Преди 1976 г., когато Викинг 1 и 2 стана първият космически кораб, който успешно каца и оперира на повърхността на Марс, глобалното въображение копнееше отчаяно за червена планета, носеща живота. Викингите са проектирани да тестват за микроби, но истинската надежда, държана дори от най-разколебаните планетарни учени, беше, че космическият кораб на НАСА ще открие сложен живот на Марс - нещо, което се разпръсква, или може би страшен храст. В крайна сметка Марс беше нашата последна, най-добра надежда, след като астрономите (и космическият кораб „Маринер 2“) завинаги изчезнаха представата за динозаврите, които се тъпчат във влажни, венериански блата. Беше Марс или бюст; Меркурий се намираше твърде близо до слънцето и отвъд астероидния пояс се смяташе, че не лежи земя на микроби от газови гиганти и замръзнали луни.
Изследването на Слънчевата система от времето, когато Викингът представлява свят по света, схващащ нещо - всичко, което може да подскаже за живот такъв, какъвто го познаваме (или живот такъв, какъвто го нямаме). Днес океаните на лунната Европа на Юпитер са това, което бяха блатата на Венера и каналите на Марс за ХХ век: може би най-добрият вариант за унищожаване на човешката самота. Следващата водеща мисия на НАСА за външни планети, Europa Clipper, ще се опита да определи обитаемостта на ледената луна. Някой бъдещ кацач или плувец ще трябва да намери живота, ако го има. Обитаемата зона на Слънчевата система сега включва, потенциално, всяка планета в Слънчевата система. Енцелад и Титан, обикалящи Сатурн, са добри кандидати, както и Тритон около Нептун. Подобно на водата, животът може да е навсякъде.
И все пак ние сме го намерили само тук, където изглежда - където е привидно неразрушимо, въпреки множеството събития на ниво изчезване. Астероид се сблъсква със Земята и изтрива почти всичко? Микробите създават дом в пукнатините, причинени от удрящия удар и всичко започва отначало. Въз основа на нашата извадка от един свят, след като животът започне, е много, много трудно да се размине. И така продължаваме да търсим.
Мозайка от Европа, четвъртата по големина луна на Юпитер, направена от изображения, направени от космическия апарат Галилео през 1995 и 1998 г. Смята се, че Европа има глобален подземен океан с повече вода от Земята, което го прави едно от най-обещаващите места в Слънчевата система за астробиолозите да търсят живот. (НАСА / JPL-Caltech / SETI институт) Искренето на живот от безжизнеността - известно като абиогенеза - е процес, който учените едва сега започват да разбират. Астрономите, биолозите, химиците и планетарните учени работят заедно, за да усърдно съставят пъзел, който пресича дисциплини и небесни обекти. Например, наскоро въглеродните хондрити - някои от най-старите скали в Слънчевата система - откриват пировинова киселина, която е от съществено значение за метаболизма. Когато хондритите валят на тази планета като метеорити, може да са оплодили безжизнена Земя. Тази теория не дава отговор на всепоглъщащия въпрос: „Откъде дойдохме?“, Но тя представлява още една улика в търсенето на това как започна всичко.
Абиогенезата дори не изисква ДНК - или поне не ДНК, както съществува във всички известни форми на живот. ДНК се състои от четири нуклеотидни бази, но по-рано тази година генетиците създадоха синтетична ДНК, използвайки осем бази. (Те го нарекоха ДНК хахимоджи.) Този странен генетичен код може да образува стабилни двойни спирали. Може да се възпроизвежда. Може дори да мутира. Учените не са създали живот; те обаче доказаха, че представата ни за живота е в най-добрия случай провинциална.
"Подобни на Земята"
Докато работата в лаборатории ще помогне да се определи как животът може да извира от неживата материя, космическите телескопи като Kepler, които приключиха операциите миналата година, и TESS, който стартира миналата година, намират нови планети за проучване. Тези космически кораби търсят екзопланети, използвайки транзитния метод, засичайки минутите намаляват в светлината на звездата, докато планетата преминава между нея и нас. Преди двадесет и пет години съществуването на планети, обикалящи около други звезди, беше хипотетично. Сега екзопланетите са толкова реални, колкото тези, които обикалят нашето слънце. Кеплер сам откри най-малко 2662 екзопланети. Повечето са негостоприемни за живота, както го познаваме, макар че шепа понякога се характеризира като „подобна на Земята“.
„Когато казваме:„ Намерихме най-подобната на Земята планета “, хората понякога означават, че радиусът е правилен, масата е правилна и трябва да бъде в обитаемата зона“, казва Джон Венц, автор на „Изгубените планети“, историята за ранните усилия за лов на екзопланети, която ще бъде публикувана по-късно тази година от MIT Press. „Но знаем, че повечето от тези открити екзопланети са около звезди на червено джудже. Тяхната среда не е много подобна на Земята и има голяма вероятност много от тях да няма атмосфера. "
Не че Земята е най-специалната планета във цялата Вселена. В нашата Слънчева система Венера лесно би се регистрирала на извънземни ловци на екзопланети като близнак на Земята. Но планетите, наистина като Земята, са по-трудни за намиране, както защото са по-малки от газовите гиганти, така и защото не обикалят около звездите си домакини толкова близо, колкото планетите около червените джуджета.
