Bagaimana saintis mencari kehidupan luar angkasa

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-16 16:12

Mungkin terdapat dunia lain yang didiami di suatu tempat di alam semesta. Tetapi, sehingga kami menemuinya, program minimum adalah untuk membuktikan bahawa kehidupan di luar Bumi sekurang-kurangnya dalam beberapa bentuk. Sejauh mana kita dekat dengan itu?

Baru-baru ini, kita semakin mendengar tentang penemuan yang "boleh menunjukkan" kewujudan hidupan luar angkasa. Hanya pada September 2020, ia diketahui tentang penemuan gas fosfin di Zuhrah - tanda potensi kehidupan mikrob - dan tasik garam di Marikh, tempat mikrob juga boleh wujud.

Tetapi sejak 150 tahun yang lalu, peneroka angkasa lepas lebih daripada sekali meninggalkan angan-angan. Masih tiada jawapan yang boleh dipercayai untuk soalan utama. Atau adakah begitu, tetapi saintis berhati-hati kerana kebiasaan?

Talian teleskop

Pada tahun 1870-an, ahli astronomi Itali Giovanni Schiaparelli melihat garis panjang dan nipis di permukaan Marikh melalui teleskop dan mengisytiharkannya sebagai "saluran." Dia dengan jelas menamakan buku mengenai penemuannya "Kehidupan di planet Marikh". "Sukar untuk tidak melihat gambar di Marikh yang serupa dengan gambar yang membentuk landskap daratan kita," tulisnya.

Dalam bahasa Itali, perkataan canali bermaksud saluran semula jadi dan buatan (saintis sendiri tidak pasti sifatnya), tetapi apabila diterjemahkan, ia kehilangan kekaburan ini. Pengikut Schiaparelli telah menyatakan dengan jelas tentang tamadun Marikh yang keras, yang, dalam iklim gersang, mencipta kemudahan pengairan yang besar.

Lenin, yang membaca buku oleh Percival Lowell "Mars and Its Canals" pada tahun 1908, menulis: "Kerja saintifik. Membuktikan bahawa Marikh didiami, bahawa terusan adalah keajaiban teknologi, bahawa orang di sana sepatutnya 2/3 kali lebih besar daripada orang tempatan, lebih-lebih lagi dengan batang, dan ditutup dengan bulu atau kulit haiwan, dengan empat atau enam kaki.

N … ya, pengarang kami menipu kami, menggambarkan keindahan Marikh secara tidak lengkap, harus mengikut resipi: "Kegelapan kebenaran yang rendah lebih kita sayangi daripada kita membangkitkan penipuan". Lowell adalah seorang jutawan dan bekas diplomat. Dia menggemari astronomi dan menggunakan wangnya sendiri untuk membina salah satu balai cerap termaju di Amerika. Terima kasih kepada Lowell bahawa topik kehidupan Marikh mencapai muka depan akhbar terbesar di dunia.

Benar, sudah pada akhir abad ke-19, ramai penyelidik meragui tentang pembukaan "terusan". Pemerhatian sentiasa memberikan hasil yang berbeza - kad itu menyimpang walaupun untuk Schiaparelli dan Loeull. Pada tahun 1907, ahli biologi Alfred Wallace membuktikan bahawa suhu di permukaan Marikh adalah jauh lebih rendah daripada yang diandaikan oleh Lowell, dan tekanan atmosfera terlalu rendah untuk air wujud dalam bentuk cecair.

Stesen antara planet "Mariner-9", yang mengambil gambar planet dari angkasa pada tahun 1970-an, menamatkan sejarah terusan: "terusan" ternyata menjadi ilusi optik.

Sejak separuh kedua abad ke-20, harapan untuk mencari kehidupan yang sangat teratur telah berkurangan. Kajian menggunakan kapal angkasa telah menunjukkan bahawa keadaan di planet berdekatan tidak hampir sama dengan keadaan di Bumi: penurunan suhu yang terlalu kuat, atmosfera tanpa tanda oksigen, angin kencang dan tekanan yang luar biasa.

Sebaliknya, kajian perkembangan kehidupan di Bumi telah mendorong minat dalam mencari proses yang serupa di angkasa. Lagipun, kita masih tidak tahu bagaimana dan terima kasih kepada apa, pada dasarnya, kehidupan timbul.

