Hvordan forskere søker etter utenomjordisk liv

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sist endret: 2023-12-16 16:13

Kanskje det finnes andre bebodde verdener et sted i universet. Men inntil vi fant dem, er minimumsprogrammet å bevise at liv utenfor jorden i det minste er i en eller annen form. Hvor nærme er vi det?

I det siste hører vi i økende grad om funn som "kan indikere" eksistensen av utenomjordisk liv. Først i september 2020 ble det kjent om oppdagelsen av fosfingass på Venus – et potensielt tegn på mikrobielt liv – og saltsjøer på Mars, hvor mikrober også kunne eksistere.

Men i løpet av de siste 150 årene har romfarere mer enn en gang gått bort fra ønsketenkning. Det er fortsatt ikke noe pålitelig svar på hovedspørsmålet. Eller er det uansett, men forskere er forsiktige av vane?

Teleskop linjer

På 1870-tallet så den italienske astronomen Giovanni Schiaparelli lange, tynne linjer på overflaten av Mars gjennom et teleskop og erklærte dem som «kanaler». Han ga entydig tittelen på boken om oppdagelsen "Livet på planeten Mars". "Det er vanskelig å ikke se bilder på Mars som ligner på de som utgjør vårt terrestriske landskap," skrev han.

På italiensk betydde ordet canali både naturlige og kunstige kanaler (vitenskapsmannen selv var ikke sikker på deres natur), men når det ble oversatt, mistet det denne tvetydigheten. Schiaparellis tilhengere har allerede uttalt seg tydelig om den tøffe marsivilisasjonen, som i et tørt klima skapte kolossale vanningsanlegg.

Lenin, som leste boken av Percival Lowell "Mars and Its Canals" i 1908, skrev: "Vitenskapelig arbeid. Beviser at Mars er bebodd, at kanalene er et mirakel av teknologi, at folk der burde være 2/3 ganger større enn lokalbefolkningen, dessuten med stammer, og dekket med fjær eller dyreskinn, med fire eller seks ben.

N … ja, forfatteren vår lurte oss, og beskrev Mars-skjønnhetene ufullstendig, burde være i henhold til oppskriften: "Mørket av lave sannheter er oss kjærere enn vi hever bedrag". Lowell var millionær og tidligere diplomat. Han var glad i astronomi og brukte sine egne penger til å bygge et av de mest avanserte observatoriene i Amerika. Det var takket være Lowell at temaet om livet på mars traff forsidene til de største avisene i verden.

Riktignok var allerede på slutten av 1800-tallet mange forskere tvilende til åpningen av "kanalene". Observasjoner ga stadig forskjellige resultater - kortene divergerte selv for Schiaparelli og Loeull. I 1907 beviste biolog Alfred Wallace at temperaturen på overflaten av Mars er mye lavere enn Lowell antok, og atmosfærisk trykk er for lavt til at vann kan eksistere i flytende form.

Den interplanetariske stasjonen "Mariner-9", som tok bilder av planeten fra verdensrommet på 1970-tallet, satte en stopper for kanalenes historie: "kanalene" viste seg å være en optisk illusjon.

Siden andre halvdel av 1900-tallet har håpet om å finne et høyt organisert liv blitt mindre. Studier med romfartøy har vist at forholdene på de nærliggende planetene ikke engang er i nærheten av dem på jorden: for sterke temperaturfall, en atmosfære uten tegn til oksygen, sterk vind og enormt trykk.

På den annen side har studiet av utviklingen av liv på jorden ansporet interessen for søket etter lignende prosesser i verdensrommet. Tross alt vet vi fortsatt ikke hvordan og takket være hva som i prinsippet livet oppsto.

Mange hendelser har funnet sted i denne retningen de siste årene. Hovedinteressen er leting etter vann, organiske forbindelser som proteiner kan danne livsformer av, samt biosignaturer (stoffer som produseres av levende ting) og mulige spor av bakterier i meteoritter.

Væsketett

Tilstedeværelsen av vann er en forutsetning for eksistensen av liv slik vi kjenner det. Vann fungerer som et løsningsmiddel og katalysator for visse typer proteiner. Det er også et ideelt medium for kjemiske reaksjoner og transport av næringsstoffer. I tillegg absorberer vann infrarød stråling, slik at det kan holde på varmen - dette er viktig for kalde himmellegemer som er ganske langt fra lyset.

Observasjonsdata viser at vann i fast, flytende eller gassform finnes ved polene til Merkur, inne i meteoritter og kometer, så vel som på Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun. Forskere har også antydet at Jupiters måner Europa, Ganymede og Callisto har store hav av flytende vann under overflaten. De fant det i en eller annen form i interstellar gass og til og med på utrolige steder som fotosfæren til stjerner.