„Възможно е истинските планети, подобни на Земята, да са невероятно често срещани, но че ние нямаме ресурсите да се посветим на тяхното търсене“, казва Венц. Най-обещаващата екзопланета Земя 2.0, открита досега, е Kepler-452b, която е малко по-голяма от Земята, с малко по-голяма маса и има приятна орбита на 385 дни около звезда, подобна на слънце. Проблемът е, че той може да не съществува, както беше предложено проучване миналата година. Това може да е просто статистически шум, тъй като откриването му е било в границите на възможностите на Kepler, а космическият апарат е умрял, преди да могат да бъдат проведени допълнителни наблюдения.
Концепция на художник за Kepler-186f, екзопланета с размер на Земята на около 500 светлинни години, която орбитира в обитаемата зона на звездата си. Планетата е с по-малко от десет процента по-голяма от Земята и нейната звезда-домакин е около половината от размера и масата на Слънцето. (НАСА Еймс / JPL-Caltech / Т. Пийл) След като стартира в началото на 2020 г., космическият телескоп Джеймс Уеб ще се насочи към много от екзопланетите, открити от Kepler и TESS. Той ще може само да разреши далечните светове до пиксел или два, но ще отговори на наболели въпроси в науката за екзопланетите, като например дали една планета в орбита на червена звезда-джудже може да задържи атмосферата си, въпреки честите изблици и изригвания от такива звезди. JWST може дори да представи косвени доказателства за извънземни океани.
„Няма да видите континенти“, казва Венц. „[Но] може да погледнете нещо и да видите синя точка или вида на обгазяването, което бихте си представили от непрекъснат цикъл на изпаряване.“
Зоната на Абиогенезата
Каталогът на обитаемата екзопланета в момента изброява 52 свята извън нашата Слънчева система, които могат да поддържат живота, въпреки че новините може да не са толкова вълнуващи като това. Да бъдеш на правилното разстояние от звезда за повърхностни температури, за да надвисаш над замръзване и под кипене не е единственото изискване за живот - и със сигурност не е единственото изискване животът да започне . Според Маркос Джусино-Малдонадо, изследовател от Университета на Пуерто Рико в Маагуес, правилното количество ултравиолетова (UV) светлина, удряща планета от нейната приемаща звезда, е един от начините животът да може да се издигне от органични молекули в пребиотична среда (макар и не единствения начин).
„За реакции, позволяващи появата на абиогенеза, една планета трябва да бъде в обитаемата зона, тъй като тя се нуждае от течна повърхностна вода“, казва Джусино-Малдонадо. „Според първоначалната теория на супата, молекулите и солената вода реагират и в крайна сметка водят до живот.“ Но се смята, че тези реакции избухват само на място, наречено зона на абиогенеза. „Това е критичната област около звездата, в която чрез фотохимичните реакции могат да се получат важни за живота молекули предшественици.“
UV лъчението може да е ключът към искричните реакции, които водят до образуването на градивни елементи на Земята, като нуклеотиди, аминокиселини, липиди и в крайна сметка РНК. Изследванията през 2015 г. сочат, че циановият водород - вероятно донесен на Земята, когато въглеродът в метеорити реагира с азот в атмосферата - може да бъде решаваща съставка в тези реакции, движени от UV светлина.
За да тестват допълнително теорията, миналата година, както се съобщава в списанията Science Advances and Chemistry Communications, учените използват UV лампи за облъчване на смес от сероводород и циановодородни йони. След това получените фотохимични реакции се сравняват със същата смес от химикали при липса на UV светлина и изследователите установяват, че е необходимо UV лъчение, за да се получат необходимите за живота прекурсори на РНК.
РНК (рибонуклеинова киселина) и ДНК (дезоксирибонуклеинова киселина) са нуклеинови киселини, които наред с въглехидратите, липидите и протеините са от съществено значение за всички известни форми на живот. (Sponk / Roland1952 чрез Wikicommons под CC BY-SA 3.0) За да може UV фотохимията да произвежда тези клетъчни градивни елементи, дължината на вълната на UV светлината трябва да бъде около 200 до 280 нанометра. Джусино-Малдонадо казва, че в своята работа тази концепция е приложена към обитаемия екзопланет модел. „От всички обитаеми екзопланети само осем от тях са открити в обитаемата зона и в зоната на абиогенезата.“
Въпреки че всичките осем са както в обитаемите зони, така и в зоните на абиогенезата, никоя не е особено благоприятна за живот, казва Джусино-Малдонадо. Всеки от осемте свята е или „супер-Земя“, или „мини-Нептун“. Най-вероятните кандидати са Kepler-452b (ако съществува) и може би τ Cet e (ако радиусът му е подходящ). Все още не са открити светове с размер на Земята както в обитаемата зона, така и в зоните на абиогенезата.
