Před rokem 1976, kdy se Viking 1 a 2 stal první kosmickou lodí, která úspěšně přistála a operovala na povrchu Marsu, globální představivost zoufale toužila po červené planetě, která skrývala život. Vikingští přistání byli navrženi tak, aby testovali mikroby, ale skutečná naděje, kterou drželi i ti nejuspokojivější planetární vědci, spočívala v tom, že kosmická loď NASA objeví složitý život na Marsu - něco, co se objevilo, nebo možná drsný keř. Mars byl koneckonců naší poslední, nejlepší nadějí poté, co astronomové (a kosmická loď Mariner 2) navždy porazili představu dinosaurů ražených přes vlhké venušské rašeliniště. Byl to Mars nebo krach; Merkur byl právě příliš blízko ke slunci a za asteroidním pásem se věřilo, že leží v zemi bez mikrobů plynové obry a zamrzlé měsíce.
Průzkum sluneční soustavy od doby, kdy Viking představoval svět-po-světě uchopení něčeho - cokoli -, co by mohlo naznačovat život tak, jak ho známe (nebo život tak, jak ho neznáme). Dnes jsou oceány Jupiterova Měsíce v Evropě to, co byly bažiny Venuše a kanály na Marsu pro dvacáté století: možná nejlepší volba pro zničení lidské osamělosti. Příští vlajková mise NASA na vnějších planetách, Europa Clipper, se pokusí určit obývatelnost ledového měsíce. Nějaký budoucí přistávající nebo plavec bude muset najít život, pokud tam bude. Obytná zóna sluneční soustavy nyní zahrnuje potenciálně každou planetu sluneční soustavy. Enceladus a Titan, obíhající Saturn, jsou dobrými kandidáty, stejně jako Triton kolem Neptunu. Stejně jako voda, život může být všude.
A přesto jsme to našli jen tady, kde se to hemží - kde je to zdánlivě nezničitelné, navzdory mnohonásobným událostem na úrovni vyhasnutí. Asteroid se srazí se Zemí a setře téměř všechno? Mikroby dělají domov v prasklinách způsobených nárazovým tělesem a všechno to začíná znovu. Na základě našeho vzorku jediného světa, jakmile začne život, je velmi, velmi těžké přejít pryč. A tak stále hledáme.
Mozaika Evropy, čtvrtého největšího měsíce Jupiteru, zhotoveného ze snímků pořízených kosmickou lodí Galileo v letech 1995 a 1998. Evropa je považována za světový podpovrchový oceán s více vody než Země, což z něj činí jedno z nejslibnějších míst ve sluneční soustavě astrobiologové hledají život. (NASA / JPL-Caltech / SETI Institute) Jiskření života bez života - známé jako abiogeneze - je proces, který vědci teprve začínají chápat. Astronomové, biologové, chemici a vědci z planety spolupracují, aby pečlivě sestavili puzzle, které protíná disciplíny a nebeské předměty. Například bylo nedávno zjištěno, že uhlíkaté chondrity - některé z nejstarších hornin ve sluneční soustavě - obsahují kyselinu pyruvovou, která je nezbytná pro metabolismus. Když na tuto planetu pršely chondrity jako meteority, možná by mohly oplodnit neživou Zemi. Tato teorie neodpovídá na všestrannou otázku: „Odkud jsme přišli?“ Ale představuje další vodítko při hledání toho, jak to všechno začalo.
Abiogeneze nevyžaduje ani DNA - nebo alespoň ne DNA, jak existuje ve všech známých životních formách. DNA se skládá ze čtyř nukleotidových bází, ale začátkem tohoto roku genetici vytvořili syntetickou DNA pomocí osmi bází. (Dabovali to hachimoji DNA.) Tento podivný genetický kód může tvořit stabilní dvojité šroubovice. Může se reprodukovat. Může dokonce mutovat. Vědci nevytvořili život; dokázali však, že naše pojetí života je přinejlepším provinční.