Banyak peristiwa telah berlaku ke arah ini dalam beberapa tahun kebelakangan ini. Kepentingan utama ialah pencarian air, sebatian organik dari mana bentuk kehidupan protein boleh terbentuk, serta biosignature (bahan yang dihasilkan oleh makhluk hidup) dan kemungkinan kesan bakteria dalam meteorit.

Bukti cecair

Kehadiran air adalah prasyarat untuk kewujudan kehidupan seperti yang kita ketahui. Air bertindak sebagai pelarut dan pemangkin untuk jenis protein tertentu. Ia juga merupakan medium yang sesuai untuk tindak balas kimia dan pengangkutan nutrien. Di samping itu, air menyerap sinaran inframerah, jadi ia boleh mengekalkan haba - ini penting untuk badan angkasa sejuk yang agak jauh dari cahaya.

Data pemerhatian menunjukkan bahawa air dalam keadaan pepejal, cecair atau gas wujud di kutub Mercury, di dalam meteorit dan komet, serta di Musytari, Zuhal, Uranus dan Neptun. Para saintis juga telah mencadangkan bahawa bulan Musytari Europa, Ganymede dan Callisto mempunyai lautan air cecair yang luas di bawah permukaan. Mereka menemuinya dalam satu bentuk atau yang lain dalam gas antara bintang dan juga di tempat yang luar biasa seperti fotosfera bintang.

Tetapi kajian kesan air boleh menjanjikan untuk ahli astrobiologi (pakar dalam biologi luar angkasa) hanya apabila terdapat keadaan lain yang sesuai. Contohnya, suhu, tekanan dan komposisi kimia pada Zuhal dan Musytari yang sama adalah terlalu melampau dan boleh berubah untuk organisma hidup menyesuaikan diri dengannya.

Perkara lain ialah planet yang berdekatan dengan kita. Walaupun hari ini mereka kelihatan tidak ramah, oasis kecil dengan "sisa kemewahan dahulu" boleh kekal di atasnya.

Pada tahun 2002, pengorbit Mars Odyssey menemui mendapan ais air di bawah permukaan Marikh. Enam tahun kemudian, siasatan Phoenix mengesahkan keputusan pendahulunya, mendapatkan air cecair daripada sampel ais dari tiang.

Ini konsisten dengan teori bahawa air cecair hadir di Marikh baru-baru ini (mengikut piawaian astronomi). Menurut beberapa sumber, hujan di Planet Merah "hanya" 3.5 bilion tahun yang lalu, menurut yang lain - bahkan 1.25 juta tahun yang lalu.

Walau bagaimanapun, halangan segera timbul: air di permukaan Marikh tidak boleh wujud dalam keadaan cair. Pada tekanan atmosfera yang rendah, ia serta-merta mula mendidih dan menguap - atau membeku. Oleh itu, kebanyakan air yang diketahui di permukaan planet ini berada dalam keadaan ais. Terdapat harapan bahawa yang paling menarik berlaku di bawah permukaan. Ini adalah bagaimana hipotesis tasik garam di bawah Marikh timbul. Dan hanya pada hari lain dia menerima pengesahan.

Para saintis dari Agensi Angkasa Itali telah menemui di salah satu kutub Marikh sistem empat tasik dengan air cair, yang terletak pada kedalaman lebih daripada 1.5 kilometer. Penemuan itu dibuat menggunakan data bunyi radio: peranti mengarahkan gelombang radio ke bahagian dalam planet, dan saintis, dengan refleksi mereka, menentukan komposisi dan strukturnya.

Kewujudan keseluruhan sistem tasik, menurut pengarang karya itu, menunjukkan bahawa ini adalah fenomena biasa untuk Marikh.

Kepekatan spesifik garam di tasik Marikh masih tidak diketahui, serta komposisinya. Menurut pengarah saintifik program Mars, Roberto Orosei, kita bercakap tentang penyelesaian yang sangat kuat dengan "puluhan peratus" garam.

Terdapat mikrob halofilik di Bumi yang menyukai kemasinan yang tinggi, jelas ahli mikrobiologi Elizaveta Bonch-Osmolovskaya. Mereka membebaskan bahan yang membantu mengekalkan keseimbangan air-elektrik dan melindungi struktur sel. Tetapi walaupun dalam tasik bawah tanah yang sangat masin (brins) dengan kepekatan sehingga 30% terdapat beberapa mikrob sedemikian.

