Hur forskare söker efter utomjordiskt liv

2024 Författare: Seth Attwood | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-16 16:17

Kanske finns det andra bebodda världar någonstans i universum. Men tills vi hittade dem är minimiprogrammet att bevisa att liv utanför jorden åtminstone finns i någon form. Hur nära är vi det?

På senare tid hör vi allt mer om upptäckter som "kan indikera" existensen av utomjordiskt liv. Först i september 2020 blev det känt om upptäckten av fosfingas på Venus - ett potentiellt tecken på mikrobiellt liv - och saltsjöar på Mars, där mikrober också kan existera.

Men under de senaste 150 åren har rymdutforskare mer än en gång gått ifrån önsketänkande. Det finns fortfarande inget tillförlitligt svar på huvudfrågan. Eller finns det i alla fall, men forskare är försiktiga av vana?

Teleskop linjer

På 1870-talet såg den italienske astronomen Giovanni Schiaparelli långa, tunna linjer på Mars yta genom ett teleskop och förklarade dem för "kanaler". Han döpte entydigt till boken om sin upptäckt "Livet på planeten Mars". "Det är svårt att inte se bilder på Mars som liknar de som utgör vårt terrestra landskap", skrev han.

På italienska betydde ordet canali både naturliga och konstgjorda kanaler (vetenskapsmannen själv var inte säker på deras natur), men när det översattes förlorade det denna tvetydighet. Schiaparellis anhängare har redan tydligt sagt om den hårda civilisationen på Mars, som i ett torrt klimat skapade kolossala bevattningsanläggningar.

Lenin, som läste boken av Percival Lowell "Mars and Its Canals" 1908, skrev: "Vetenskapligt arbete. Bevisar att Mars är bebott, att kanalerna är ett teknikunder, att människor där borde vara 2/3 gånger större än lokalbefolkningen, dessutom med stammar, och täckta med fjädrar eller djurhudar, med fyra eller sex ben.

N … ja, vår författare lurade oss, beskrev Mars-skönheterna ofullständigt, borde vara enligt receptet: "Mörkret av låga sanningar är oss kärare än vi höjer bedrägeri". Lowell var miljonär och före detta diplomat. Han var förtjust i astronomi och använde sina egna pengar för att bygga ett av de mest avancerade observatorierna i Amerika. Det var tack vare Lowell som ämnet om livet på mars slog upp förstasidorna på de största tidningarna i världen.

Det är sant att redan i slutet av 1800-talet var många forskare tveksamma till öppnandet av "kanalerna". Observationer gav hela tiden olika resultat - korten skiljde sig även för Schiaparelli och Loeull. 1907 bevisade biologen Alfred Wallace att temperaturen på Mars yta är mycket lägre än vad Lowell antog, och atmosfärstrycket är för lågt för att vatten ska kunna existera i flytande form.

Den interplanetära stationen "Mariner-9", som tog fotografier av planeten från rymden på 1970-talet, satte stopp för kanalernas historia: "kanalerna" visade sig vara en optisk illusion.

Sedan andra hälften av 1900-talet har förhoppningarna om att hitta ett mycket organiserat liv minskat. Studier med rymdfarkoster har visat att förhållandena på de närliggande planeterna inte ens är i närheten av dem på jorden: för kraftiga temperaturfall, en atmosfär utan tecken på syre, starka vindar och ett enormt tryck.

Å andra sidan har studiet av livets utveckling på jorden väckt intresse för sökandet efter liknande processer i rymden. Trots allt vet vi fortfarande inte hur och tack vare vad som i princip livet uppstod.

Många händelser har ägt rum i denna riktning de senaste åren. Huvudintresset är sökandet efter vatten, organiska föreningar från vilka proteinlivsformer skulle kunna bildas, samt biosignaturer (ämnen som produceras av levande varelser) och möjliga spår av bakterier i meteoriter.

Vätsketät

Närvaron av vatten är en förutsättning för existensen av liv som vi känner det. Vatten fungerar som lösningsmedel och katalysator för vissa typer av proteiner. Det är också ett idealiskt medium för kemiska reaktioner och transport av näringsämnen. Dessutom absorberar vatten infraröd strålning, så det kan behålla värme - detta är viktigt för kalla himlakroppar som är ganska långt från ljuset.

Observationsdata visar att vatten i fast, flytande eller gasformigt tillstånd finns vid Merkurius poler, inuti meteoriter och kometer, såväl som på Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus. Forskare har också föreslagit att Jupiters månar Europa, Ganymedes och Callisto har stora underjordiska oceaner av flytande vatten. De hittade den i en eller annan form i interstellär gas och till och med på otroliga platser som stjärnornas fotosfär.