„Země-jako“
Zatímco práce v laboratořích pomohou definovat, jak by život mohl pramenit z neživé hmoty, vesmírné dalekohledy, jako je Kepler, který ukončil operace v loňském roce, a TESS, které zahájily v loňském roce, hledají nové planety ke studiu. Tyto kosmické lodě hledají exoplanety pomocí tranzitní metody, detekující minutové poklesy ve hvězdném světle, jak planeta prochází mezi námi a námi. Před dvaceti pěti lety byla existence planet obíhajících jiné hvězdy hypotetická. Nyní jsou exoplanety stejně skutečné jako ty, které obíhají kolem našeho slunce. Kepler sám objevil nejméně 2 662 exoplanet. Většina z nich je pro život nehostinná, jak ji známe, i když hrstka je někdy charakterizována jako „podobná Zemi“.
"Když řekneme:" Našli jsme planetu nejvíce podobnou Zemi, "lidé někdy znamenají, že poloměr je správný, hmotnost je správná a musí být v obytné zóně, " říká John Wenz, autor knihy Ztracené planety., příběh loveckých snah exoplanet, který má být zveřejněn koncem letošního roku MIT Press. "Ale víme, že většina objevených exoplanet je kolem rudých trpaslíků." Jejich prostředí nemusí být velmi podobné Zemi a existuje velká šance, že mnoho z nich nebude mít atmosféru. “
Není to tak, že by Země byla nejzajímavější planetou v celém vesmíru. V naší sluneční soustavě se Venuše snadno zaregistrovala k mimozemským lovcům exoplanet jako dvojče Země. Ale planety, které jsou opravdu jako Země, je obtížnější najít, protože jsou menší než obři plynu, a protože neobíhají své hostitelské hvězdy tak těsně jako planety kolem červených trpaslíků.
"Mohlo by to být tak, že skutečné planety podobné Zemi jsou neuvěřitelně běžné, ale nemáme zdroje, které bychom jim věnovali na jejich hledání, " říká Wenz. Nejslibnější dosud nalezený exoplanet Země 2.0 je Kepler-452b, který je o něco větší než Země, s trochou hmotností a má příjemnou 385denní oběžnou dráhu kolem hvězdy podobné Slunci. Problém je v tom, že nemusí existovat, jak naznačila studie minulý rok. Může to být jednoduše statistický šum, protože jeho detekce byla na okraji schopností Keplera a kosmická loď zemřela, než mohla být provedena další pozorování.
Umělecké pojetí Kepler-186f, planety Země velikosti asi 500 světelných let daleko, která obíhá v obývatelné zóně hvězdy. Planeta je o méně než deset procent větší než Země a její hostitelská hvězda má asi polovinu velikosti a hmotnosti Slunce. (NASA Ames / JPL-Caltech / T. Pyle) Jakmile bude vesmírný dalekohled James Webb spuštěn na začátku 20. let, zaměří se na mnoho exoplanet objevených Keplerem a TESS. Dokáže vyřešit vzdálenější světy na pixel nebo dva, ale bude odpovídat na naléhavé otázky v exoplanetové vědě, jako je to, zda planeta obíhající červenou trpaslíkovou hvězdu dokáže udržet svou atmosféru navzdory častým světlům a erupcím z takových hvězdy. JWST může dokonce představovat nepřímé důkazy o mimozemských oceánech.
"Nevidíš kontinenty, " říká Wenz. "Ale mohl byste se na něco podívat a vidět modrou tečku, nebo jaký druh odplynování byste si představili z kontinuálního odpařovacího cyklu."
Zóna abiogeneze
V katalogu Hababilních exoplanet je v současné době uvedeno 52 světů mimo naši sluneční soustavu, které by mohly podporovat život, i když zprávy nemusí být tak vzrušující. Správná vzdálenost od hvězdy k tomu, aby se povrchové teploty pohybovaly nad bodem mrazu a pod bodem varu, není jediným požadavkem na život - a rozhodně není jediným požadavkem na život. Podle Marcos Jusino-Maldonada, vědce z University of Puerto Rico v Mayaguezu, je správné množství ultrafialového (UV) světla dopadajícího na planetu z její hostitelské hvězdy jedním ze způsobů, jak může život vzrůstat z organických molekul v prebiotickém prostředí (i když ne jediná možnost).
