Pred letom 1976, ko sta Viking 1 in 2 postala prvo vesoljsko plovilo, ki je uspešno pristalo in delovalo na površini Marsa, je svetovna domišljija hrepeneče hrepenela po rdečem planetu, ki je podpiral življenje. Vikingski zemljaki so bili zasnovani za testiranje mikrobov, toda resnično upanje, ki so ga imeli celo najbolj razjarjeni planetarni znanstveniki, je bilo, da bo NASA-ino vesoljsko plovilo odkrilo zapleteno življenje na Marsu - nekaj, kar se je mudilo, ali morda grmovje. Navsezadnje je bil Mars naše zadnje, najboljše upanje, potem ko so astronomi (in vesoljsko plovilo Mariner 2) za vedno premagali pojem o dinozavrovih, ki živijo po vlažnih venezijskih barjih. To je bil Mars ali doprsni kip; Živo srebro je bilo tik pred soncem in onstran asteroidnega pasu je bilo verjeti, da leži dežela plinskih velikanov in zamrznjenih lunov brez mikroba.
Raziskovanje osončja, odkar je Viking predstavljalo svet v svetu, se dojema za nekaj - karkoli -, kar bi lahko nakazovalo na življenje takšnega, kot ga poznamo (ali življenje, kakršnega ne poznamo). Danes so oceani Jupitrove lune Evropa tisto, kar so bile močvirje Venere in Marsovi kanali za dvajseto stoletje: morda najboljša možnost za uničevanje človeške osamljenosti. Nasina naslednja vodilna misija na zunanjih planetih, Europa Clipper, bo poskušala določiti življenjsko dobo ledene lune. Nek bodoči lander ali plavalec bo moral najti življenje, če je tam. Bivalno območje osončja zdaj potencialno vključuje vsak planet v osončju. Enceladus in Titan, ki obkrožata Saturn, sta dobra kandidata, prav tako Triton okoli Neptuna. Tako kot voda je lahko življenje povsod.
In vendar smo ga našli le tu, kjer se zdi - kjer je na videz neuničljiv, kljub številnim dogodkom na ravni izumrtja. Asteroid trči v Zemljo in obriše skoraj vse? Mikrobi naredijo dom v razpokah, ki jih je povzročil morilski udar, in vse se začne znova. Glede na naš vzorec enotnega sveta, ko se življenje začne, je zelo, zelo težko uničiti. In tako nadaljujemo z iskanjem.
Mozaik Evrope, četrte največje lune Jupitra, narejen iz posnetkov, ki sta jih leta 1995 in 1998 posneli vesoljski plovili Galileo. Verjame se, da ima Evropa podzemni ocean z več vode kot Zemlja, zaradi česar je eno najbolj obetavnih krajev v osončju da astrobiologi iščejo življenje. (NASA / JPL-Caltech / SETI inštitut) Iskrivanje življenja iz brezživosti - znano kot abiogeneza - je proces, ki ga znanstveniki šele začenjajo razumeti. Astronomi, biologi, kemiki in planetarni znanstveniki si skupaj prizadevajo, da si prizadevno sestavljajo sestavljanko, ki prečka discipline in nebesne predmete. Na primer, nedavno so ugotovili, da ogljikovi hondriti - nekatere najstarejše kamnine v sončnem sistemu - vsebujejo pirovično kislino, ki je nujna za presnovo. Ko hondriti padajo na ta planet kot meteoriti, so morda oplodili brezživo Zemljo. Ta teorija ne odgovarja na vsezahtevno vprašanje: "Od kod smo prišli?" Toda predstavlja še en namig pri iskanju, kako se je vse začelo.
Abiogeneza sploh ne zahteva DNK ali vsaj ne DNK, kot obstaja v vseh znanih oblikah življenja. DNK je sestavljen iz štirih nukleotidnih baz, vendar so v začetku tega leta genetiki ustvarili sintetično DNK z uporabo osmih baz. (Poimenovali so jo hachimoji DNA.) Ta čudna genetska koda lahko tvori stabilne dvojne vijačnice. Lahko se razmnožuje. Lahko celo mutira. Znanstveniki niso ustvarili življenja; vendar so dokazali, da je naše pojmovanje življenja v najboljšem primeru provincialno.