Men studiet av spor av vann kan være lovende for astrobiologer (spesialister i utenomjordisk biologi) bare når det er andre passende forhold. For eksempel er temperaturer, trykk og kjemisk sammensetning på samme Saturn og Jupiter for ekstreme og foranderlige til at levende organismer kan tilpasse seg dem.

En annen ting er planetene nær oss. Selv om de i dag ser ugjestmilde ut, kan små oaser med "rester av tidligere luksus" forbli på dem.

I 2002 oppdaget Mars Odyssey orbiter forekomster av vannis under overflaten av Mars. Seks år senere bekreftet Phoenix-sonden resultatene til forgjengeren, og hentet flytende vann fra en isprøve fra polen.

Dette stemte overens med teorien om at flytende vann var til stede på Mars ganske nylig (etter astronomiske standarder). Ifølge noen kilder regnet det på den røde planeten for «bare» for 3,5 milliarder år siden, ifølge andre – til og med for 1,25 millioner år siden.

En hindring oppsto imidlertid umiddelbart: vann på overflaten av Mars kan ikke eksistere i flytende tilstand. Ved lavt atmosfærisk trykk begynner det umiddelbart å koke og fordampe – eller fryser. Derfor er det meste av det kjente vannet på planetens overflate i tilstanden av is. Det var håp om at det mest interessante skjedde under overflaten. Slik oppsto hypotesen om saltsjøer under Mars. Og akkurat her om dagen fikk hun bekreftelse.

Forskere fra den italienske romfartsorganisasjonen har oppdaget ved en av polene på Mars et system av fire innsjøer med flytende vann, som ligger på mer enn 1,5 kilometers dyp. Oppdagelsen ble gjort ved hjelp av radiolyddata: enheten leder radiobølger inn i planetens indre, og forskere bestemmer sammensetningen og strukturen ved deres refleksjon.

Eksistensen av et helt system av innsjøer, ifølge forfatterne av verket, antyder at dette er et vanlig fenomen for Mars.

Den nøyaktige spesifikke konsentrasjonen av salter i Mars-innsjøene er fortsatt ukjent, så vel som deres sammensetning. Ifølge vitenskapelig leder for Mars-programmet, Roberto Orosei, snakker vi om veldig sterke løsninger med «titalls prosent» salt.

Det er halofile mikrober på jorden som elsker høy saltholdighet, forklarer mikrobiolog Elizaveta Bonch-Osmolovskaya. De frigjør stoffer som bidrar til å opprettholde vann-elektrisk balanse og beskytte cellestrukturer. Men selv i ekstremt salte underjordiske innsjøer (brins) med en konsentrasjon på opptil 30 % er det få slike mikrober.

I følge Orosei kunne spor av livsformer som fantes når det var varmere klima og vann på planetens overflate, og forhold som lignet tidlig på Jorden, forbli i Mars-innsjøene.

Men det er en annen hindring: selve sammensetningen av vannet. Marsjorden er rik på perklorater - salter av perklorsyre. Perkloratløsninger fryser ved betydelig lavere temperaturer enn vanlig eller til og med sjøvann. Men problemet er at perklorater er aktive oksidanter. De fremmer nedbrytningen av organiske molekyler, noe som betyr at de er skadelige for mikrober.

Kanskje undervurderer vi livets evne til å tilpasse seg de tøffeste forholdene. Men for å bevise dette, må du finne minst én levende celle.

«Klosser» uten å skyte

Livsformene som lever på jorden kan ikke forestilles uten komplekse organiske molekyler som inneholder karbon. Hvert karbonatom kan skape opptil fire bindinger med andre atomer samtidig, noe som resulterer i et enormt vell av forbindelser. Karbon-"skjelettet" finnes i grunnlaget for alle organiske stoffer - inkludert proteiner, polysakkarider og nukleinsyrer, som regnes som de viktigste "byggesteinene" i livet.

Panspermia-hypotesen hevder bare at livet i sine enkleste former kom til jorden fra verdensrommet. Et sted i det interstellare rommet utviklet det seg forhold som gjorde det mulig å sette sammen komplekse molekyler.

Kanskje ikke i form av en celle, men i form av et slags protogenom - nukleotider som kan formere seg på enkleste måte og kode for informasjonen som er nødvendig for overlevelse av et molekyl.

For første gang dukket begrunnelsen for slike konklusjoner opp for 50 år siden. Molekyler av uracil og xanthin ble funnet inne i Marchison-meteoritten, som falt i Australia i 1969. Dette er nitrogenholdige baser som er i stand til å danne nukleotider, hvorfra nukleinsyrepolymerer - DNA og RNA - allerede er sammensatt.

