zodpovedať naliehavým otázkam v exoplanetovej vede, ako napríklad to, či planéta obiehajúca červenú trpasličiu hviezdu dokáže udržať svoju atmosféru napriek častým vzplanutiam a erupciám z takýchto hviezdy. JWST môže dokonca predstavovať nepriamy dôkaz o mimozemských oceánoch.
"Nevidíte kontinenty, " hovorí Wenz. "[Ale] môžete sa na niečo pozerať a vidieť modrú bodku alebo druh splyňovania, aký by ste si predstavili z cyklu nepretržitého odparovania."
Zóna abiogenézy
V Katalógu Obytných Exoplanetov je v súčasnosti uvedených 52 svetov mimo našej slnečnej sústavy, ktoré by mohli podporovať život, hoci správy nemusia byť také vzrušujúce. Správna vzdialenosť od hviezdy na to, aby sa povrchové teploty vznášali nad bodom mrazu a pod bodom varu, nie je jedinou požiadavkou na život - a určite nie je jedinou požiadavkou na začiatok života. Podľa Marcos Jusino-Maldonada, výskumníka z University of Puerto Rico v Mayaguez, správne množstvo ultrafialového (UV) svetla dopadajúceho na planétu z hostiteľskej hviezdy je jedným zo spôsobov, ako by mohol život vzrásť z organických molekúl v prebiotickom prostredí (aj keď nie jediná cesta).
„Na to, aby sa objavili reakcie umožňujúce vznik abiogenézy, musí byť planéta vnútri obývateľnej zóny, pretože potrebuje tekutú povrchovú vodu, “ hovorí Jusino-Maldonado. „Podľa teórie pravekej polievky reagujú molekuly a slaná voda a nakoniec vznikajú životy.“ Predpokladá sa však, že tieto reakcie vyvolávajú iskry iba na mieste zvanom abiogenéza. "Toto je kritická oblasť okolo hviezdy, v ktorej sa prekurzorové molekuly dôležité pre život môžu vytvárať fotochemickými reakciami."
UV žiarenie môže byť kľúčom k iskriacim reakciám, ktoré vedú k tvorbe životných stavebných blokov na Zemi, ako sú nukleotidy, aminokyseliny, lipidy a nakoniec RNA. Výskum v roku 2015 naznačil, že kyanovodík - pravdepodobne privedený na Zem, keď uhlík v meteoritoch reagoval s dusíkom v atmosfére - mohol byť v týchto reakciách poháňaných UV svetlom rozhodujúcou zložkou.
Aby sme túto teóriu ďalej otestovali, minulý rok vedci použili UV lampy na ožarovanie zmesi iónov sírovodíka a kyanovodíka, ako sa uvádza v časopisoch Science Advances and Chemistry Communications . Výsledné fotochemické reakcie sa potom porovnali s rovnakou zmesou chemikálií v neprítomnosti UV svetla a vedci zistili, že na reakcie, ktoré produkujú prekurzory RNA potrebné pre život, je potrebné UV žiarenie.
RNA (ribonukleová kyselina) a DNA (deoxyribonukleová kyselina) sú nukleové kyseliny, ktoré sú spolu s uhľohydrátmi, lipidmi a proteínmi nevyhnutné pre všetky známe formy života. (Sponk / Roland1952 prostredníctvom Wikicommons pod CC BY-SA 3.0) Aby UV fotochémia mohla vytvárať tieto bunkové stavebné bloky, musí byť vlnová dĺžka UV svetla okolo 200 až 280 nanometrov. Jusino-Maldonado hovorí, že vo svojej práci bol tento koncept aplikovaný na obytný exoplanetový model. "Zo všetkých obývateľných exoplaniet sa iba osem z nich nachádza v obývateľnej zóne a zóne abiogenézy."
Napriek tomu, že všetkých osem je v obývateľných aj abiogénnych zónach, žiadna z nich nie je pre život obzvlášť priaznivá, hovorí Jusino-Maldonado. Každý z ôsmich svetov je buď „super-Zem“ alebo „mini-Neptún“. Najpravdepodobnejšími kandidátmi sú Kepler-452b (ak existuje) a možno τ Cet e (ak je jeho polomer vhodný). V obývateľných aj abiogénnych zónach sa doteraz neobjavili žiadne svety veľkosti Zeme.
Stanovenie štandardov
Po hľadaní skutočne obývateľného sveta cudzincov sa astrobiológovia snažia vytvoriť rámec na kategorizáciu, diskusiu a štúdium týchto planét. Veľké vedecké snahy o prácu si vyžadujú normy definovania a merania. Astrobiológia je relatívne mladý študijný odbor a jednou z naliehavých netriviálnych otázok, ktorým čelí, je, ako definujete obývateľnosť? Ako definujete život?