"Zemljani"
Medtem ko bo delo v laboratorijih pomagalo opredeliti, kako bi lahko življenje izviralo iz nežive materije, vesoljski teleskopi, kot sta Kepler, ki je končal operacijo lani, in TESS, ki so ga lansirali lani, iščejo nove planete, ki jih bodo preučevali. Ta vesoljska plovila iščejo eksoplanete s pomočjo tranzitne metode in zaznavajo minuto zmanjšanje svetlobe zvezde, ko planet prehaja med njo in nami. Pred petindvajsetimi leti je bil obstoj planetov, ki krožijo okoli drugih zvezd, hipotetičen. Zdaj so eksoplaneti resnični kot tisti, ki krožijo po našem soncu. Samo Kepler je odkril vsaj 2.662 eksoplanetov. Večina ljudi je nevljudna za življenje, kot ga poznamo, čeprav jih je včasih nekaj "zemeljskega."
"Ko rečemo:" Našli smo najbolj zemeljski planet, "ljudje včasih pomenijo, da je polmer pravi, masa prava in da mora biti v naseljeni coni, " pravi John Wenz, avtor knjige The Lost Planets, zgodba o zgodnjih prizadevanjih za lov na eksoplanete, ki jo bo objavil MIT Press kasneje letos. "Vemo pa, da je večina odkritih eksoplanetov okoli rdečih palčkov. Njihovo okolje ne bo večinoma podobno Zemlji in obstaja velika verjetnost, da jih veliko ne bo imelo atmosfere. "
Ne gre za to, da je Zemlja najbolj poseben planet v vsem vesolju. V našem osončju bi se Venera zlahka registrirala za tujecne lovke na eksoplanete kot dvojčka Zemlje. A planete, ki so resnično podobni Zemlji, je težje najti, ker so manjši od plinskih velikanov in ker ne obkrožajo svojih gostiteljskih zvezd tako blizu kot planeti okoli rdečih palčkov.
"Mogoče so resnični planeti, podobni Zemlji, neverjetno pogosti, vendar nimamo virov, ki bi jih lahko posvetili iskanju, " pravi Wenz. Najbolj obetaven eksoplanet Zemlje 2.0, ki so ga našli doslej, je Kepler-452b, ki je nekoliko večji od Zemlje, z nekoliko večjo maso in ima prijetno 385-dnevno orbito okoli zvezde, podobne soncu. Težava je v tem, da morda ne bi obstajala, kot je predlagala študija lani. Lahko bi šlo zgolj za statistični hrup, saj je bilo njegovo zaznavanje na robu sposobnosti Keplerja, vesoljsko plovilo pa je umrlo, preden je bilo mogoče opraviti nadaljnja opazovanja.
Umetniški koncept Kepler-186f, eksoplaneta velikosti Zemlje, ki je oddaljen približno 500 svetlobnih let, ki kroži v območju bivanja svoje zvezde. Planet je manj kot deset odstotkov večji od Zemlje, njegova gostiteljska zvezda pa je približno polovica velikosti in mase sonca. (NASA Ames / JPL-Caltech / T. Pyle) Ko se bo lansiral v začetku leta 2020, bo vesoljski teleskop James Webb ciljal na številne eksoplanete, ki sta jih odkrila Kepler in TESS. Oddaljene svetove bo lahko razrešil na pik ali dva, odgovoril pa bo na pereča vprašanja v znanosti o eksoplanetih, na primer, ali lahko planet, ki kroži okoli rdeče palčeve zvezde, drži svoje ozračje kljub pogostim sunkom in izbruhom takšnih zvezde. JWST bi lahko celo predstavil posredne dokaze o tujih oceanih.
"Ne boste videli celin, " pravi Wenz. "[Vendar] lahko pogledate na nekaj in vidite modro piko ali vrsto, ki bi jo predstavljali iz neprekinjenega cikla izhlapevanja."
Cona Abiogeneza
Katalog bivalnih eksoplanetov trenutno našteje 52 svetov zunaj našega osončja, ki bi lahko podpirali življenje, čeprav novice morda niso tako navdušujoče. Pravilna razdalja od zvezde za površinske temperature do ležanja nad zmrzovanjem in pod vreliščem ni edina življenjska zahteva - in zagotovo ni edina zahteva, da se življenje začne . Kot pravi Marcos Jusino-Maldonado, raziskovalec na univerzi Portoriko v Mayaguezu, je pravilna količina ultravijolične (UV) svetlobe, ki zadene planet od svoje gostiteljske zvezde, eden od načinov, da bi se življenje lahko povečalo iz organskih molekul v prebiotičnih okoljih (čeprav ne edina pot).
