Kuinka tiedemiehet etsivät maan ulkopuolista elämää

2024 Kirjoittaja: Seth Attwood | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-16 16:04

Ehkä jossain universumissa on muitakin asuttuja maailmoja. Mutta kunnes löysimme ne, minimiohjelma on todistaa, että elämää Maan ulkopuolella on ainakin jossain muodossa. Kuinka lähellä sitä ollaan?

Viime aikoina kuulemme yhä enemmän löydöistä, jotka "voivat viitata" maan ulkopuolisen elämän olemassaoloon. Vasta syyskuussa 2020 tuli tunnetuksi fosfiinikaasun löydöstä Venuksesta - mahdollisesta mikrobielämän merkistä - ja suolajärvistä Marsista, joissa myös mikrobeja voisi esiintyä.

Mutta viimeisten 150 vuoden aikana avaruustutkijat ovat useammin kuin kerran ohittaneet toiveajattelua. Pääkysymykseen ei vieläkään ole luotettavaa vastausta. Vai onko kuitenkin olemassa, mutta tiedemiehet ovat varovaisia tottumuksesta?

Teleskooppilinjat

Italialainen tähtitieteilijä Giovanni Schiaparelli näki 1870-luvulla pitkät, ohuet viivat Marsin pinnalla kaukoputken läpi ja julisti ne "kanaviksi". Hän nimesi löytöstään kertovan kirjan yksiselitteisesti "Elämä Mars-planeetalla". "On vaikeaa olla näkemättä Marsissa samanlaisia kuvia kuin ne, jotka muodostavat maanpäällisen maiseman", hän kirjoitti.

Italian kielessä sana canali tarkoitti sekä luonnollisia että keinotekoisia kanavia (tieteilijä itse ei ollut varma niiden luonteesta), mutta käännettynä se menetti tämän moniselitteisyyden. Schiaparellin seuraajat ovat jo selvästi ilmaisseet Marsin ankaran sivilisaation, joka kuivassa ilmastossa loi valtavat kastelutilat.

Lenin, joka luki Percival Lowellin kirjan "Mars and Its Canals" vuonna 1908, kirjoitti: "Tieteellinen työ. Osoittaa, että Mars on asuttu, että kanavat ovat tekniikan ihme, että ihmisten pitäisi olla 2/3 kertaa suurempia kuin paikalliset ihmiset, lisäksi rungot ja höyhenillä tai eläinten nahoilla peitetty, neljä tai kuusi jalkaa.

N … kyllä, kirjoittajamme huijasi meitä, kuvaillen Marsin kaunottaret epätäydellisesti, pitäisi olla reseptin mukaan: "Mataloiden totuuksien pimeys on meille kalliimpi kuin me nostamme petosta". Lowell oli miljonääri ja entinen diplomaatti. Hän piti tähtitiedestä ja rakensi omilla rahoillaan yhden Amerikan edistyneimmistä observatorioista. Lowellin ansiosta marsilaisen elämän aihe nousi maailman suurimpien sanomalehtien etusivuille.

Totta, jo 1800-luvun lopulla monet tutkijat epäilivät "kanavien" avaamista. Havainnot antoivat jatkuvasti erilaisia tuloksia - kortit erosivat jopa Schiaparellista ja Loeullista. Vuonna 1907 biologi Alfred Wallace osoitti, että lämpötila Marsin pinnalla on paljon alhaisempi kuin Lowell oletti, ja ilmanpaine on liian alhainen, jotta vesi voisi olla nestemäisessä muodossa.

Planeettojenvälinen asema "Mariner-9", joka otti planeetan kuvia avaruudesta 1970-luvulla, päätti kanavien historian: "kanavat" osoittautuivat optiseksi illuusioksi.

1900-luvun jälkipuoliskolta lähtien toiveet korkealle järjestäytyneen elämän löytämisestä ovat vähentyneet. Avaruusaluksilla tehdyt tutkimukset ovat osoittaneet, että olosuhteet lähiplaneetoilla eivät ole lähelläkään maan olosuhteita: liian voimakkaat lämpötilan laskut, ilmakehä ilman hapen merkkejä, voimakkaat tuulet ja valtava paine.

Toisaalta elämän kehityksen tutkiminen maapallolla on herättänyt kiinnostusta vastaavien prosessien etsimiseen avaruudessa. Loppujen lopuksi emme vieläkään tiedä, miten ja minkä ansiosta elämä periaatteessa syntyi.

Tämänsuuntaisia tapahtumia on viime vuosina tapahtunut paljon. Kiinnostuksen kohteena on veden, orgaanisten yhdisteiden, joista proteiinien elämänmuotoja voisi muodostua, sekä biosignatuureiden (elävien olentojen tuottamia aineita) ja mahdollisten bakteerijäämien etsiminen meteoriiteissa.