Menurut Orosei, kesan bentuk kehidupan yang wujud apabila terdapat iklim dan air yang lebih panas di permukaan planet, dan keadaan yang menyerupai Bumi awal, boleh kekal di tasik Marikh.

Tetapi terdapat satu lagi halangan: komposisi air. Tanah Marikh kaya dengan perklorat - garam asid perklorik. Larutan perklorat membeku pada suhu yang jauh lebih rendah daripada air biasa atau air laut. Tetapi masalahnya ialah perklorat adalah oksidan aktif. Mereka menggalakkan penguraian molekul organik, yang bermaksud ia berbahaya kepada mikrob.

Mungkin kita memandang rendah keupayaan hidup untuk menyesuaikan diri dengan keadaan yang paling teruk. Tetapi untuk membuktikan ini, anda perlu mencari sekurang-kurangnya satu sel hidup.

"Bata" tanpa menembak

Bentuk kehidupan yang hidup di Bumi tidak dapat dibayangkan tanpa molekul organik kompleks yang mengandungi karbon. Setiap atom karbon boleh mencipta sehingga empat ikatan dengan atom lain pada masa yang sama, menghasilkan kekayaan sebatian yang luar biasa. "Rangka" karbon terdapat dalam asas semua bahan organik - termasuk protein, polisakarida dan asid nukleik, yang dianggap sebagai "blok binaan" kehidupan yang paling penting.

Hipotesis panspermia hanya menegaskan bahawa kehidupan dalam bentuk paling mudah datang ke Bumi dari angkasa. Di suatu tempat di ruang antara bintang, keadaan berkembang yang memungkinkan untuk memasang molekul kompleks.

Mungkin bukan dalam bentuk sel, tetapi dalam bentuk sejenis protogenome - nukleotida yang boleh membiak dengan cara paling mudah dan mengekod maklumat yang diperlukan untuk kemandirian molekul.

Buat pertama kalinya, alasan untuk kesimpulan sedemikian muncul 50 tahun yang lalu. Molekul uracil dan xanthine ditemui di dalam meteorit Marchison, yang jatuh di Australia pada tahun 1969. Ini adalah bes nitrogen yang mampu membentuk nukleotida, dari mana polimer asid nukleik - DNA dan RNA - telah pun tersusun.

Tugas saintis adalah untuk menentukan sama ada penemuan ini adalah akibat daripada pencemaran di Bumi, selepas kejatuhan, atau mempunyai asal usul luar angkasa. Dan pada tahun 2008, menggunakan kaedah radiokarbon, adalah mungkin untuk menentukan bahawa urasil dan xanthine memang terbentuk sebelum meteorit jatuh ke Bumi.

Sekarang dalam Marchison dan meteorit yang serupa (ia dipanggil kondrit berkarbonat), saintis telah menemui semua jenis bes dari mana kedua-dua DNA dan RNA dibina: gula kompleks, termasuk ribosa dan deoksiribosa, pelbagai asid amino, termasuk asid lemak penting. Selain itu, terdapat tanda-tanda bahawa organik terbentuk secara langsung di angkasa.

Pada tahun 2016, dengan bantuan alat Rosetta Agensi Angkasa Eropah, kesan asid amino paling mudah - glisin - serta fosforus, yang juga merupakan komponen penting untuk asal usul kehidupan, ditemui di ekor komet Gerasimenko. -Churyumov.

Tetapi penemuan sedemikian agak mencadangkan bagaimana kehidupan boleh dibawa ke Bumi. Sama ada ia boleh bertahan dan berkembang untuk masa yang lama di luar keadaan daratan masih tidak jelas. "Molekul besar, molekul kompleks, yang akan kami klasifikasikan sebagai organik di Bumi tanpa sebarang pilihan, boleh disintesis di angkasa tanpa penyertaan makhluk hidup," kata ahli astronomi Dmitry Vibe. "Kami tahu bahawa bahan organik antara bintang masuk ke dalam sistem suria dan Bumi. Tetapi kemudian sesuatu yang lain berlaku kepadanya - komposisi isotop dan simetri berubah."

