Enne 1976. aastat, kui Viking 1 ja 2 said esimeseks kosmoseaparaadiks, mis Marsi pinnal edukalt maandub ja tegutseb, igatses globaalne kujutlusvõime meeleheitlikult elu röövinud punast planeeti. Vikingi maandurid olid ette nähtud mikroobide testimiseks, kuid ka kõige jamadamamate planeediteadlaste lootus oli, et NASA kosmoselaev avastab Marsil keeruka elu - mis skurreeris või võib-olla kriipiv põõsas. Mars oli ju meie viimane, parim lootus pärast seda, kui astronoomid (ja kosmoselaev Mariner 2) võitsid igavese mõtte dinosaurustest, mis tembeldavad niisketes Veenuse rabades. See oli Marss või büst; Elavhõbe oli päikesele lihtsalt liiga lähedal ja asteroidivööst kaugemale arvati, et gaasihiiglaste ja külmunud kuude maa pole mikroob.
Päikesesüsteemi uurimine alates Vikingist on kujutanud maailmast haaret millegi - millegi - jaoks, mis võib viidata elule, nagu me seda teame (või elule, mida me ei tunne). Tänapäeval olid Jupiteri kuu Europa ookeanid Veenuse sood ja Marsi kanalid kahekümnendat sajandit: ehk parim viis inimeste üksinduse hävitamiseks. NASA järgmine välimise planeedi lipulaev - Europa Clipper - püüab tuvastada jäise kuu asustatavust. Mõni tulevane laskja või ujuja peab elu leidma, kui see seal on. Päikesesüsteemi asustatav tsoon hõlmab nüüd potentsiaalselt iga Päikesesüsteemi planeeti. Enceladus ja Saturnit tiirlev Titan on head kandidaadid, nagu ka Triton Neptuuni ümbruses. Nagu vesi, võib elu olla kõikjal.
Ja ometi oleme selle leidnud ainult siin, kus see paistab - kus see näib hävimatuna, hoolimata mitmest väljasuremise tasandi sündmusest. Asteroid põrkub Maaga ja pühib peaaegu kõik välja? Mikroobid teevad kodu tapja löökkatsekeha tekitatud pragudesse ja kõik algab uuesti. Meie ühtse maailma valimi põhjal on elu alguses väga-väga raske seda ära teha. Ja nii me jätkame otsimist.
Europa mosaiik, Jupiteri suuruselt neljas kuu, mis on tehtud Galileo kosmoselaevade tehtud piltidest aastatel 1995 ja 1998. Arvatakse, et Euroopal on ülemaailmne maa-alune ookean, kus on rohkem vett kui Maal, mistõttu on see üks päikesesüsteemi paljutõotavamaid kohti. astrobioloogidele elu otsimiseks. (NASA / JPL-Caltech / SETI Instituut) Elu sütitamine elutusest - mida nimetatakse abiogeneesiks - on protsess, mida teadlased alles hakkavad mõistma. Astronoomid, bioloogid, keemikud ja planeediteadlased töötavad koos, et vaevaga koos mõistatusi, mis ristuvad distsipliinide ja taevaobjektidega. Näiteks leiti hiljuti süsihappegaasi chondriitide - mis on Päikesesüsteemi vanimate kivimite - püruviinhapet, mis on ainevahetuse jaoks hädavajalik. Kui chondritid vihmasid sellel planeedil meteoriitidena, võisid nad väetada elutu Maa. See teooria ei anna vastust kõigile tarbivale küsimusele: „Kust me tulime?“, Kuid see on siiski veel üks vihje, kuidas kõik alguse saada.
Abiogenees ei vaja isegi DNA-d või vähemalt mitte DNA-d, kuna see on olemas kõigis teadaolevates eluvormides. DNA koosneb neljast nukleotiidi alusest, kuid selle aasta alguses lõid geneetikud kaheksa aluse abil sünteetilise DNA. (Nad nimetasid seda hachimoji DNA-ks.) See kummaline geneetiline kood võib moodustada stabiilseid kahekordseid spiraale. See võib paljuneda. See võib isegi muutuda. Teadlased ei loonud elu; nad tõestasid siiski, et meie ettekujutus elust on parimal juhul provintslik.
