Ennen vuotta 1976, kun Viking 1: stä ja 2: sta tuli ensimmäinen avaruusalus, joka menestyi menestyksekkäästi Marsin pinnalla, globaali mielikuvitus kaipasi epätoivoisesti punaista planeettaa, joka vaelsi elämää. Viking-laskeuttajat on suunniteltu testaamaan mikrobien varalta, mutta jopa kaikkein roskien planeettatutkijoiden hallussa oleva toivo oli, että NASA: n avaruusalukset löytäisivät monimutkaisen elämän Marsilla - jotain, joka scurrysi tai ehkä scraggly pensas. Mars oli loppujen lopuksi paras toiveemme sen jälkeen, kun tähtitieteilijät (ja Mariner 2-avaruusalus) ikuisesti hävisivät ajatuksen dinosauruksista, jotka leimaavat kosteiden Venuksen soiden yli. Se oli Mars tai rintakuva; Elohopea oli aivan liian lähellä aurinkoa, ja asteroidihihnan ulkopuolella uskottiin olevan mikroskooppimaata kaasujääjille ja jäätyneille kuille.
Aurinkokunnan tutkimus Vikingin jälkeen on merkinnyt maailmaa maailmassa tarttumasta johonkin - kaikkeen -, joka voi ehdottaa elämää sellaisena kuin me sen tunnemme (tai elämää sellaisena kuin me emme). Nykyään Jupiterin kuun Europa-valtameret ovat Venuksen ja Mars-kanavien suot olleet 2000-luvulla: ehkä paras tapa hävittää ihmisen yksinäisyys. NASA: n seuraavien ulkopuolisten planeettojen lippulaivaoperaatio, Europa Clipper, yrittää selvittää jäisen kuun asettavuuden. Joidenkin tulevien laskijoiden tai uimareiden on löydettävä elämä, jos se on siellä. Aurinkokunnan asuttava alue sisältää nyt mahdollisesti jokaisen aurinkokunnan planeetan. Enceladus ja Satitania kiertävä Titan ovat hyviä ehdokkaita, kuten myös Triton Neptunuksen ympärillä. Kuten vesi, elämä voi olla kaikkialla.
Ja silti olemme löytäneet sen vain täältä, missä se näyttää - missä se on näennäisesti tuhoutumaton, huolimatta monista sukupuuttoon liittyvistä tapahtumista. Asteroidi törmää maahan ja pyyhkii melkein kaiken? Mikrobit tekevät kodin tappaja-iskulaitteen aiheuttamiin halkeamiin, ja kaikki alkaa uudestaan. Yhden maailman esimerkistämme lähtien, kun elämä alkaa, on erittäin, erittäin vaikea saada menemään pois. Joten jatkamme etsintää.
Europa-alueen mosaiikki, Jupiterin neljänneksi suurin kuu, tehty Galileo-avaruusaluksen vuosina 1995 ja 1998 tekemistä kuvista. Europa-alueen uskotaan olevan maailmanlaajuinen merenpinnan alla oleva valtameri, jossa on enemmän vettä kuin maapallon, joten se on yksi aurinkojärjestelmän lupaavimmista paikoista. astrobiologien etsimään elämää. (NASA / JPL-Caltech / SETI-instituutti) Elämän kipinä elämättömyydestä - joka tunnetaan nimellä abiogeneesi - on prosessi, jota tutkijat ovat vasta alkamassa ymmärtää. Astronomit, biologit, kemistit ja planeettatutkijat työskentelevät yhdessä huolellisesti palapelin, joka ylittää tieteet ja taivaankappaleet, avulla. Esimerkiksi hiilipitoisten chritriittien - joidenkin aurinkokunnan vanhimmista kivistä - havaittiin äskettäin sisältävän pyruvichappoa, joka on välttämätöntä aineenvaihdunnalle. Kun chritriitit satoivat tällä planeetalla meteoriiteina, he saattoivat hyvin hedelmöittää elottoman Maan. Tämä teoria ei vastaa kaikkiin kuluttaviin kysymyksiin: "Mistä me tulimme?", Mutta se edustaa vielä kerran johtolankaa etsittäessä, kuinka kaikki alkoi.