Jejak di atmosfera

Satu lagi cara yang menjanjikan untuk mencari kehidupan dikaitkan dengan biosignature, atau biomarker. Ini adalah bahan, kehadirannya di atmosfera atau tanah planet ini pasti menunjukkan kehadiran kehidupan. Sebagai contoh, terdapat banyak oksigen di atmosfera Bumi, yang terbentuk hasil fotosintesis dengan penyertaan tumbuhan dan alga hijau. Ia juga mengandungi banyak metana dan karbon dioksida, yang dihasilkan oleh bakteria dan organisma hidup lain dalam proses pertukaran gas semasa pernafasan.

Tetapi mencari kesan metana atau oksigen di atmosfera (serta air) belum lagi menjadi alasan untuk membuka champagne. Sebagai contoh, metana juga boleh ditemui dalam atmosfera objek seperti bintang - kerdil coklat.

Dan oksigen boleh terbentuk akibat pemisahan wap air di bawah pengaruh sinaran ultraungu yang kuat. Keadaan sedemikian diperhatikan pada exoplanet GJ 1132b, di mana suhu mencapai 230 darjah Celsius. Kehidupan dalam keadaan sedemikian adalah mustahil.

Untuk gas dianggap sebagai biosignature, asal biogeniknya mesti dibuktikan, iaitu, ia mesti dibentuk dengan tepat hasil daripada aktiviti makhluk hidup. Asal-usul gas sedemikian ditunjukkan, sebagai contoh, dengan kebolehubahannya di atmosfera. Pemerhatian menunjukkan bahawa paras metana di Bumi berubah-ubah mengikut musim (dan aktiviti hidupan bergantung pada musim).

Jika di planet lain metana hilang dari atmosfera, maka ia muncul (dan ini boleh direkodkan selama, sebagai contoh, setahun), ini bermakna seseorang memancarkannya.

Marikh ternyata menjadi salah satu sumber metana "hidup" sekali lagi. Tanda-tanda pertamanya di dalam tanah telah didedahkan oleh peranti program Viking, yang dihantar ke planet ini pada tahun 1970-an - hanya dengan tujuan mencari bahan organik. Molekul metana yang ditemui dalam kombinasi dengan klorin pada mulanya diambil sebagai bukti. Tetapi pada tahun 2010, beberapa penyelidik menyemak semula pandangan ini.

Mereka mendapati bahawa perklorat sudah diketahui oleh kita di tanah Marikh, apabila dipanaskan, memusnahkan kebanyakan bahan organik. Dan sampel dari Viking dipanaskan.

Di atmosfera Marikh, kesan metana pertama kali ditemui pada tahun 2003. Penemuan itu segera menghidupkan semula perbualan tentang kebolehdiaman Marikh. Hakikatnya ialah sebarang jumlah besar gas ini di atmosfera tidak akan bertahan lama, tetapi akan dimusnahkan oleh sinaran ultraungu. Dan jika metana tidak terurai, saintis telah membuat kesimpulan bahawa terdapat sumber kekal gas ini di Planet Merah. Namun, para saintis tidak mempunyai keyakinan yang kukuh: data yang diperoleh tidak mengecualikan bahawa metana yang ditemui adalah "pencemaran" yang sama.

Tetapi pemerhatian daripada rover Curiosity pada 2019 merekodkan peningkatan paras metana yang tidak normal. Lebih-lebih lagi, ternyata kini kepekatannya tiga kali lebih tinggi daripada paras gas yang dicatatkan pada 2013. Dan kemudian perkara yang lebih misteri berlaku - kepekatan metana sekali lagi menurun kepada nilai latar belakang.

Teka-teki metana masih tiada jawapan yang jelas. Menurut beberapa versi, rover itu mungkin terletak di bahagian bawah kawah, di mana terdapat sumber metana bawah tanah, dan pelepasannya dikaitkan dengan aktiviti tektonik planet ini.

Walau bagaimanapun, tandatangan bio boleh menjadi agak tidak jelas. Sebagai contoh, pada September 2020, sebuah pasukan di Universiti Cardiff mengesan kesan gas fosfin pada Zuhrah, sebatian fosforus khas yang terlibat dalam metabolisme bakteria anaerobik.

Pada tahun 2019, simulasi komputer menunjukkan bahawa fosfin tidak boleh terbentuk pada planet dengan teras pepejal kecuali hasil daripada aktiviti organisma hidup. Dan jumlah fosfin yang ditemui pada Zuhrah bercakap menyokong fakta bahawa ini bukan kesilapan atau kekotoran yang tidak disengajakan.

