Prije 1976., kada su Viking 1 i 2 postali prva svemirska letjelica koja je uspješno sletjela i djelovala na površini Marsa, globalna mašta očajnički je čeznula za crvenim planetom koji je podržavao život. Vikinški zemljaci bili su dizajnirani za testiranje mikroba, ali stvarna nada, koju su držali čak i najjači planetarni znanstvenici, bila je da će NASA-in svemirski brod otkriti složen život na Marsu - nešto što se trgnulo, ili možda grčevito grmlje. Na kraju krajeva, Mars je bio naša posljednja, najbolja nada nakon što su astronomi (i svemirska letjelica Mariner 2) zauvijek uništili pojam dinosaura koji prolaze kroz vlažne, veneracijske močvare. Bio je to Mars ili poprsje; Merkur je bio preblizu suncu, a iza asteroidnog pojasa, vjeruje se, ležala je zemlja mikroba plinskih divova i smrznutih mjeseci.
Istraživanje Sunčevog sustava od kada je Viking predstavljao svijet u svijetu shvaćanje za nešto - bilo šta - što bi moglo sugerirati život kakav znamo (ili život kakav mi nemamo). Danas su oceani Jupiterovog mjeseca Europa ono što su močvare Venere i Marsovi kanali bili za dvadeseto stoljeće: možda najbolja opcija za uništavanje ljudske usamljenosti. Sljedeća NASA-ina glavna misija na vanjskim planetama, Europa Clipper, pokušat će odrediti životnu sposobnost ledenog mjeseca. Neki budući zemljak ili plivač morat će pronaći život ako je tu. Stambena zona Sunčevog sustava sad uključuje, potencijalno, svaki planet u Sunčevom sustavu. Enceladus i Titan, koji kruže Saturnom, dobri su kandidati, kao i Triton oko Neptuna. Poput vode, život bi mogao biti posvuda.
A ipak, našli smo ga samo ovdje, gdje zvuči - gdje je naizgled neuništiv, usprkos višestrukim događajima na razini izumiranja. Asteroid se sudario sa Zemljom i obriše gotovo sve? Mikrobi čine dom u pukotinama uzrokovanim udarnim ubojicom i sve započinje iznova. Na temelju našeg uzorka jednog svijeta, kad jednom započne život, to je vrlo, vrlo teško učiniti. I tako nastavljamo s pretraživanjem.
Mozaik Europe, četvrtog najvećeg mjeseca Jupitera, napravljen od slika snimljenih svemirskim brodom Galileo 1995. i 1998. Vjeruje se da Europa ima globalni podzemni ocean s više vode od Zemlje, što ga čini jednim od najperspektivnijih mjesta u Sunčevom sustavu da astrobiolozi traže život. (NASA / JPL-Caltech / SETI institut) Iskrivanje života iz života bez života - poznato kao abiogeneza - proces je koji znanstvenici tek počinju razumijevati. Astronomi, biolozi, kemičari i planetarni znanstvenici zajedno rade na tome da mukotrpno sastave zagonetku koja presijeca discipline i nebeske objekte. Na primjer, nedavno su otkriveni ugljični kondriti - neke od najstarijih stijena u Sunčevom sustavu - lučenje piruične kiseline koja je neophodna za metabolizam. Kad su hondriti padali na ovu planetu kao meteoriti, oni su mogli dobro oploditi Zemlju koja beživotno. Ova teorija ne daje odgovor na sveprožimajuće pitanje: "Odakle smo došli?" Ali to je još jedan trag u potrazi za time kako je sve počelo.
Abiogeneza ne zahtijeva ni DNK - ili barem ne DNK kao što postoji u svim poznatim životnim oblicima. DNK se sastoji od četiri nukleotidne baze, ali ranije ove godine genetičari su stvorili sintetičku DNK koristeći osam baza. (Oni su to nazvali hachimoji DNK.) Ovaj čudni genetski kod može tvoriti stabilne dvostruke helikoptere. Može se reproducirati. Može čak i mutirati. Znanstvenici nisu stvorili život; ipak su dokazali da je naša predodžba o životu u najboljem slučaju provincijska.