„Na tomto probléme pracujem už desať rokov, “ hovorí Abel Mendéz, planetárny astrobiológ a riaditeľ Laboratória planetárnej imigrácie na University of Puerto Rico v Arecibe. „Vedel som, že problém obývateľnosti si vyžaduje prácu. Všetci sa zaoberali tým, ako to definovať. “Začiatkom tohto roka, na 50. výročnej konferencii o lunárnych a planetárnych vedách v Houstone v Texase, predstavil Mendéz svoju nedávnu prácu o globálnom modeli obývateľnosti povrchu, ktorý je použiteľný pre planéty v našej slnečnej sústave aj mimo nej.,
Po preštudovaní literatúry si uvedomil, že astrobiológovia neboli prví, ktorí sa stretli s problémami definície, kategorizácie a uniformity, pokiaľ ide o obývateľnosť. Pred štyridsiatimi rokmi sa ekológovia vyrovnávali s rovnakou výzvou. „Každý definoval obývateľnosť tak, ako si to želali v rôznych novinách, “ hovorí Mendéz. V 80. rokoch sa ekológovia spojili, aby vytvorili formálnu definíciu. Vyrábali priemery na meranie obývateľnosti, vyvinuli systém s rozsahom od 0 do 1, pričom 0 je neobývateľný a 1 veľmi obývateľný.
Mať jedinečný rámec bol rozhodujúci pre rozvoj ekológie a v astrobiológii to veľmi chýba. Budovanie modelu obývateľnosti pre celé planéty sa začalo zisťovaním premenných, ktoré je možné dnes merať. „Keď vytvoríte formálny systém, môžete z toho zostaviť systémy a vytvoriť knižnicu obývateľnosti pre rôzne kontexty.“
Graf potenciálne obývateľných exoplaniet. (Abel Mendez / laboratórium pre planétu, UPR-Arecibo) Najprv sa Mendéz musel zaoberať jediným meraním vhodnosti biotopu „1“ v známom vesmíre. „Ak navrhujete model obývateľnosti, musíte urobiť Zem, aby fungovala, “ hovorí. Jeho laboratórium použilo tento model na porovnanie biotopov rôznych biomov, ako sú púšte, oceány, lesy a tundra.
„Ak počítame obývateľnosť regiónu - nezohľadňujúc život, ale koľko hmoty a energie je k dispozícii pre nezávislý život - je to skôr meranie životného prostredia. Korelujeme to so skutočným meraním biologickej produktivity v regióne: naša základná pravda. To je náš test. “Keď jeho skupina zmapovala životné prostredie a biologickú produktivitu, zistili, čo Mendéz označil za„ pekné korelácie “.
Dnes Mendézov model obývateľnosti zohľadňuje schopnosť skalných planét podporovať povrchovú vodu, vek a správanie ich hviezd, ako aj orbitálnu dynamiku a prílivové sily pôsobiace na tieto svety. Model berie do úvahy hmotnosť a energiu v systéme a percentuálny podiel uvedenej hmotnosti a energie dostupnej pre druh alebo biosféru. (Toto percento je najťažšou časťou rovnice. Nemohli ste tvrdiť, že napríklad 100% hmotnosti Zeme je k dispozícii pre život.)
Model sa obmedzuje na „takmer povrchovú tenkú vrstvu planétového telesa“, a tak model zaväzuje povrchovú obývateľnosť Zeme na 1, čoskoro na Mars, ktorá bude menšia alebo rovná 0, 034 a Titan na hodnotu menšiu alebo rovnú 0, 000139. Model je nezávislý od druhu uvažovaného života - napríklad zvieratá verzus rastliny - a svety ako Európa s „podpovrchovými biosférami“ sa ešte nezohľadňujú.
Takéto základy sú neoceniteľné, ale ich schopnosť predvídať návyky je stále obmedzená, čiastočne preto, že sa týkajú iba života, ako ho poznáme. V roku 2017 publikovali vedci spoločnosti Cornell dokument, ktorý odhaľuje dôkazy o molekule akrylonitrilu (vinylkyanidu) na titáne, ktorý by mohol byť hypoteticky kľúčom k životu na báze metánu vo svete bez kyslíka - skutočne cudzom živote, na rozdiel od všetkého, čo sme kedy mali známe. Ak život prekvitá v takom konvenčne nehostinnom svete, akým je Titan, a ak ho nájdeme, Mendez píše v abstrakte popisujúcom jeho model: „Antikoreláciu medzi mierami obývateľnosti a biosignatmi možno interpretovať ako abiotický proces alebo ako život, aký my nemáme “ neviem to. “
Každopádne nedostatok doteraz známych svetov pre život znamená, že ľudstvo musí pokračovať v zdokonaľovaní svojich observatórií a vrhať svoje oči smerom k vzdialeným oblastiam. Je to veľká galaxia plná sklamaní. Už teraz nemôžeme dúfať, že Marťania vykopávajú vodné cesty alebo dinosaury siahajúce po machu na stromoch Venuše, ale stále snívame o tom, ako sa budú plávať kalmáre cez európske more a kto vie, čo číha v uhľovodíkových jazerách Titanu. Ak sa tieto svety nedokážu doručiť, záleží to na exoplanetách - sú mimo našich pozorovacích schopností a sú veľmi ďaleko od domova.