“Maa moodi”
Kui töö laboratooriumides aitab määratleda, kuidas elu võiks elutust materjalist alguse saada, siis kosmoseteleskoobid, nagu Kepler, mis lõpetas tegevuse eelmisel aastal, ja TESS, mis käivitas eelmisel aastal, otsivad uusi planeete uurimiseks. Need kosmoseaparaadid otsivad transiidimeetodi järgi eksoplaneete, otsides tähe valguses minutiliku languse, kui planeet kulgeb meie ja meie vahel. Kakskümmend viis aastat tagasi oli teiste tähtedega tiirlevate planeetide olemasolu hüpoteetiline. Nüüd on eksoplaneedid sama tõelised kui need, mis tiirlevad meie päikese ümber. Ainuüksi Kepler avastas vähemalt 2662 eksoplaneeti. Enamik on elu jaoks vaenulikud, nagu me seda teame, ehkki peotäit on mõnikord iseloomustatud kui "Maa-sarnaseid".
"Kui me ütleme:" Me leidsime kõige maakera sarnasema planeedi, "tähendavad inimesed mõnikord, et raadius on õige, mass on õige ja see peab asuma asustatavas tsoonis, " ütleb The Lost Planets'i autor John Wenz ., varase eksoplaneedi jahipidamise jõupingutuste lugu, mille avaldab MIT Press sel aastal hiljem. “Kuid me teame, et enamik neist avastatud eksoplaneetidest on punaste kääbustähtede ümber. Nende keskkond ei pea olema väga Maa-sarnane ja on suur võimalus, et paljudel neist pole atmosfääri. "
Asi pole selles, et Maa oleks kogu universumi kõige erilisem planeet. Meie päikesesüsteemis registreeriks Veenus hõlpsasti välismaalase eksoplaneedi jahimeeste jaoks Maa kaksikuna. Kuid tõeliselt Maale sarnaseid planeete on keerulisem leida, seda nii seetõttu, et need on väiksemad kui gaasihiiglased, ja seetõttu, et nad ei tiirle oma peremehetähti nii täpselt kui punaste kääbuste ümber olevad planeedid.
"Võib juhtuda, et tõelised Maa-sarnased planeedid on uskumatult levinud, kuid meil pole ressursse nende otsingutele pühendada, " ütleb Wenz. Siiani leitud kõige paljulubavam Earth 2.0 eksoplaneet on Kepler-452b, mis on Maast mõnevõrra suurem, pisut suurema massiga ja millel on meeldiv 385-päevane orbiit päikesesarnase tähe ümber. Probleem on selles, et seda ei pruugi olla, nagu eelmisel aastal soovitati uuringus. See võib olla lihtsalt statistiline müra, kuna selle tuvastamine oli Kepleri võimete piiril ja kosmoselaev suri enne, kui edasisi vaatlusi oli võimalik läbi viia.
Kunstniku kontseptsioon Kepler-186f-st, umbes 500 valgusaasta kaugusel asuvast Maa suurusest eksoplaneedist, mis tiirleb tähe elustatavas tsoonis. Planeet on Maast vähem kui kümme protsenti suurem ja tema peremehe täht on umbes pool Päikese suurusest ja massist. (NASA Ames / JPL-Caltech / T. Pyle) Kui see käivitatakse 2020. aastate alguses, on James Webbi kosmoseteleskoop suunatud paljudele Kepleri ja TESSi avastatud eksoplaneetidele. See suudab lahendada kauged maailmad vaid piksli või kahega, kuid see vastab eksoplaneedi teaduse pakilistele küsimustele, näiteks kas punase kääbustähega tiirlev planeet suudab oma atmosfääri hoida, hoolimata selliste sagedastest äratundmistest ja pursetest. tähed. JWST võib isegi esitada kaudseid tõendeid võõraste ookeanide kohta.
"Te ei näe mandreid, " ütleb Wenz. "[Kuid] võite vaadata midagi ja näha sinist punkti või sellist gaaside eraldumist, mida pidevas aurustumistsüklist ette kujutaksite."
Abiogeneesi tsoon
Habitable Exoplanet kataloog sisaldab praegu 52 meie päikesesüsteemist väljaspool asuvat maailma, mis võiksid elu toetada, ehkki uudised ei pruugi olla just nii põnevad. Pinnatemperatuuri vahemikus tähelt temperatuurini kuni külmumiseni ja keemistemperatuurini jäädes ei ole ainus nõue eluks ja kindlasti mitte ainus nõue elu alguseks . Puerto Rico ülikooli Mayaguezi teadlase Marcos Jusino-Maldonado sõnul on planeedi peremehetähest tabanud ultraviolettkiirguse (UV-kiirguse) õige kogus õhus üks viis, kuidas prebiootilises keskkonnas võiks orgaanilistest molekulidest elu tõusta (ehkki mitte ainus viis).