Men studiet av spår av vatten kan vara lovande för astrobiologer (specialister inom utomjordisk biologi) endast när det finns andra lämpliga förhållanden. Till exempel är temperaturer, tryck och kemisk sammansättning på samma Saturnus och Jupiter för extrema och föränderliga för att levande organismer ska kunna anpassa sig till dem.

En annan sak är planeterna nära oss. Även om de idag ser ogästvänliga ut kan små oaser med "rester av forna lyx" finnas kvar på dem.

År 2002 upptäckte Mars Odyssey orbiter avlagringar av vattenis under Mars yta. Sex år senare bekräftade Phoenix-sonden resultaten av sin föregångare, och fick flytande vatten från ett isprov från polen.

Detta överensstämde med teorin att flytande vatten fanns på Mars ganska nyligen (med astronomiska standarder). Enligt vissa källor regnade det på den röda planeten för "bara" för 3,5 miljarder år sedan, enligt andra - till och med för 1,25 miljoner år sedan.

Ett hinder uppstod dock omedelbart: vatten på Mars yta kan inte existera i flytande tillstånd. Vid lågt atmosfärstryck börjar det genast koka och avdunsta – eller fryser. Därför är det mesta av det kända vattnet på planetens yta i tillståndet av is. Det fanns hopp om att det mest intressanta hände under ytan. Så här uppstod hypotesen om saltsjöar under Mars. Och häromdagen fick hon bekräftelse.

Forskare från den italienska rymdorganisationen har upptäckt vid en av polerna på Mars ett system av fyra sjöar med flytande vatten, som ligger på ett djup av mer än 1,5 kilometer. Upptäckten gjordes med hjälp av radioljudsdata: enheten riktar radiovågor in i planetens inre, och forskare bestämmer genom sin reflektion dess sammansättning och struktur.

Förekomsten av ett helt system av sjöar, enligt författarna till arbetet, tyder på att detta är ett vanligt fenomen för Mars.

Den exakta specifika koncentrationen av salter i Marssjöarna är fortfarande okänd, liksom deras sammansättning. Enligt Marsprogrammets vetenskapliga chef, Roberto Orosei, talar vi om mycket starka lösningar med "tiotals procent" salt.

Det finns halofila mikrober på jorden som älskar hög salthalt, förklarar mikrobiologen Elizaveta Bonch-Osmolovskaya. De frigör ämnen som hjälper till att upprätthålla vatten-elektrisk balans och skydda cellstrukturer. Men även i extremt salta underjordiska sjöar (brins) med en koncentration på upp till 30% finns det få sådana mikrober.

Enligt Orosei kunde spår av livsformer som fanns när det fanns varmare klimat och vatten på planetens yta, och förhållanden som liknade den tidiga jorden, finnas kvar i Marssjöarna.

Men det finns ett annat hinder: själva sammansättningen av vattnet. Marsjorden är rik på perklorater - salter av perklorsyra. Perkloratlösningar fryser vid betydligt lägre temperaturer än vanligt eller till och med havsvatten. Men problemet är att perklorater är aktiva oxidanter. De främjar nedbrytningen av organiska molekyler, vilket innebär att de är skadliga för mikrober.

Kanske underskattar vi livets förmåga att anpassa sig till de svåraste förhållandena. Men för att bevisa detta måste du hitta minst en levande cell.

"Bricks" utan eldning

De livsformer som lever på jorden kan inte föreställas utan komplexa organiska molekyler som innehåller kol. Varje kolatom kan skapa upp till fyra bindningar med andra atomer samtidigt, vilket resulterar i en enorm mängd föreningar. Kol "skelettet" finns i basen av alla organiska ämnen - inklusive proteiner, polysackarider och nukleinsyror, som anses vara de viktigaste "byggstenarna" i livet.

Panspermihypotesen hävdar bara att livet i dess enklaste former kom till jorden från rymden. Någonstans i det interstellära rymden utvecklades förhållanden som gjorde det möjligt att sätta samman komplexa molekyler.

Kanske inte i form av en cell, utan i form av ett slags protogenom - nukleotider som kan reproducera sig på enklaste sätt och koda för den information som behövs för en molekyls överlevnad.