"Za reakcije, ki omogočajo pojav abiogeneze, mora biti planet znotraj območja bivanja, ker potrebuje tekočo površinsko vodo, " pravi Jusino-Maldonado. "Po teoriji prvotne juhe molekule in slana voda reagirajo in sčasoma nastanejo življenje." A verjame se, da te reakcije sprožijo le v kraju, ki se imenuje območje abiogeneze. "To je kritično območje okoli zvezde, v katerem lahko s pomočjo fotokemičnih reakcij nastanejo pomembne za življenje molekule predhodnice."
UV-sevanje je lahko bilo ključno za iskreče reakcije, ki vodijo k nastanku življenjskih blokov na Zemlji, kot so nukleotidi, aminokisline, lipidi in na koncu RNA. Raziskave iz leta 2015 kažejo, da bi bil lahko vodikov cianid - morda prinesen na Zemljo, ko je ogljik v meteoritih reagiral z dušikom v atmosferi - lahko ključna sestavina teh reakcij, ki jih poganja UV svetloba.
Za dodatno preizkušanje teorije so znanstveniki lansko leto, kot so poročali v revijah Science Advances and Chemistry Communications, uporabili UV žarnice za obsevanje mešanice vodikovega sulfida in vodikovega cianidnega iona. Nastale fotokemične reakcije so nato primerjali z isto mešanico kemikalij, če ni UV svetlobe, in raziskovalci so ugotovili, da je potrebno UV sevanje, da nastanejo predhodniki RNA, ki so potrebni za življenje.
RNA (ribonukleinska kislina) in DNK (deoksiribonukleinska kislina) sta nukleinski kislini, ki sta poleg ogljikovih hidratov, lipidov in beljakovin nujni za vse znane oblike življenja. (Sponk / Roland1952 prek Wikicommonsa pod CC BY-SA 3.0) Da UV fotokemija proizvaja te celične gradnike, mora biti valovna dolžina UV svetlobe približno 200 do 280 nanometrov. Jusino-Maldonado pravi, da je bil v svojem delu ta koncept uporabljen za bivalni eksoplanet. "Od vseh bivalnih eksoplanetov jih je le osem v območju, v katerem živijo, in v območju abiogeneze."
Čeprav je vseh osem na območjih, v katerih živijo, in na območjih abiogeneze, nobena ni posebej ugodna za življenje, pravi Jusino-Maldonado. Vsak od osmih svetov je bodisi "super-Zemlja" bodisi "mini-Neptun." Najverjetnejši kandidati so Kepler-452b (če obstaja) in morda τ Cet e (če je njegov polmer primeren). Tako na območjih bivanja kot na abiogenezi še niso bili odkriti nobeni svetovi v velikosti Zemlje.
Nastavitev standardov
Medtem ko iskanje resnično bivalnega vesoljskega sveta napreduje, astrobiologi poskušajo ustvariti okvir za kategorizacijo, razpravo in preučevanje teh planetov. Velika znanstvena prizadevanja zahtevajo standarde opredelitve in merjenja. Astrobiologija je relativno študijsko področje in eno od perečih, netrivialnih vprašanj, s katerimi se sooča, je, kako opredeliti bivalnost? Kako definirate življenje?
"Delam na tej težavi že deset let, " pravi Abel Mendéz, planetarni astrobiolog in direktor laboratorija za planetarno življenjsko dobo na Univerzi v Portoriku v Arecibu. »Vedel sem, da je težava s stanovanjem potrebna dela. Vsi so se ukvarjali s tem, kako to opredeliti. "Na začetku 50. letne konference o Lunarni in planetarni znanosti v Houstonu v Teksasu je Mendéz predstavil svoje zadnje delo o globalnem modelu habitacije površin, ki se uporablja za planete v našem osončju in zunaj njega. .