"Abiogeneesi võimalike reaktsioonide ilmnemiseks peab planeet asustatavas tsoonis olema, kuna see vajab vedelat pinnavett, " ütleb Jusino-Maldonado. "Ürgse supiteooria kohaselt reageerivad molekulid ja soolane vesi elule ning saavad lõpuks elu." Kuid arvatakse, et need reaktsioonid tekivad ainult kohas, mida nimetatakse abiogeneesi tsooniks. "See on tähe ümber olev kriitiline piirkond, kus fotokeemiliste reaktsioonide abil saab elu jaoks olulisi eelkäijamolekule tekitada."
UV-kiirgus võis olla võti sädemeid tekitavates reaktsioonides, mis viivad Maal elu alustalade moodustumiseni, nagu nukleotiidid, aminohapped, lipiidid ja lõpuks RNA. 2015. aasta uuringud näitasid, et vesiniktsüaniid - mis võib Maale tuua siis, kui meteoriidides sisalduv süsinik reageeris atmosfääris lämmastikuga - võis olla UV-valguse poolt põhjustatud reaktsioonide oluline koostisosa.
Teooria edasiseks kontrollimiseks kasutasid teadlased möödunud aastal ajakirjades Science Advances ja Chemistry Communications kajastatud vesiniksulfiidi ja vesiniktsüaniidi ioonide segu kiiritamiseks UV-lampe. Saadud fotokeemilisi reaktsioone võrreldi seejärel sama kemikaalide seguga UV-valguse puudumisel ning teadlased leidsid, et eluks vajalike RNA eellaste tootmiseks on reaktsioonide jaoks vajalik UV-kiirgus.
RNA (ribonukleiinhape) ja DNA (desoksüribonukleiinhape) on nukleiinhapped, mis koos süsivesikute, lipiidide ja valkudega on olulised kõigi teadaolevate eluvormide jaoks. (Sponk / Roland1952 Wikicommonsi kaudu CC BY-SA 3.0 all) Nende rakuliste ehitusplokkide tootmiseks UV-fotokeemias peab UV-valguse lainepikkus olema umbes 200–280 nanomeetrit. Jusino-Maldonado ütleb, et tema töös rakendati seda mõistet elamiskõlbliku eksoplaneedi mudelis. "Kõigist elamiskõlblikest eksoplaneetidest leidub neist ainult kaheksa asustamistsooni ja abiogeneesi tsooni."
Ehkki kõik kaheksa asuvad nii elamis- kui ka abiogeneesivööndis, pole ükski neist eluks eriti soodne, ütles Jusino-Maldonado. Kõik kaheksast maailmast on kas “super-Maa” või “mini-Neptuun”. Kõige tõenäolisemad kandidaadid on Kepler-452b (kui see on olemas) ja võib-olla τ Cet e (kui selle raadius on sobiv). Nii asustatavas kui ka abiogeneesivööndis pole seni leitud ühtegi Maa-suurust maailma.
Standardite seadmine
Kui tõeliselt elamiskõlbuliku tulnukate maailma otsingud käivad, üritavad astrobioloogid luua raamistiku nende planeetide kategoriseerimiseks, arutamiseks ja uurimiseks. Suured teaduslikud pingutused nõuavad määratlemise ja mõõtmise standardeid. Astrobioloogia on suhteliselt uuritav noor õppesuund ja üks pakilisi, mittetriviaalseid küsimusi, millega ta silmitsi seisab, on: kuidas määratleda elamiskõlblikkust? Kuidas määratlete elu?
"Ma olen selle probleemiga tegelenud kümme aastat, " ütleb Abel Mendéz, planeetide astrobioloog ja Puerto Rico ülikooli Arecibo planeetide elujõulisuse laboratooriumi direktor. “Teadsin, et elamiskõlblikkuse probleem vajab tööd. Kõik tegelesid sellega, kuidas seda määratleda. ”Selle aasta alguses, Texases Houstonis, 50. iga-aastasel kuu- ja planeediteaduste konverentsil esitles Mendéz oma hiljutist tööd globaalse pinnaasustatavuse mudeli kohta, mida saaks kohaldada nii meie päikesesüsteemis kui ka väljaspool seda asuvatele planeetidele. .
Pärast kirjanduse läbi kammimist mõistis ta, et astrobioloogid ei olnud esimesed, kes sattusid määratlemis-, kategoriseerimis- ja ühtsusprobleemidesse seoses elamiskõlblikkusega. Nelikümmend aastat tagasi tegelesid ökoloogid sama väljakutsega. "Kõik määratlesid elamiskõlblikkuse, nagu nad soovisid erinevates dokumentides, " räägib Mendéz. 1980ndatel tulid ökoloogid kokku, et luua ametlik määratlus. Nad hammustasid keskmisi asustatavuse mõõtmiseks, töötades välja süsteemi vahemikus 0 kuni 1, 0 oli elamiskõlbmatu ja 1 väga elamiskõlblik.