„Zemlja-like”
Dok će rad u laboratorijima pomoći definirati kako život može proizaći iz nežive materije, svemirski teleskopi poput Keplera, koji je okončao poslovanje prošle godine, i TESS, koji je lansiran prošle godine, pronalaze nove planete za proučavanje. Ove svemirske letjelice pretražuju egzoplanete pomoću tranzitne metode, otkrivajući kako se u zvijezdi smanjuje minutni opstanak planeta dok planet prolazi između njega i nas. Prije dvadeset i pet godina postojanje planeta u orbiti oko drugih zvijezda bilo je hipotetsko. Eksoplanete su sada stvarni poput onih koji kruže našim suncem. Kepler je sam otkrio najmanje 2.662 egzoplaneta. Većina je neškodljiva životu kakav znamo, iako ih je pregršt ponekad okarakteriziran kao "zemaljski".
"Kada kažemo:" Pronašli smo najviše planeta sličnih Zemlji ", ljudi ponekad znače da je radijus ispravan, masa je ispravna i da se mora nalaziti u zoni stanovanja", kaže John Wenz, autor knjige Lost Planets, priča o naporima ranog lova na egzoplanete, koju će MIT Press objaviti kasnije ove godine. "Ali znamo da se većina tih otkrivenih egzoplaneta nalazi oko crvenih patuljaka. Njihovo okruženje ne mora biti nalik zemaljskom, i postoji velika vjerojatnost da mnogi od njih neće imati atmosferu. "
Nije da je Zemlja najspecijalnija planeta u cijelom svemiru. U našem Sunčevom sustavu Venera bi se lako registrirala za vanzemaljske lovce na egzoplanete kao blizanaca Zemlje. Ali planete doista poput Zemlje teže je pronaći, i zato što su manji od plinskih divova i zato što ne okružuju zvijezde domaćine tako blisko kao planeti oko crvenih patuljaka.
"Moglo bi se dogoditi da su istinski planeti slični Zemlji nevjerojatno česti, ali da nemamo resurse da se posvetimo njihovoj potrazi", kaže Wenz. Najperspektivnija eksoplaneta Zemlje 2.0 pronađena do sada je Kepler-452b, nešto veći od Zemlje, s nešto većom masom i ima ugodnu orbitu od 385 dana oko zvijezde slične suncu. Problem je što to možda ne postoji, kao što je predložilo istraživanje prošle godine. To bi mogao biti jednostavno statistički šum, jer je njegovo otkrivanje bilo na rubu Keplerovih sposobnosti, a svemirski brod je umro prije nego što je mogao provesti daljnja opažanja.
Umjetnički koncept Kepler-186f, egzoplaneta veličine Zemlje udaljenog oko 500 svjetlosnih godina, koji kruži okolo u naseljenom području svoje zvijezde. Planeta je manje od deset posto veća od Zemlje, a njegova domaćina zvijezda je otprilike polovina veličine i mase Sunca. (NASA Ames / JPL-Caltech / T. Pyle) Nakon što se lansira početkom 2020-ih, James Webb svemirski teleskop ciljat će na mnoge egzoplanete koje su otkrili Kepler i TESS. Jedino će moći riješiti daleke svjetove do piksela ili dva, ali odgovorit će na goruća pitanja u znanosti o egzoplaneti, poput toga može li planeta u orbiti crvene patuljaste zvijezde zadržati svoju atmosferu unatoč čestim bljeskovima i erupcijama takvih zvijezde. JWST može čak predstaviti neizravne dokaze o izvanzemaljskim oceanima.
"Nećete vidjeti kontinente", kaže Wenz. "[Ali] možete pogledati nešto i vidjeti plavu točku ili onu vrstu nestašluka kakvu biste zamislili iz neprekidnog ciklusa isparavanja."
Zona Abiogeneze
Katalog životne egzoplanete trenutno sadrži 52 svijeta izvan našeg Sunčevog sustava koji bi mogli podržati život, iako vijesti možda i nisu toliko uzbudljive. Ispravna udaljenost od zvijezde za temperaturu na površini koja lebdi iznad smrzavanja i ispod ključanja nije jedini uvjet za život - a zasigurno nije jedini zahtjev da život započne . Prema Marcosu Jusino-Maldonadu, istraživaču sa Sveučilišta Portoriko u Mayaguezu, ispravna količina ultraljubičastog (UV) svjetla koja udara u planet od zvijezde domaćina jedan je od načina da se život može izdići iz organskih molekula u prebiotičkom okruženju (iako ne jedini način).