Ko je prebral literaturo, je ugotovil, da astrobiologi niso bili prvi, ki so se spopadali s težavami opredeljevanja, kategorizacije in enotnosti glede na bivalnost. Pred štiridesetimi leti so se z istim izzivom spopadli tudi ekologi. "Vsi so definirali bivalnost, kot so si želeli v različnih prispevkih, " pravi Mendéz. V osemdesetih letih so se ekologi zbrali, da bi ustvarili formalno opredelitev. V povprečju so merili bivalnost in razvili sistem z razponom od 0 do 1, pri čemer je 0 neprimeren za prebivanje, 1 pa za bivanje.
Mendéz pravi, da bi imel edinstven okvir ključnega pomena za napredek ekologije, zato ga astrobiologija zelo primanjkuje. Gradnja modela bivanja za celotne planete se je začela z določanjem spremenljivk, ki jih je danes mogoče izmeriti. "Ko enkrat razvijete formalni sistem, lahko iz njega zgradite sisteme in ustvarite knjižnico, ki jo lahko bivate v različnih okoliščinah."
Tabela potencialno bivalnih eksoplanetov. (Abel Mendez / Planetarni laboratorijski habitat / UPR-Arecibo) Najprej se je Mendéz moral spoprijeti z edinim merjenjem ustreznosti habitata "1" v znanem vesolju. "Če predlagate model bivanja, morate narediti, da bo Zemlja delovala, " pravi. Njegov laboratorij je s svojim modelom primerjal habitate različnih biomov, kot so puščave, oceani, gozdovi in tundra.
"Če izračunamo življenjsko dobo regije - ne glede na življenje, ampak koliko mase in energije je na voljo za samostojno življenje", gre bolj za okoljsko meritev. To povezujemo z dejanskim merjenjem biološke produktivnosti v neki regiji: naša resnična resnica. To je naš test. "Ko je njegova skupina ocenila okoljsko sprejemljivost in biološko produktivnost, sta ugotovila, kar je Mendéz označil za" lepo povezanost. "
Danes Mendézov model za bivanje upošteva sposobnost skalnih planetov, da podpirajo površinsko vodo, starost in vedenje njihovih zvezd ter orbitalno dinamiko in sile plimovanja, ki delujejo na te svetove. Model upošteva maso in energijo znotraj sistema ter odstotek omenjene mase in energije, ki sta na voljo vrsti ali biosferi. (Ta odstotek je najtežji del enačbe. Na primer, ne bi mogli trditi, da je 100 odstotkov Zemljine mase na voljo za življenje.)
Model je omejen na "površinsko tanko plast planetarnega telesa", kopalna površina Zemlje je pri 1, zgodnji Mars je manjša ali enaka 0, 034, Titan pa manj kot 0, 000139. Model je neodvisen od vrste obravnavanega življenja - na primer živali v primerjavi z rastlinami - in svetov, kot je Evropa, s »podzemnimi biosferi«, še niso upoštevani.
Takšna osnova je neprecenljiva, vendar je še vedno omejena v svoji zmožnosti napovedovanja življenjske sposobnosti, deloma tudi zato, ker velja le za življenje, kot ga poznamo. Leta 2017 so Cornellovi raziskovalci objavili članek, ki razkriva dokaze o molekuli akrilonitril (vinil cianid) na Titanu, ki bi bil hipotetično lahko ključ do življenja na metanu v svetu brez kisika - resnično tuje življenje, za razliko od vsega, kar smo jih kdajkoli imeli znan. Ali bi moralo življenje cveteti v takšnem konvencionalno nevljudnem svetu, kot je Titan, in če ga najdemo, Mendez v povzetku, ki opisuje svoj model, piše: "Protikorelacija med meritvami habitabilnosti in biosignaturami je mogoče razlagati kot abiotski proces ali kot življenje, kot ga imamo. " ne vem. "
Vsekakor pomanjkanje do zdaj naklonjenih svetov za življenje pomeni, da mora človeštvo še naprej izboljševati svoje opazovalnice in usmerjati pogled v daljno kraljestvo. To je velika galaksija, napolnjena z razočaranji. Ne upamo več, da bodo Marsovci kopali vodne poti ali dinozavre, ki bodo posegali po mahu na venezijskih drevesih, vendar še vedno sanjamo o plavanju lignjev po europanskih morjih in kdo ve, kaj se skriva v ogljikovodičnih jezerih Titana. Če tudi teh svetov ne uspemo dostaviti, je odvisno od eksoplanetov - in ti so izven naših opazovalnih zmogljivosti in zelo daleč od doma.