"Aby se objevily reakce umožňující vznik abiogeneze, musí být planeta uvnitř obyvatelné zóny, protože potřebuje tekutou povrchovou vodu, " říká Jusino-Maldonado. "Podle teorie pravěkých polévek reagují molekuly a slaná voda a nakonec vznikají životy." Předpokládá se však, že tyto reakce vyvolávají pouze místo zvané abiogenezní zóna. "Toto je kritická oblast kolem hvězdy, ve které mohou být prekurzorové molekuly důležité pro život produkovány fotochemickými reakcemi."
UV záření může být klíčem k jiskrovým reakcím, které vedou k tvorbě životních stavebních bloků na Zemi, jako jsou nukleotidy, aminokyseliny, lipidy a nakonec RNA. Výzkum v roce 2015 naznačil, že kyanovodík - možná přivedený na Zemi, když uhlík v meteoritech reagoval s dusíkem v atmosféře - mohl být v těchto reakcích poháněných UV zářením rozhodující složkou.
Abychom tuto teorii dále otestovali, minulý rok, jak bylo uvedeno v časopisech Science Advances and Chemistry Communications, vědci používali UV lampy k ozařování směsi iontů sírovodíku a kyanovodíku. Výsledné fotochemické reakce byly poté porovnány se stejnou směsí chemikálií v nepřítomnosti ultrafialového záření a vědci zjistili, že pro reakce je nutné UV záření, aby se vytvořily prekurzory RNA nezbytné pro život.
RNA (ribonukleová kyselina) a DNA (deoxyribonukleová kyselina) jsou nukleové kyseliny, které jsou spolu s uhlohydráty, lipidy a proteiny nezbytné pro všechny známé formy života. (Sponk / Roland1952 prostřednictvím Wikicommons pod CC BY-SA 3.0) Aby UV fotochemie mohla produkovat tyto buněčné stavební bloky, musí být vlnová délka UV světla kolem 200 až 280 nanometrů. Jusino-Maldonado říká, že ve své práci byl tento koncept aplikován na obyvatelný exoplanetový model. "Ze všech obyvatelných exoplanet se pouze osm z nich nachází v obytné zóně a zóně abiogeneze."
Přestože je všech osm v obývatelných i abiogenezních zónách, žádná z nich není pro život zvláště příznivá, říká Jusino-Maldonado. Každý z osmi světů je buď „super-Země“ nebo „mini-Neptun“. Nejpravděpodobnějšími kandidáty jsou Kepler-452b (pokud existuje) a možná τ Cet e (pokud je jeho poloměr vhodný). V obývatelné i abiogenezní zóně nebyly dosud objeveny žádné světy Země.
Stanovení standardů
Jak se pátrá po hledání skutečně obývatelného cizího světa, astrobiologové se pokoušejí vytvořit rámec pro kategorizaci, diskusi a studium těchto planet. Velké vědecké snahy o práci vyžadují standardy definice a měření. Astrobiologie je relativně mladý obor studia a jednou z naléhavých netriviálních otázek, kterým čelí, je, jak definujete návaznost? Jak definujete život?
"Na tomto problému pracuji už deset let, " říká Abel Mendéz, planetární astrobiolog a ředitel Laboratoře planetární geografie na University of Puerto Rico v Arecibo. "Věděl jsem, že problém s návazností vyžaduje práci." Všichni se zabývali tím, jak to definovat. “Začátkem letošního roku na 50. výroční lunární a planetární vědecké konferenci v Houstonu v Texasu představil Mendéz svou nedávnou práci na globálním modelu obývatelnosti povrchu použitelném pro planety v naší sluneční soustavě i mimo ni. .