"Za reakcije koje omogućuju pojavu abiogeneze, planet mora biti unutar naseljene zone, jer mu je potrebna tekuća površinska voda", kaže Jusino-Maldonado. "Prema primordijalnoj teoriji juhe, molekule i slana voda reagiraju i s vremenom nastaju život." No vjeruje se da te reakcije izbijaju samo na mjestu koje se zove zona abiogeneze. "Ovo je kritično područje oko zvijezde u kojem se pomoću molekularnih reakcija mogu stvoriti važne za život molekule prekursora."
UV zračenje je možda bilo ključno za iskrene reakcije koje dovode do stvaranja životnih građevnih blokova na Zemlji, poput nukleotida, aminokiselina, lipida i na kraju RNA. Istraživanja iz 2015. sugerirala su da bi cijanid vodik - možda doveden na Zemlju kad je ugljik u meteoritima reagirao s dušikom u atmosferi - mogao biti presudan sastojak u tim reakcijama koje utječe UV svjetlost.
Kako bi dodatno testirali teoriju, prošle godine, kako je objavljeno u časopisima Science Advances and Chemistry Communications, znanstvenici su koristili UV lampe za ozračivanje mješavine vodikovog sulfida i hidrogen cijanidnih iona. Nastale fotokemijske reakcije zatim su uspoređene s istom mješavinom kemikalija u odsutnosti UV svjetla, a istraživači su otkrili da je za zračenje potrebno UV zračenje za dobivanje prekursora RNA potrebnih za život.
RNA (ribonukleinska kiselina) i DNA (deoksiribonukleinska kiselina) su nukleinske kiseline koje su, zajedno s ugljikohidratima, lipidima i proteinima, neophodne za sve poznate oblike života. (Sponk / Roland1952 putem Wikicommonsa pod CC BY-SA 3.0) Da bi UV fotokemija proizvela ove stanične blokove, valna duljina UV svjetla mora biti oko 200 do 280 nanometara. Jusino-Maldonado kaže da je u svom radu ovaj koncept primijenjen na model egzoplaneta koji je pogodan za stanovanje. "Od svih useljivih egzoplaneta, samo ih je osam pronađeno unutar nastanjive zone i u zoni abiogeneze."
Iako je svih osam u zonama za stanovanje i u zonama abiogeneze, nijedna nije osobito povoljna za život, kaže Jusino-Maldonado. Svaki od osam svjetova je ili "super-Zemlja" ili "mini-Neptun". Najvjerojatniji kandidati su Kepler-452b (ako postoji) i možda τ Cet e (ako je njegov polumjer prikladan). Još nisu otkriveni svjetovi veličine Zemlje, u područjima stanovanja i abiogeneze.
Postavljanje normi
Kako traga za doista useljivim vanzemaljskim svijetom, astrobiolozi pokušavaju stvoriti okvir za kategorizaciju, raspravu i proučavanje ovih planeta. Veliki znanstveni pokušaji rada zahtijevaju standarde definicije i mjerenja. Astrobiologija je mlado polje proučavanja, relativno gledano, i jedno od gorućih, netrivijalnih pitanja s kojima se susreće jest kako definirati životnu sposobnost? Kako definirate život?
"Na ovom problemu radim već deset godina", kaže Abel Mendéz, planetarni astrobiolog i direktor Laboratorija za planetarno stanište na Sveučilištu Portoriko u Arecibu. „Znao sam da problem stanovanja treba raditi. Svi su se bavili kako to definirati. "Ranije ove godine, na 50. godišnjoj konferenciji o Lunarnoj i planetarnoj znanosti u Houstonu, Teksas, Mendéz je predstavio svoj nedavni rad na globalnom modelu habitacije površine primjenjivom na planete kako u našem Sunčevom sustavu, tako i izvan njega.,
Nakon što je prošao kroz literaturu, shvatio je da astrobiolozi nisu prvi koji su se suočili s problemima definicije, kategorizacije i jednoobraznosti u pogledu stambenosti. Prije četrdeset godina ekolozi su se bavili istim izazovom. "Svi su definirali stanište kako su željeli u različitim radovima", kaže Mendéz. U 80-ima, ekolozi su se okupili kako bi stvorili formalnu definiciju. Izmjerili su prosjeke za mjerenje naseljenosti, razvijajući sustav s rasponom od 0 do 1, pri čemu je 0 nenaseljiv, a 1 vrlo useljiv.