Задаване на стандарти
Докато търсенето на истински обитаем извънземен свят продължава, астробиолозите се опитват да създадат рамка за категоризиране, обсъждане и изучаване на тези планети. Големите научни начинания за работа изискват стандарти за дефиниране и измерване. Астробиологията е млада област на изучаване, сравнително казано, и един от належащите, нетривиални въпроси, с които се сблъсква, е как да определите обитаемостта? Как определяте живота?
"Работя по този проблем от десет години", казва Абел Мендес, планетарен астробиолог и директор на лабораторията за планетарно обитаване в Университета на Пуерто Рико в Аресибо. „Знаех, че проблемът с обитаемостта изисква работа. Всички се занимаваха с това как да го определят. ”По-рано тази година, на 50-тата годишна конференция за лунна и планетарна наука в Хюстън, Тексас, Мендес представи своята неотдавнашна работа по глобален модел на обитаемост на повърхността, приложим за планетите както в нашата Слънчева система, така и извън нея.,
След като се пребори с литературата, той разбра, че астробиолозите не са първите, които се сблъскват с проблеми с дефиницията, категоризацията и еднообразието по отношение на обитаемостта. Преди 40 години еколозите се справиха със същото предизвикателство. „Всички определяха обитаемостта, както пожелаха в различни документи“, казва Мендес. През 80-те години на миналия век еколозите се обединиха, за да създадат официална дефиниция. Те избиват средни стойности за измерване на обитаемостта, разработвайки система с диапазон от 0 до 1, като 0 е необитаем, а 1 е много обитаем.
Наличието на единна рамка беше от решаващо значение за развитието на екологията и тя силно липсваше в астробиологията, казва Мендес. Изграждането на обитаем модел за цели планети започна с идентифициране на променливи, които могат да бъдат измерени днес. "След като разработите формална система, можете да изградите системи от това и да създадете библиотека с обитаемост за различни контексти."
Диаграма на потенциално обитаеми екзопланети. (Abel Mendez / Лаборатория за планетарно обитаване / UPR-Arecibo) Първо, Мендес трябваше да се справи с единственото измерване на годността на местообитанията „1“ в известната вселена. „Ако предлагате модел на обитаване, трябва да накарате Земята да работи“, казва той. Неговата лаборатория използва своя модел за сравнение на местообитанията на различни биоми, като пустини, океани, гори и тундра.
„Ако изчислим обитаемостта на даден регион - не отчитайки живота, а колко маса и енергия има за независим живот - това е по-скоро екологично измерване. Свързваме това с действително измерване на биологичната производителност в даден регион: нашата основна истина. Това е нашето изпитание. ”Когато групата му начертал обитаемостта на околната среда и биологичната производителност, те открили това, което Мендес определи като„ добри корелации ”.
Днес моделът на Мендес за обитаемост взема предвид способността на скалистите планети да поддържат повърхностните води, възрастта и поведението на техните звезди, както и орбиталната динамика и силите на приливите, действащи върху тези светове. Моделът отчита масата и енергията в рамките на дадена система и процентът на споменатата маса и енергия, достъпни за вид или биосфера. (Този процент е най-трудната част от уравнението. Не бихте могли да твърдите, че 100 процента от земната маса, например, е достъпен за живот.)
Ограничен до "тънък слой на планетно тяло в близост до повърхността", моделът приковава обитаемостта на повърхността на Земята на 1, ранният Марс е по-малък или равен на 0, 034, а Титан е по-малък или равен на 0, 000139. Моделът не зависи от типа на разглеждания живот - например животни срещу растения - и светове като Европа с „подземни биосфери“ все още не са отчетени.
Подобна основа е безценна, но все още е ограничена в способността си да прогнозира обитаемостта, отчасти защото се прилага само за живота, както го познаваме. През 2017 г. изследователи на Корнел публикуват документ, разкриващ доказателства за молекулата акрилонитрил (винил цианид) на Титан, който, хипотетично, би могъл да бъде ключът към живота, базиран на метан, в света без кислород - наистина извънземен живот, за разлика от всичко, което някога сме имали известни. Трябва ли животът да процъфти в такъв конвенционално негостоприемен свят като Титан и трябва ли да го намерим, Мендес пише в резюме, описващо своя модел: „Антикорелацията между мерките за обитаемост и биосигнатурите може да се тълкува като абиотичен процес или като живот, какъвто го правим “. не го знам. "
Във всеки случай липсата на досега светове, благоприятни за живот, означава, че човечеството трябва да продължи да подобрява своите обсерватории и да хвърля поглед към далечни сфери. Това е голяма галактика, изпълнена с разочарования. Вече не се надяваме марсианците да копаят водни пътища или динозаври, които да достигат до мъх по венезийските дървета, но все пак мечтаем да плуваме с калмари през европановите морета и кой-знае какво дебне в въглеводородните езера на Титан. Ако и тези светове не успеят да се предадат, зависи от екзопланетите - и те са точно извън нашите наблюдателни възможности и много далеч от дома.