Forskernes oppgave var å fastslå om disse funnene er en konsekvens av forurensning på jorden, etter fallet, eller har en utenomjordisk opprinnelse. Og i 2008, ved hjelp av radiokarbonmetoden, var det mulig å fastslå at uracil og xanthin faktisk ble dannet før meteoritten falt til jorden.

Nå i Marchison og lignende meteoritter (de kalles karbonholdige kondritter), har forskere funnet alle slags baser som både DNA og RNA er bygget fra: komplekse sukkerarter, inkludert ribose og deoksyribose, forskjellige aminosyrer, inkludert essensielle fettsyrer. Dessuten er det indikasjoner på at organiske stoffer dannes direkte i rommet.

I 2016 ble det ved hjelp av Rosetta-apparatet til European Space Agency funnet spor av den enkleste aminosyren - glycin - samt fosfor, som også er en viktig komponent for livets opprinnelse, i halen til kometen Gerasimenko - Churyumov.

Men slike funn antyder snarere hvordan liv kunne ha blitt brakt til jorden. Om den kan overleve og utvikle seg i lang tid utenfor terrestriske forhold er fortsatt uklart. "Store molekyler, komplekse molekyler, som vi vil klassifisere som organiske på jorden uten noen alternativer, kan syntetiseres i verdensrommet uten deltakelse av levende vesener," sier astronom Dmitry Vibe. "Vi vet at interstellart organisk materiale kom inn i solsystemet og jorden. Men så skjedde det noe annet med henne - isotopsammensetningen og symmetrien endret seg."

Spor i atmosfæren

En annen lovende måte å søke etter liv på er assosiert med biosignaturer, eller biomarkører. Dette er stoffer, hvis tilstedeværelse i atmosfæren eller jorda på planeten definitivt indikerer tilstedeværelsen av liv. For eksempel er det mye oksygen i jordens atmosfære, som dannes som følge av fotosyntese med deltakelse av planter og grønnalger. Den inneholder også mye metan og karbondioksid, som produseres av bakterier og andre levende organismer i prosessen med gassutveksling under respirasjon.

Men å finne spor av metan eller oksygen i atmosfæren (samt vann) er ennå ikke en grunn til å åpne champagne. Metan kan for eksempel også finnes i atmosfæren til stjernelignende gjenstander - brune dverger.

Og oksygen kan dannes som et resultat av spaltning av vanndamp under påvirkning av sterk ultrafiolett stråling. Slike forhold observeres på eksoplaneten GJ 1132b, hvor temperaturen når 230 grader Celsius. Livet under slike forhold er umulig.

For at en gass skal anses som en biosignatur, må dens biogene opprinnelse være bevist, det vil si at den må dannes nettopp som et resultat av aktiviteten til levende vesener. En slik opprinnelse av gasser indikeres for eksempel ved deres variasjon i atmosfæren. Observasjoner viser at metannivået på jorden svinger med årstiden (og aktiviteten til levende ting avhenger av årstiden).

Hvis metan på en annen planet forsvinner fra atmosfæren, så dukker det opp (og dette kan registreres i løpet av for eksempel et år), betyr det at noen slipper det ut.

Mars viste seg å være en av de mulige kildene til "levende" metan igjen. De første tegnene på det i jorda ble avslørt av enhetene til Viking-programmet, som ble sendt til planeten tilbake på 1970-tallet - bare med det formål å søke etter organisk materiale. De oppdagede molekylene av metan i kombinasjon med klor ble opprinnelig tatt som bevis. Men i 2010 reviderte en rekke forskere dette synspunktet.

De fant at perkloratene som allerede er kjent for oss i marsjord, når de varmes opp, ødelegger det meste av det organiske materialet. Og prøvene fra vikingene ble varmet opp.

I atmosfæren på Mars ble spor av metan først oppdaget i 2003. Funnet gjenopplivet umiddelbart samtaler om Mars' beboelighet. Faktum er at eventuelle betydelige mengder av denne gassen i atmosfæren ikke ville vare lenge, men ville bli ødelagt av ultrafiolett stråling. Og hvis metan ikke brytes ned, har forskere konkludert med at det er en permanent kilde til denne gassen på den røde planeten. Og likevel hadde ikke forskerne sikker tillit: dataene som ble oppnådd utelukket ikke at metanet som ble funnet var den samme "forurensningen".

Men observasjoner fra Curiosity-roveren i 2019 registrerte en unormal økning i metannivåene. Dessuten viste det seg at konsentrasjonen nå er tre ganger høyere enn nivået av gass registrert i 2013. Og så skjedde en enda mer mystisk ting - konsentrasjonen av metan sank igjen til bakgrunnsverdier.