För första gången dök grunden för sådana slutsatser upp för 50 år sedan. Molekyler av uracil och xantin hittades inuti Marchison-meteoriten, som föll i Australien 1969. Dessa är kvävehaltiga baser som kan bilda nukleotider, från vilka nukleinsyrapolymerer - DNA och RNA - redan är sammansatta.

Forskarnas uppgift var att fastställa om dessa fynd är en följd av föroreningar på jorden, efter fallet, eller har ett utomjordiskt ursprung. Och 2008, med hjälp av radiokolmetoden, var det möjligt att fastställa att uracil och xantin verkligen bildades innan meteoriten föll till jorden.

Nu i Marchison och liknande meteoriter (de kallas kolhaltiga kondriter), har forskare hittat alla typer av baser från vilka både DNA och RNA är uppbyggda: komplexa sockerarter, inklusive ribos och deoxiribos, olika aminosyror, inklusive essentiella fettsyror. Dessutom finns det indikationer på att organiska ämnen bildas direkt i rymden.

År 2016 hittades spår av den enklaste aminosyran - glycin - samt fosfor, som också är en viktig komponent för livets ursprung, spår av den enklaste aminosyran - glycin - i svansen på kometen Gerasimenko, med hjälp av Rosetta-apparaten från European Space Agency. -Churyumov.

Men sådana upptäckter antyder snarare hur liv kunde ha förts till jorden. Om den kan överleva och utvecklas under lång tid utanför markförhållanden är fortfarande oklart. "Stora molekyler, komplexa molekyler, som vi skulle klassificera som organiska på jorden utan några alternativ, kan syntetiseras i rymden utan att levande varelser deltar", säger astronomen Dmitry Vibe. "Vi vet att interstellär organisk materia kom in i solsystemet och jorden. Men sedan hände något annat med henne - den isotopiska sammansättningen och symmetrin förändrades."

Spår i atmosfären

Ett annat lovande sätt att söka efter liv är förknippat med biosignaturer, eller biomarkörer. Dessa är ämnen, vars närvaro i atmosfären eller jorden på planeten definitivt indikerar närvaron av liv. Till exempel finns det mycket syre i jordens atmosfär, som bildas som ett resultat av fotosyntes med deltagande av växter och grönalger. Den innehåller också mycket metan och koldioxid, som produceras av bakterier och andra levande organismer i processen för gasutbyte under andning.

Men att hitta spår av metan eller syre i atmosfären (liksom vatten) är ännu ingen anledning att öppna champagne. Metan kan till exempel också finnas i atmosfären hos stjärnliknande föremål - bruna dvärgar.

Och syre kan bildas som ett resultat av delning av vattenånga under påverkan av stark ultraviolett strålning. Sådana förhållanden observeras på exoplaneten GJ 1132b, där temperaturen når 230 grader Celsius. Livet under sådana förhållanden är omöjligt.

För att en gas ska anses vara en biosignatur måste dess biogena ursprung bevisas, det vill säga den måste bildas just som ett resultat av levande varelsers aktivitet. Ett sådant ursprung för gaser indikeras till exempel av deras variation i atmosfären. Observationer visar att metannivåerna på jorden fluktuerar med årstid (och levande varelsers aktivitet beror på årstid).

Om metan på en annan planet försvinner från atmosfären, så dyker det upp (och det kan registreras under till exempel ett år), det betyder att någon släpper ut det.

Mars visade sig vara en av de möjliga källorna till "levande" metan igen. De första tecknen på det i jorden avslöjades av enheterna i Viking-programmet, som skickades till planeten redan på 1970-talet - bara i syfte att söka efter organiskt material. De upptäckta molekylerna av metan i kombination med klor togs initialt som bevis. Men 2010 reviderade ett antal forskare denna synvinkel.

De fann att de perklorater som vi redan känner till i marsjorden, när de värms upp, förstör det mesta av det organiska materialet. Och proverna från vikingarna var uppvärmda.

I Mars atmosfär upptäcktes spår av metan först 2003. Fyndet återupplivade omedelbart samtal om Mars beboelighet. Faktum är att alla betydande mängder av denna gas i atmosfären inte skulle vara länge, utan skulle förstöras av ultraviolett strålning. Och om metan inte bryts ner har forskare kommit fram till att det finns en permanent källa till denna gas på den röda planeten. Och ändå hade forskarna inte ett fast förtroende: de erhållna uppgifterna uteslöt inte att metanet som hittades var samma "förorening".