Abiogeneesi ei edes edellytä DNA: ta - tai ainakaan DNA: ta, koska sitä on kaikissa tunnetuissa elämänmuodoissa. DNA koostuu neljästä nukleotidiemäksestä, mutta aiemmin tänä vuonna geneetikot loivat synteettisen DNA: n, jossa käytettiin kahdeksan emästä. (He kutsuivat sitä hachimoji DNA: ksi.) Tämä outo geneettinen koodi voi muodostaa stabiileja kaksoisheeliksiä. Se voi lisääntyä. Se voi jopa mutatoitua. Tutkijat eivät luoneet elämää; he kuitenkin todistivat, että käsitys elämästämme on parhaimmillaan maakunnallinen.
”Maan kaltaisia”
Vaikka laboratoriotyöskentely auttaa määrittelemään, kuinka elämä voi lähteä elottomasta aineesta, avaruusteleskoopit, kuten Kepler, joka päätti toimintansa viime vuonna, ja TESS, joka aloitti toimintansa viime vuonna, etsivät uusia planeettoja tutkittavaksi. Nämä avaruusalukset etsivät eksoplaneetteja kauttakulkumenetelmällä ja havaitsevat minuutin pienenemisen tähden valossa, kun planeetta kulkee sen ja meidän välillä. 25 vuotta sitten muiden tähdet kiertävien planeettojen olemassaolo oli hypoteettista. Nyt eksoplaneetit ovat yhtä todellisia kuin ne, jotka kiertävät aurinkoamme. Pelkästään Kepler löysi vähintään 2662 eksoplaneettaa. Suurin osa on tuntemattomia elämää kohtaan, vaikka sen tiedämme, vaikka kourallinen on joskus luonnehdittu "maan kaltaiseksi".
"Kun sanomme:" Löysimme maapallon kaltaimman planeetan ", ihmiset toisinaan tarkoittavat, että säde on oikea, massa on oikea ja sen on oltava asumisalueella", sanoo The Lost Planets -kirjailija John Wenz., tarina varhaisesta eksoplaneettojen metsästyksestä, jonka julkaisee myöhemmin tänä vuonna MIT Press. ”Mutta me tiedämme, että suurin osa löydetyistä eksoplaneetoista on punaisten kääpiötähteiden ympärillä. Heidän ympäristönsä ei välttämättä ole kovinkaan maapallon kaltaista, ja on olemassa suuri mahdollisuus, että monilla heistä ei ole ilmapiiriä. "
Ei ole niin, että Maa olisi maailmankaikkeuden erikoisin planeetta. Aurinkokuntamme sisällä Venus rekisteröityisi helposti muukalaisten eksoplaneettojen metsästäjille maan kaksosiksi. Mutta todella maapallon kaltaisia planeettoja on vaikeampi löytää, molemmat koska ne ovat pienempiä kuin kaasujättiläiset ja koska ne eivät kiertä isäntähtään niin tarkasti kuin planeettojen punaisten kääpiöiden ympärillä.
"Voi olla, että todelliset maapallon kaltaiset planeetat ovat uskomattoman yleisiä, mutta että meillä ei ole resursseja omistautua heidän hakuunsa", Wenz sanoo. Toistaiseksi lupaavin Earth 2.0 -opoplaneetta on Kepler-452b, joka on hiukan suurempi kuin Maapallo, hiukan enemmän massaa ja jolla on miellyttävä 385 päivän kiertorata auringonkaltaisen tähden ympärillä. Ongelmana on, että sitä ei ehkä ole, kuten viime vuonna ehdotettiin tutkimuksessa. Se voi olla yksinkertaisesti tilastollista melua, koska sen havaitseminen oli Keplerin kykyjen rajoilla ja avaruusalusta kuoli ennen kuin uusia havaintoja voitiin suorittaa.