Imati jedinstven okvir bio je presudan za napredak ekologije, a astrobiologija je to jako nedostajala, kaže Mendéz. Izgradnja modela stanovanja za čitave planete započela je identificiranjem varijabli koje se danas mogu mjeriti. "Jednom kada razvijete formalni sustav, možete iz njega izraditi sustave i stvoriti biblioteku pogodnosti za različite okolnosti."
Grafikon potencijalno pogodnih egzoplaneta. (Abel Mendez / Planetarni laboratorijski prostor za stanovanje / UPR-Arecibo) Prvo, Mendéz se morao baviti jedinim mjerenjem prikladnosti staništa od "1" u poznatom svemiru. "Ako predlažete model stanovanja, morate natjerati Zemlju da radi", kaže on. Njegov je laboratorij upotrijebio svoj model za usporedbu staništa različitih bioma, poput pustinja, oceana, šuma i tundra.
"Ako izračunamo životnu sposobnost regije - ne uzimajući u obzir život, već koliko su mase i energije na raspolaganju za neovisni život", to je više mjerenje okoliša. To povezujemo sa stvarnim mjerenjem biološke produktivnosti u regiji: naša osnovna istina. To je naš test. "Kad je njegova grupa nabrojila životnu sredinu i biološku produktivnost, pronašli su ono što je Mendéz opisao kao" lijepe korelacije ".
Danas Mendézov model stanovanja uzima u obzir sposobnost kamenitih planeta da podupiru površinske vode, starost i ponašanje njihovih zvijezda, te orbitalnu dinamiku i sile plima koji djeluju na ove svjetove. Model razmatra masu i energiju unutar sustava i postotak navedene mase i energije koji su dostupni vrsti ili biosferi. (Taj je postotak najteži dio jednadžbe. Na primjer, ne biste mogli tvrditi da je 100 posto Zemljine mase dostupno životu.)
Ograničen na „površinski tanki sloj planetarnog tijela“, model prianja na površinu Zemlje na 1, rani Mars je manji ili jednak 0, 034, a Titana manja ili jednaka 0, 000139. Model je neovisan o životnom tipu koji se promatra - na primjer životinje nasuprot biljkama - i svjetovi poput Europe s „podzemnim biosferama“ još uvijek nisu uzeti u obzir.
Takva osnova je neprocjenjiva, ali je još uvijek ograničena u mogućnosti predviđanja stambenosti, djelomično zato što se odnosi samo na život onakav kakav znamo. 2017. godine Cornell-ovi istraživači objavili su rad koji otkriva dokaze molekule akrilonitrila (vinil cijanida) na Titanu, koji bi, hipotetski, mogao biti ključ života na bazi metana u svijetu bez kisika - uistinu izvanzemaljski život, za razliku od svega što smo ikad imali znan. Treba li život procvjetati u takvom konvencionalno nestoljubivom svijetu kao što je Titan, i ako ga pronađemo, Mendez piše u sažetku koji opisuje njegov model: "Antikorelacija između mjera habitabilnosti i biosignata može se tumačiti kao abiotski proces ili kao život kakav mi nemamo. " ne znam. "
U svakom slučaju, nedostatak dosad izuzetno povoljnih svjetova za život znači da čovječanstvo mora nastaviti poboljšavati svoje opservatorije i bacati pogled prema dalekim kraljevstvima. To je velika galaksija, ispunjena razočaranjima. Više se ne nadamo da će Marsovci kopati vodene putove ili dinosauruse posezati za mahovinom na venerskim stablima, ali još uvijek sanjamo da lignje plivaju kroz Europanska mora i tko zna - što vreba u ugljikovodičnim jezerima Titan. Ako se i ovi svjetovi ne dostave, to je do egzoplaneta - i oni su izvan naših promatračkih mogućnosti i vrlo su udaljeni od kuće.