Men observationer från Curiosity-rovern 2019 registrerade en onormal ökning av metannivåerna. Dessutom visade det sig att dess koncentration nu är tre gånger högre än nivån av gas som registrerades 2013. Och så hände en ännu mer mystisk sak - koncentrationen av metan sjönk igen till bakgrundsvärden.

Metangåtan har fortfarande inget entydigt svar. Enligt vissa versioner kan rover vara belägen på botten av en krater, där det finns en underjordisk källa till metan, och dess frisättning är associerad med planetens tektoniska aktivitet.

Däremot kan biosignaturer vara ganska otydliga. Till exempel, i september 2020 upptäckte ett team vid Cardiff University spår av fosfingas på Venus, en speciell fosforförening som är involverad i metabolismen av anaeroba bakterier.

2019 visade datorsimuleringar att fosfin inte kan bildas på planeter med en fast kärna annat än som ett resultat av levande organismers aktivitet. Och mängden fosfin som hittades på Venus talade för det faktum att detta inte var ett fel eller en oavsiktlig förorening.

Men ett antal forskare är skeptiska till upptäckten. Astrobiolog och expert på reducerade fosfortillstånd Matthew Pasek föreslog att det finns någon exotisk process som inte har tagits i beaktande av datorsimuleringar. Det var han som kunde utspela sig på Venus. Pasek tillade att forskarna fortfarande inte är säkra på hur livet på jorden producerar fosfin och om det överhuvudtaget produceras av organismer.

Begravd i sten

Ett annat möjligt tecken på liv, återigen förknippat med Mars, är närvaron i prover från planeten av konstiga strukturer som liknar resterna av levande varelser. Dessa inkluderar marsmeteoriten ALH84001. Den flög från Mars för cirka 13 000 år sedan och hittades i Antarktis 1984 av geologer som åkte snöskoter runt Allan Hills (ALH står för Allan Hills) i Antarktis.

Denna meteorit har två egenskaper. För det första är det ett urval av stenar från eran av samma "våta Mars", det vill säga tiden då det kunde finnas vatten på den. Den andra - konstiga strukturer hittades i den, som påminner om fossiliserade biologiska föremål. Dessutom visade det sig att de innehåller spår av organiskt material! Dessa "fossiliserade bakterier" har dock ingenting med marklevande mikroorganismer att göra.

De är för små för något jordbundet cellulärt liv. Det är dock möjligt att sådana strukturer pekar på livets föregångare. 1996 hittade David McKay från Johnson Center för NASA och hans kollegor så kallade pseudomorfer i en meteorit – ovanliga kristallina strukturer som efterliknar formen av (i det här fallet) en biologisk kropp.

Strax efter tillkännagivandet 1996 genomförde Timothy Swindle, en planetforskare vid University of Arizona, en informell undersökning av över 100 forskare för att ta reda på hur forskarsamhället kände om påståendena.

Många forskare var skeptiska till McKay-gruppens påståenden. I synnerhet har ett antal forskare hävdat att dessa inneslutningar kan uppstå som ett resultat av vulkaniska processer. En annan invändning gällde strukturernas mycket små (nanometer) dimensioner. Men anhängare invände mot detta att nanobakterier hittades på jorden. Det finns ett verk som visar den grundläggande omöjligheten att skilja moderna nanobakterier från objekt från ALH84001.

Debatten är låst av samma anledning som i fallet med venusiskt fosfin: vi har fortfarande liten aning om hur sådana strukturer bildas. Ingen kan garantera att likheten inte är en slump. Dessutom finns det kristaller på jorden, som kerite, som är svåra att skilja från de "fossiliserade" resterna av även vanliga mikrober (för att inte tala om dåligt studerade nanobakterier).

Jakten på utomjordiskt liv är som att springa efter sin egen skugga. Det verkar som att svaret ligger framför oss, vi måste bara komma närmare. Men han flyttar bort och får nya komplexiteter och reservationer. Det är så vetenskapen fungerar – genom att eliminera "falska positiva". Vad händer om spektralanalysen slår fel? Tänk om metan på Mars bara är en lokal anomali? Tänk om strukturerna som ser ut som bakterier bara är ett naturspel? Alla tvivel kan inte helt uteslutas.

Det är fullt möjligt att livsutbrott ständigt dyker upp i universum - här och där. Och vi, med våra teleskop och spektrometrar, är alltid försenade med en dejt. Eller omvänt, vi kommer för tidigt. Men om du tror på den kopernikanska principen, som säger att universum som helhet är homogent och jordiska processer måste ske någon annanstans, kommer vi förr eller senare att skära varandra. Det är en fråga om tid och teknik.