Nestetiivis

Veden läsnäolo on edellytys elämän olemassaololle sellaisena kuin me sen tunnemme. Vesi toimii liuottimena ja katalyyttinä tietyntyyppisille proteiineille. Se on myös ihanteellinen väliaine kemiallisiin reaktioihin ja ravinteiden kuljettamiseen. Lisäksi vesi imee infrapunasäteilyä, joten se voi säilyttää lämpöä - tämä on tärkeää kylmille taivaankappaleille, jotka ovat melko kaukana valaisimesta.

Havaintotiedot osoittavat, että vettä on kiinteässä, nestemäisessä tai kaasumaisessa tilassa Merkuriuksen napoilla, meteoriittien ja komeettojen sisällä sekä Jupiterilla, Saturnuksella, Uranuksella ja Neptunuksella. Tiedemiehet ovat myös ehdottaneet, että Jupiterin kuiilla Europa, Ganymede ja Callisto omaavat valtavia nestemäisen veden valtameriä. He löysivät sen muodossa tai toisessa tähtienvälisestä kaasusta ja jopa uskomattomista paikoista, kuten tähtien fotosfääristä.

Mutta vesijäämien tutkiminen voi olla lupaavaa astrobiologeille (maanulkopuolisen biologian asiantuntijoille) vain silloin, kun on muita sopivia olosuhteita. Esimerkiksi lämpötilat, paine ja kemiallinen koostumus samalla Saturnuksella ja Jupiterilla ovat liian äärimmäisiä ja vaihtelevia, jotta elävät organismit sopeutuisivat niihin.

Toinen asia ovat lähellämme olevat planeetat. Vaikka ne näyttävätkin nykyään epävieraanvaraisilta, niihin voi jäädä pieniä keitaita, joissa on "entisen ylellisyyden jäänteitä".

Vuonna 2002 Mars Odyssey -kiertoradalla löydettiin vesijääkertymiä Marsin pinnan alta. Kuusi vuotta myöhemmin Phoenix-luotain vahvisti edeltäjänsä tulokset saaden nestemäistä vettä napalta otetusta jäänäytteestä.

Tämä oli sopusoinnussa sen teorian kanssa, että nestemäistä vettä oli Marsissa aivan äskettäin (tähtitieteellisten standardien mukaan). Joidenkin lähteiden mukaan Punaisella planeetalla satoi "vain" 3,5 miljardia vuotta sitten, toisten mukaan jopa 1,25 miljoonaa vuotta sitten.

Välittömästi ilmaantui kuitenkin este: Marsin pinnalla oleva vesi ei voi olla nestemäisessä tilassa. Alhaisessa ilmanpaineessa se alkaa välittömästi kiehua ja haihtua - tai jäätyy. Siksi suurin osa tunnetusta vedestä planeetan pinnalla on jäätilassa. Toivottiin, että mielenkiintoisin tapahtuisi pinnan alla. Näin syntyi hypoteesi suolajärvistä Marsin alla. Ja juuri toissapäivänä hän sai vahvistuksen.

Italian avaruusjärjestön tutkijat ovat löytäneet yhdeltä Marsin navoista neljän nestemäisen veden järven järjestelmän, jotka sijaitsevat yli 1,5 kilometrin syvyydessä. Löytö tehtiin radioluotausdatan avulla: laite ohjaa radioaallot planeetan sisäosaan, ja tutkijat määrittävät heijastuksensa perusteella sen koostumuksen ja rakenteen.

Koko järvijärjestelmän olemassaolo työn tekijöiden mukaan viittaa siihen, että tämä on tavallinen ilmiö Marsille.

Marsin järvien suolojen tarkkaa spesifistä pitoisuutta ei vielä tunneta, samoin kuin niiden koostumusta. Mars-ohjelman tieteellisen johtajan Roberto Orosein mukaan puhumme erittäin vahvoista ratkaisuista, joissa on "kymmeniä prosentteja" suolaa.

Maapallolla on halofiilisiä mikrobeja, jotka rakastavat korkeaa suolapitoisuutta, selittää mikrobiologi Elizaveta Bonch-Osmolovskaya. Ne vapauttavat aineita, jotka auttavat ylläpitämään vesi-sähkötasapainoa ja suojaavat solurakenteita. Mutta jopa erittäin suolaisissa maanalaisissa järvissä (brins), joiden pitoisuus on jopa 30%, tällaisia mikrobeja on vähän.

Orosein mukaan Marsin järviin saattoi jäädä jälkiä elämänmuodoista, jotka olivat olemassa silloin, kun planeetan pinnalla oli lämpimämpää ilmastoa ja vettä, ja olosuhteet muistuttivat varhaista maapalloa.