Metan-gåten har fortsatt ikke noe entydig svar. I følge noen versjoner kan roveren være plassert i bunnen av et krater, der det er en underjordisk kilde til metan, og utgivelsen er assosiert med planetens tektoniske aktivitet.

Imidlertid kan biosignaturer være ganske uopplagte. For eksempel, i september 2020 oppdaget et team ved Cardiff University spor av fosfingass på Venus, en spesiell fosforforbindelse som er involvert i metabolismen av anaerobe bakterier.

I 2019 viste datasimuleringer at fosfin ikke kan dannes på planeter med en solid kjerne bortsett fra som et resultat av aktiviteten til levende organismer. Og mengden fosfin funnet på Venus talte til fordel for det faktum at dette ikke var en feil eller en tilfeldig urenhet.

Men en rekke forskere er skeptiske til oppdagelsen. Astrobiolog og ekspert på reduserte fosfortilstander Matthew Pasek antydet at det er en eksotisk prosess som ikke har blitt tatt med i datasimuleringer. Det var han som kunne finne sted på Venus. Pasek la til at forskerne fortsatt ikke er sikre på hvordan livet på jorden produserer fosfin og om det produseres av organismer i det hele tatt.

Begravd i stein

Et annet mulig tegn på liv, igjen assosiert med Mars, er tilstedeværelsen i prøver fra planeten av merkelige strukturer som ligner på restene av levende vesener. Disse inkluderer Mars-meteoritten ALH84001. Den fløy fra Mars for rundt 13 000 år siden og ble funnet i Antarktis i 1984 av geologer som kjørte snøscooter rundt Allan Hills (ALH står for Allan Hills) i Antarktis.

Denne meteoritten har to egenskaper. For det første er det et utvalg av bergarter fra epoken med den samme "våte Mars", det vil si tiden da det kunne være vann på den. Den andre - merkelige strukturer ble funnet i den, som minner om fossiliserte biologiske gjenstander. Dessuten viste det seg at de inneholder spor av organisk materiale! Disse «fossiliserte bakteriene» har imidlertid ingenting med terrestriske mikroorganismer å gjøre.

De er for små for noe jordbasert cellulært liv. Det er imidlertid mulig at slike strukturer peker på livets forgjengere. I 1996 fant David McKay fra Johnson Center for NASA og hans kolleger såkalte pseudomorfer i en meteoritt – uvanlige krystallinske strukturer som etterligner formen til (i dette tilfellet) en biologisk kropp.

Kort tid etter kunngjøringen i 1996 gjennomførte Timothy Swindle, en planetarisk vitenskapsmann ved University of Arizona, en uformell undersøkelse av over 100 forskere for å finne ut hvordan det vitenskapelige samfunnet følte om påstandene.

Mange forskere var skeptiske til McKay-gruppens påstander. Spesielt har en rekke forskere hevdet at disse inneslutningene kan oppstå som et resultat av vulkanske prosesser. En annen innvending var knyttet til de svært små (nanometer) dimensjonene til strukturene. Tilhengere protesterte imidlertid mot dette at det ble funnet nanobakterier på jorden. Det er et arbeid som viser den grunnleggende umuligheten av moderne nanobakterier fra objekter fra ALH84001.

Debatten er fastlåst av samme grunn som i tilfellet med venusisk fosfin: vi har fortsatt liten anelse om hvordan slike strukturer dannes. Ingen kan garantere at likheten ikke er en tilfeldighet. Dessuten er det krystaller på jorden, som keritt, som er vanskelig å skille fra de "fossiliserte" restene av selv vanlige mikrober (for ikke å nevne dårlig studerte nanobakterier).

Jakten på utenomjordisk liv er som å løpe etter din egen skygge. Det ser ut til at svaret ligger foran oss, vi må bare komme nærmere. Men han beveger seg bort og får nye kompleksiteter og forbehold. Det er slik vitenskapen fungerer – ved å eliminere «falske positive». Hva om spektralanalysen slår feil? Hva om metan på Mars bare er en lokal anomali? Hva om strukturene som ser ut som bakterier bare er et naturspill? All tvil kan ikke utelukkes helt.

Det er godt mulig at det hele tiden dukker opp livsutbrudd i universet – her og der. Og vi, med våre teleskoper og spektrometre, kommer alltid for sent til en date. Eller omvendt, vi kommer for tidlig. Men hvis du tror på det kopernikanske prinsippet, som sier at universet som helhet er homogent og jordiske prosesser må finne sted et annet sted, vil vi før eller siden krysse hverandre. Det er et spørsmål om tid og teknologi.