Taiteilijan konsepti Kepler-186f: stä, joka on maan kokoinen eksoplaneetta, joka on noin 500 valovuoden päässä ja kiertää sen tähden asuttavalla alueella. Maapallo on alle kymmenen prosenttia suurempi kuin Maa ja sen isäntähti on noin puolet auringon koosta ja massasta. (NASA Ames / JPL-Caltech / T. Pyle) Kun se on avattu 2020-luvun alkupuolella, James Webbin avaruusteleskooppi kohdistuu moniin Keplerin ja TESSin löytämiin eksoplaneetoihin. Se pystyy ratkaisemaan vain kaukana olevat maailmat pikseliksi tai kahdeksi, mutta se vastaa eksoplaneettatieteen kiireellisiin kysymyksiin, kuten esimerkiksi pystyykö punaisen kääpiötähteen kiertävä planeetta pysymään ilmakehässään huolimatta sellaisista usein toistuvista leimahduksista ja purkauksista. tähdet. JWST saattaa jopa esittää epäsuoraa näyttöä muukalaisista valtamereistä.
"Et näe mantereita", Wenz sanoo. "[Mutta] saatat katsoa jotain ja nähdä sinisen pisteen tai sellaisen kaasun poistumisen, jota kuvittelit jatkuvasta haihtumissyklista."
Abiogeneesialue
Habitable Exoplanet -luettelossa on tällä hetkellä 52 aurinkokunnan ulkopuolella olevaa maailmaa, jotka saattavat tukea elämää, vaikka uutiset eivät ehkä olekaan aivan niin jännittäviä. Oikean etäisyyden päässä tähdestä pinnan lämpötiloista leijuu jäätymisen yläpuolella ja kiehumisen alapuolella ei ole elämän ainoa vaatimus - eikä varmasti ainoa vaatimus elämän alkamiselle . Mayaguezin Puerto Ricon yliopiston tutkijan Marcos Jusino-Maldonadon mukaan oikea määrä ultraviolettivaloa (UV-valoa), joka iskee planeettaan isäntähtään, on yksi tapa, jolla elämä voi nousta orgaanisista molekyyleistä prebioottisissa ympäristöissä (tosin ei. ainoa tapa).
"Jotta reaktiot, jotka mahdollistavat abiogeneesin esiintymisen, planeetan on oltava asutettavan alueen sisällä, koska se tarvitsee nestemäistä pintavettä", Jusino-Maldonado sanoo. "Alkeiskeitoteorian mukaan molekyylit ja suolainen vesi reagoivat ja lopulta alkavat elämästä." Mutta näiden reaktioiden uskotaan kipinöivän vain paikassa, jota kutsutaan abiogeneesialueeksi. "Tämä on kriittinen alue tähden ympärillä, jolla elämän kannalta tärkeät prekursorimolekyylit voidaan tuottaa valokemiallisilla reaktioilla."
UV-säteily on saattanut olla avain kipinäreaktioihin, jotka johtavat elämän rakennuspalikoiden muodostumiseen maapallolla, kuten nukleotidit, aminohapot, lipidit ja lopulta RNA. Vuonna 2015 tehdyt tutkimukset ehdottivat, että syaanivety - mahdollisesti tuotu Maahan, kun meteoriittien hiili reagoi ilmakehän typen kanssa - olisi voinut olla ratkaiseva aine näissä reaktioissa, joita UV-valo johtaa.
Testaamaan teoriaa edelleen viime vuonna, kuten Science Advances and Chemistry Communications -lehdissä todettiin, tutkijat käyttivät UV-lamppuja säteilyttämään rikkivety- ja syaanivetyionien seosta. Tuloksena olevia valokemiallisia reaktioita verrattiin sitten samaan kemikaaliseokseen ilman UV-valoa, ja tutkijat havaitsivat, että reaktioissa tarvitaan UV-säteilyä elämän kannalta välttämättömien RNA: n esiasteiden tuottamiseksi.