Tetapi sebilangan saintis ragu-ragu tentang penemuan itu. Ahli astrobiologi dan pakar dalam keadaan pengurangan fosforus Matthew Pasek mencadangkan bahawa terdapat beberapa proses eksotik yang tidak diambil kira oleh simulasi komputer. Dialah yang boleh berlaku di Venus. Pasek menambah bahawa saintis masih tidak pasti bagaimana kehidupan di Bumi menghasilkan fosfin dan sama ada ia dihasilkan oleh organisma sama sekali.

Terkubur dalam batu

Satu lagi tanda kehidupan yang mungkin, sekali lagi dikaitkan dengan Marikh, adalah kehadiran dalam sampel dari planet struktur aneh yang serupa dengan sisa-sisa makhluk hidup. Ini termasuk meteorit Marikh ALH84001. Ia terbang dari Marikh kira-kira 13,000 tahun lalu dan ditemui di Antartika pada tahun 1984 oleh ahli geologi yang mengelilingi Allan Hills (ALH bermaksud Allan Hills) di Antartika.

Meteorit ini mempunyai dua ciri. Pertama, ia adalah sampel batu dari era "Markh basah" yang sama, iaitu masa yang mungkin terdapat air di atasnya. Yang kedua - struktur aneh ditemui di dalamnya, mengingatkan objek biologi fosil. Lebih-lebih lagi, ternyata ia mengandungi kesan bahan organik! Walau bagaimanapun, "bakteria fosil" ini tidak ada kaitan dengan mikroorganisma darat.

Mereka terlalu kecil untuk sebarang kehidupan selular darat. Walau bagaimanapun, ada kemungkinan bahawa struktur sedemikian menunjuk kepada pendahulu kehidupan. Pada tahun 1996, David McKay dari Johnson Center untuk NASA dan rakan-rakannya menemui apa yang dipanggil pseudomorph dalam meteorit - struktur kristal luar biasa yang meniru bentuk (dalam kes ini) badan biologi.

Sejurus selepas pengumuman 1996, Timothy Swindle, seorang saintis planet di Universiti Arizona, menjalankan tinjauan tidak rasmi terhadap lebih 100 saintis untuk mengetahui perasaan komuniti saintifik tentang tuntutan tersebut.

Ramai saintis ragu-ragu tentang dakwaan kumpulan McKay. Khususnya, beberapa penyelidik berpendapat bahawa kemasukan ini mungkin timbul akibat proses gunung berapi. Bantahan lain adalah berkaitan dengan dimensi (nanometer) struktur yang sangat kecil. Walau bagaimanapun, penyokong membantah bahawa nanobakteria ditemui di Bumi. Terdapat karya yang menunjukkan ketidakbolehbezaan asas nanobakteria moden daripada objek dari ALH84001.

Perdebatan itu buntu atas sebab yang sama seperti dalam kes fosfin Venus: kita masih mempunyai sedikit idea tentang bagaimana struktur sedemikian terbentuk. Tiada siapa yang boleh menjamin bahawa persamaan itu bukan satu kebetulan. Lebih-lebih lagi, terdapat kristal di Bumi, seperti kerite, yang sukar untuk dibezakan daripada sisa "fosil" walaupun mikrob biasa (apatah lagi nanobakteria yang kurang dikaji).

Pencarian untuk hidupan luar angkasa adalah seperti mengejar bayang-bayang anda sendiri. Nampaknya jawapannya ada di hadapan kita, kita hanya perlu mendekatkan diri. Tetapi dia semakin menjauh, memperoleh kerumitan dan tempahan baru. Beginilah cara sains berfungsi - dengan menghapuskan "positif palsu". Bagaimana jika analisis spektrum gagal? Bagaimana jika metana di Marikh hanyalah anomali tempatan? Bagaimana jika struktur yang kelihatan seperti bakteria hanyalah permainan alam semula jadi? Segala keraguan tidak boleh diketepikan sepenuhnya.

Ada kemungkinan bahawa wabak kehidupan sentiasa muncul di Alam Semesta - di sana sini. Dan kami, dengan teleskop dan spektrometer kami, sentiasa lewat untuk tarikh. Atau, sebaliknya, kami tiba terlalu awal. Tetapi jika anda percaya pada prinsip Copernican, yang mengatakan bahawa Alam Semesta secara keseluruhan adalah homogen dan proses duniawi mesti berlaku di tempat lain, lambat laun kita akan bersilang. Ini soal masa dan teknologi.