Ainsuse raamistiku omamine oli ökoloogia arengu jaoks kriitilise tähtsusega ning astrobioloogias on sellest puudus olnud, ütles Mendéz. Tervete planeetide kohanemismudeli ehitamine algas tänapäeval mõõdetavate muutujate tuvastamisega. "Kui olete välja töötanud formaalse süsteemi, saate sellest süsteemid üles ehitada ja luua erinevate kontekstide jaoks sobivuse raamatukogu."
Potentsiaalselt elatavate eksoplaneetide diagramm. (Abel Mendez / Planeetide elujõulisuse labor / UPR-Arecibo) Esiteks pidi Mendéz tegelema teadaoleva universumi ainsa elupaiga sobivuse mõõtmisega „1”. "Kui teete ettepaneku elamiskõlblikkuse mudeli kohta, peate panema Maa töötama, " ütleb ta. Tema labor kasutas oma mudelit erinevate biomeenide, nagu kõrbed, ookeanid, metsad ja tundra, elupaikade võrdlemiseks.
„Kui arvutame piirkonna elamiskõlblikkuse - võttes arvesse mitte elu, vaid seda, kui palju massi ja energiat on iseseisvaks eluks olemas -, on see rohkem keskkonna mõõtmine. Me seostame seda piirkonna bioloogilise tootlikkuse tegeliku mõõtmisega: meie põhitõega. See on meie test. "Kui tema rühm kaardistas keskkonna asustatavuse ja bioloogilise tootlikkuse, leidsid nad, mida Mendéz kirjeldas kui" toredaid korrelatsioone ".
Täna võtab Mendéz'i asustatavusmudel arvesse kiviste planeetide võimet pinnavett toetada, nende tähtede vanust ja käitumist ning orbiididünaamikat ja loodejõude, mis neid maailmu mõjutavad. Mudel arvestab massi ja energiaga süsteemis ning nimetatud liigi või biosfääri massi ja energia protsendimääraga. (See protsent on võrrandi raskeim osa. Te ei saa väita, et näiteks 100 protsenti Maa massist on eluks olemas.)
Piiratud „planeetide keha pinna lähedal oleva õhukese kihiga”, seob mudel Maa pinna elamiskõlblikkuse punktis 1, varajase Marsi puhul vähemalt 0, 034 ja vähem ning Titan vähemalt 0, 000139 või vähem. Mudel on sõltumatu vaadeldavast elutüübist - näiteks loomad versus taimed - ja selliseid maailmu nagu Europa, millel on maa-alused biosfäärid, ei ole veel arvesse võetud.
Selline eeltöö on hindamatu, kuid selle võime ennustada asustatavust on piiratud, osaliselt seetõttu, et see kehtib ainult elu kohta, nagu me seda teame. 2017. aastal avaldasid Cornelli teadlased paberi, mis paljastas tõendid molekuli akrüülnitriili (vinüültsüaniidi) kohta Titanil, mis hüpoteetiliselt võiks olla hapnikuvabas maailmas metaanipõhise elu võti - tõeliselt võõras elu, erinevalt kõigest, mis meil kunagi on olnud teatud. Kui elu peaks õitsema sellises tavapäraselt kõlbmatus maailmas nagu Titan, ja kas me peaksime selle leidma, kirjutab Mendez oma mudelit kirjeldavas abstraktses tekstis: "Antikorrelatsiooni elamiskõlblikkuse mõõtmete ja biosignatuuride vahel võib tõlgendada kui abiootilist protsessi või elu, nagu me seda ei tee". t ei tea seda. ”
Igal juhul tähendab seni väliselt eluks soodsate maailmade puudumine seda, et inimkond peab jätkama oma vaatluskeskuste täiustamist ja oma kaugemate maailmade poole pilgu heitmist. See on suur galaktika, täis pettumusi. Me ei looda enam, et marslased kaevavad veeteid või dinosauruseid, et jõuda Veenuse puudele samblani, kuid unistame ikkagi kalmaaridest, kes ujuvad läbi Euroopa merede ja kes teab, mida varitsevad Titani süsivesinikujärved. Kui ka neid maailmu ei õnnestu kohale toimetada, on see eksoplaneetide otsustada - ja nad asuvad lihtsalt väljaspool meie vaatlusvõimalusi ning kodust väga kaugel.