RNA (ribonukleiinihappo) ja DNA (deoksiribonukleiinihappo) ovat nukleiinihappoja, jotka yhdessä hiilihydraattien, lipidien ja proteiinien kanssa ovat välttämättömiä kaikille tunnetuille elämän muodoille. (Sponk / Roland1952 Wikicommonsin kautta CC BY-SA 3.0: n kautta) Jotta UV-valokemia voi tuottaa näitä solun rakennuspalikoita, UV-valon aallonpituuden on oltava noin 200 - 280 nanometriä. Jusino-Maldonado kertoo, että hänen käsityksessään tätä käsitettä sovellettiin asutettavissa olevaan eksoplaneettimalliin. "Kaikista asuttavista eksoplaneetoista vain kahdeksan löytyy asutettavissa olevalta alueelta ja abiogeneesialueelta."
Vaikka kaikki kahdeksan sijaitsevat sekä asumisalueilla että abiogeneesialueilla, yksikään niistä ei ole erityisen suotuisa elämälle, Jusino-Maldonado sanoo. Jokainen kahdeksasta maailmasta on joko ”supermaapallo” tai ”mini-Neptune”. Todennäköisimmät ehdokkaat ovat Kepler-452b (jos sellainen on) ja ehkä τ Cet e (jos sen säde on sopiva). Maapallon kokoisia maailmoja ei ole vielä löydetty sekä asumiskelpoiselta että abiogeneesivyöhykkeeltä.
Standardien asettaminen
Kun etsitään todella asuttavaa muukalaista maailmaa, marssiin astrobiologit yrittävät luoda puitteet näiden planeettojen luokitteluun, keskusteluun ja tutkimiseen. Suuri tieteellinen työ vaatii määritelmä- ja mittausstandardeja. Astrobiologia on nuori tutkimusala, suhteellisen ottaen, ja yksi pakottavista, ei-triviaaleista kysymyksistä, joita se kohtaa, on, kuinka määrittelet asettavuuden? Kuinka määrität elämän?
"Olen työskennellyt tämän ongelman parissa kymmenen vuotta", sanoo Abel Mendéz, planeetta-astrobiologi ja Puerto Ricon yliopiston Planeetta-asettamislaboratorion johtaja Arecibossa. ”Tiesin, että asuttamisongelma vaatii työtä. Kaikki puhuivat siitä, kuinka se määritellä. ”Aiemmin tänä vuonna 50. vuotuisessa Lunar and Planetary Science -konferenssissa Houstonissa, Teksasissa, Mendéz esitti äskettäisen työnsä maailmanlaajuisesta pinta-asumismallista, jota voidaan soveltaa planeetoihin sekä aurinkokunnassamme että sen ulkopuolella. .
Kirjattuaan läpi kirjallisuuden, hän huomasi, että astrobiologit eivät ensin joutuneet asettamis-, luokittelu- ja yhdenmukaisuusongelmiin asumiskelpoisuuden suhteen. Neljäkymmentä vuotta sitten ekologit kävivät samassa haasteessa. "Kaikki määrittelivät asumiskelpoisuuden halutessaan erilaisissa kirjoituksissa", Mendéz sanoo. Ekologit kokoontuivat 1980-luvulla luomaan muodollisen määritelmän. He löysivät keskiarvot asettavuuden mittaamiseksi, kehittäen järjestelmän, jonka vaihteluväli oli 0 - 1, 0: n ollessa asumaton ja 1: n erittäin asuttava.
Yksittäisten puitteiden omaaminen oli kriittistä ekologian etenemiselle, ja astrobiologiasta se on ollut puutteellisesti, Mendéz sanoo. Koko planeettojen asumiskykymallin rakentaminen alkoi tunnistaa muuttujat, jotka voidaan mitata tänään. "Kun olet kehittänyt muodollisen järjestelmän, voit rakentaa siitä järjestelmiä ja luoda kirjasto, joka soveltuu käytettäväksi eri tilanteissa."