Poté, co si prošel literaturou, si uvědomil, že astrobiologové nebyli prvními, kdo narazili na problémy definice, kategorizace a uniformity, pokud jde o obyvatelnost. Před čtyřiceti lety se ekologové zabývali stejnou výzvou. "Všichni definovali obyvatelnost, jak si přáli v různých novinách, " říká Mendéz. V 80. letech se ekologové sešli, aby vytvořili formální definici. Vytáhli průměry, aby změřili obyvatelnost, vyvinuli systém s rozsahem od 0 do 1, přičemž 0 je neobyvatelné a 1 je velmi obyvatelné.
Mít jedinečný rámec byl pro rozvoj ekologie kritický a v astrobiologii to velmi chybí, říká Mendéz. Budování modelu obývatelnosti pro celé planety začalo identifikací proměnných, které lze dnes měřit. "Jakmile vytvoříte formální systém, můžete z toho vytvořit systémy a vytvořit knihovnu obývatelnosti pro různé kontexty."
Schéma potenciálně obyvatelných exoplanet. (Abel Mendez / laboratoř pro planety Habitability / UPR-Arecibo) Nejprve se Mendéz musel vypořádat s jediným měřením vhodnosti stanoviště „1“ ve známém vesmíru. "Pokud navrhujete model obývatelnosti, musíte Zemi zajistit, aby fungoval, " říká. Jeho laboratoř použila svůj model k porovnání stanovišť různých biomů, jako jsou pouště, oceány, lesy a tundra.
"Pokud počítáme obyvatelnost regionu - nebereme v úvahu život, ale kolik hmoty a energie je k dispozici pro nezávislý život - jde spíše o měření životního prostředí." To korelováme se skutečným měřením biologické produktivity v regionu: naší základní pravdou. To je náš test. “Když jeho skupina zmapovala životní prostředí a biologickou produktivitu, zjistili, co Mendéz označil za„ pěkné korelace “.
Dnes Mendézův model obživy zohledňuje schopnost skalních planet podporovat povrchovou vodu, věk a chování jejich hvězd a orbitální dynamiku a přílivové síly působící na tyto světy. Model bere v úvahu hmotnost a energii v systému a procento uvedené hmotnosti a energie dostupné pro určitý druh nebo biosféru. (Toto procento je nejtěžší částí rovnice. Nemohli byste tvrdit, že 100 procent hmotnosti Země je například k dispozici pro život.)
Model je omezen na „povrchovou tenkou vrstvu planetárního těla“ na blízko, model zavěší povrchovou návaznost Země na 1, časný Mars na hodnotu menší nebo rovnou 0, 034 a Titan na hodnotu menší nebo rovnou 0, 000139. Model je nezávislý na uvažovaném druhu života - například zvířata versus rostliny - a světy jako Evropa s „podpovrchovými biosférami“ se dosud nezohledňují.
Takové základy jsou neocenitelné, ale stále jsou omezené ve své schopnosti předvídat návyky, částečně proto, že se vztahují pouze na život, jak jej známe. V roce 2017 publikovali vědci v Cornellu dokument, který odhaluje důkazy o molekule akrylonitrilu (vinylkyanid) na Titanu, což by hypoteticky mohlo být klíčem k životu na bázi metanu ve světě bez kyslíku - skutečně cizí život, na rozdíl od všeho, co jsme kdy měli známý. Pokud by život vzkvétal v tak konvenčně nehostinném světě, jakým je Titan, a pokud ho najdeme, Mendez píše abstraktem popisujícím jeho model: „Antikorelaci mezi mírami návykovosti a biosignaturami lze interpretovat jako abiotický proces nebo jako život, jaký my necítíme“ nevím. “
Každopádně nedostatek dosud světů zvnějšku vhodných pro život znamená, že lidstvo musí pokračovat ve zlepšování svých observatoří a vrhat oči směrem k daleko odhozeným říším. Je to velká galaxie, plná zklamání. Už nemůžeme doufat, že Marťané kopají vodní cesty nebo dinosaury, kteří sáhnou po mechu na venušských stromech, ale stále se nám zdá, že oliheň pluje evropskými moři a kdo ví, co číhá v uhlovodíkových jezerech Titanu. Pokud se tyto světy také nepodaří doručit, je to na exoplanetách - a jsou mimo naše pozorovací schopnosti a jsou velmi daleko od domova.