Kaavio mahdollisesti asuttavista eksoplaneetoista. (Abel Mendez / Planetary Habibility Lab / UPR-Arecibo) Ensinnäkin Mendézin oli käsiteltävä tunnetun maailmankaikkeuden ainoaa luontotyyppien soveltuvuusmittausta ”1”. "Jos ehdotat asuttamismallia, sinun on saatava maapallon toimimaan", hän sanoo. Hänen laboratorionsa käytti mallia vertaillakseen eri elinympäristöjen, kuten aavikkojen, valtamerten, metsien ja tundran, elinympäristöjä.
”Jos laskemme alueen asumiskelpoisuuden - ottamatta huomioon elämää, mutta kuinka paljon massaa ja energiaa on käytettävissä itsenäiseen elämään -, se on enemmän ympäristömittausta. Korreloimme tämän alueen biologisen tuottavuuden todellisen mittauksen kanssa: perusteellisen totuutemme kanssa. Se on meidän testi. "Kun hänen ryhmänsä kartoitti ympäristön asumiskelpoisuutta ja biologista tuottavuutta, he löysivät Mendézin kuvaamiksi" mukaviksi korrelaatioiksi ".
Nykyään Mendézin asumismallissa otetaan huomioon kivisten planeettojen kyky tukea pintavettä, niiden tähten ikä ja käyttäytyminen sekä näihin maailmoihin vaikuttavat kiertoradan dynamiikka ja vuorovesivoimat. Malli ottaa huomioon massan ja energian järjestelmässä sekä mainitun massan ja energian prosenttiosuuden lajeille tai biosfäärille. (Tämä prosenttiosuus on vaikein osa yhtälöä. Et voinut väittää esimerkiksi 100 prosenttia maan massasta, on elämän käytettävissä.)
Rajoitettu "planeettakappaleen pinnan läheiseen ohutkerrokseen", malli kiinnittää Maan pinta-asettavuuden 1: een, varhaisen Marsin olla vähintään 0, 034 ja yhtä suuri kuin Titanin ja vähintään 0, 000139. Malli on riippumaton tarkasteltavana olevasta elämän tyypistä - esimerkiksi eläimet verrattuna kasveihin - ja maailmoja, kuten Europa, joissa on ”maanpinnan biosfäärejä”, ei vielä oteta huomioon.
Tällainen pohjatyö on korvaamaton, mutta sen kyvyssä ennustaa asettavuutta on rajoitettu, osittain siksi, että se koskee elämää vain sellaisena kuin me sen tunnemme. Cornellin tutkijat julkaisivat vuonna 2017 paperin, joka paljastaa todistukset akryylinitriilistä (vinyylisyanidista) Titanilla, joka voi hypoteettisesti olla avain metaanipohjaiseen elämään hapottomassa maailmassa - todella vieraassa elämässä, toisin kuin koskaan aikaisemmin. tiedossa. Pitäisikö elämä kukoistaa sellaisessa tavanomaisesti turmeltumattomassa maailmassa kuin Titan, ja jos meidän pitäisi löytää se, Mendez kirjoittaa mallinsa kuvauksessa abstraktisti: "Korrelaatioiden vastaisuus asettamiskelpoisuuden mittausten ja biosignaattien välillä voidaan tulkita abioottiseksi prosessiksi tai elämäksi sellaisena kuin meillä ei ole". t tiedä sitä. ”
Joka tapauksessa ulkoisesti elämälle suotuisten maailmojen puuttuminen tarkoittaa, että ihmiskunnan on jatkettava observatorioidensa parantamista ja katsottava kaukaisuuteen ulottuvia maailmoja. Se on iso galaksi, täynnä pettymyksiä. Emme enää toivota, että marsilaiset kaivaavat vesiteitä tai dinosauruksia etsimässä sammalta Venusian puilla, mutta unelmoimme silti kalmarien uinnista Euroopan merien läpi ja kuka tietää, mitä varjoavat Titanin hiilivetyjärvissä. Jos myös nämä maailmat eivät pysty toimittamaan, se on eksoplaneettojen tehtävä - ja ne ovat vain havaintokykymme ulkopuolella ja hyvin kaukana kotoa.