Mutta on toinenkin este: veden koostumus. Marsin maaperä on runsaasti perkloraatteja - perkloorihapon suoloja. Perkloraattiliuokset jäätyvät huomattavasti alhaisemmissa lämpötiloissa kuin tavallinen tai jopa merivesi. Mutta ongelmana on, että perkloraatit ovat aktiivisia hapettimia. Ne edistävät orgaanisten molekyylien hajoamista, mikä tarkoittaa, että ne ovat haitallisia mikrobeille.

Ehkä aliarvioimme elämän kykyä sopeutua ankariin olosuhteisiin. Mutta tämän todistamiseksi sinun on löydettävä ainakin yksi elävä solu.

"Tiilet" polttamatta

Maapallolla eläviä elämänmuotoja ei voida kuvitella ilman monimutkaisia hiiltä sisältäviä orgaanisia molekyylejä. Jokainen hiiliatomi voi luoda jopa neljä sidosta muiden atomien kanssa samanaikaisesti, mikä johtaa valtavaan joukkoon yhdisteitä. Hiilen "luuranko" on läsnä kaikkien orgaanisten aineiden pohjassa - mukaan lukien proteiinit, polysakkaridit ja nukleiinihapot, joita pidetään elämän tärkeimpinä "rakennuspalikoina".

Panspermia-hypoteesi vain väittää, että elämä yksinkertaisimmissa muodoissaan tuli Maahan avaruudesta. Jossain tähtienvälisessä avaruudessa kehittyivät olosuhteet, jotka mahdollistivat monimutkaisten molekyylien kokoamisen.

Ehkä ei solun muodossa, vaan eräänlaisena protogenomin muodossa - nukleotidien, jotka voivat lisääntyä yksinkertaisimmalla tavalla ja koodata molekyylin selviytymiseen tarvittavat tiedot.

Ensimmäistä kertaa perusteet tällaisille päätelmille ilmestyivät 50 vuotta sitten. Australiassa vuonna 1969 pudonneen Marchison-meteoriitin sisältä löydettiin urasiili- ja ksantiinimolekyylejä. Nämä ovat typpipitoisia emäksiä, jotka pystyvät muodostamaan nukleotideja, joista jo koostuvat nukleiinihappopolymeerit - DNA ja RNA.

Tiedemiesten tehtävänä oli selvittää, ovatko nämä löydöt seurausta maapallon saastumisesta, putoamisen jälkeen vai ovatko ne peräisin maan ulkopuolelta. Ja vuonna 2008 radiohiilimenetelmällä pystyttiin toteamaan, että urasiili ja ksantiini todellakin muodostuivat ennen meteoriitin putoamista Maahan.

Nyt Marchisonista ja vastaavista meteoriiteista (niitä kutsutaan hiilipitoisiksi kondriiteiksi) tutkijat ovat löytäneet kaikenlaisia emäksiä, joista sekä DNA että RNA rakennetaan: monimutkaisia sokereita, mukaan lukien riboosi ja deoksiriboosi, erilaisia aminohappoja, mukaan lukien välttämättömät rasvahapot. Lisäksi on viitteitä siitä, että orgaaniset aineet muodostuvat suoraan avaruudessa.

Vuonna 2016 komeetan Gerasimenkon pyrstöstä löydettiin Euroopan avaruusjärjestön Rosetta-laitteen avulla jälkiä yksinkertaisimmasta aminohaposta - glysiinistä - sekä fosforista, joka on myös tärkeä ainesosa elämän syntymiselle. - Churyumov.

Mutta sellaiset löydöt viittaavat pikemminkin siihen, kuinka elämä olisi voitu tuoda Maahan. Vielä on epäselvää, selviytyykö ja kehittyykö se pitkään maanpäällisten olosuhteiden ulkopuolella. "Suuria molekyylejä, monimutkaisia molekyylejä, jotka luokittelemme orgaanisiksi maapallolla ilman vaihtoehtoja, voidaan syntetisoida avaruudessa ilman elävien olentojen osallistumista", sanoo tähtitieteilijä Dmitri Vibe. "Tiedämme, että tähtienvälistä orgaanista ainetta pääsi aurinkokuntaan ja Mutta sitten hänelle tapahtui jotain muuta - isotooppikoostumus ja symmetria muuttuivat."

Jäljet ilmakehässä

Toinen lupaava tapa etsiä elämää liittyy biosignatuureihin eli biomarkkereihin. Nämä ovat aineita, joiden läsnäolo planeetan ilmakehässä tai maaperässä osoittaa ehdottomasti elämän olemassaolon. Esimerkiksi maan ilmakehässä on paljon happea, joka muodostuu fotosynteesin seurauksena kasvien ja viherlevien osallistuessa. Se sisältää myös paljon metaania ja hiilidioksidia, joita bakteerit ja muut elävät organismit tuottavat kaasunvaihdossa hengityksen aikana.

Mutta metaanin tai hapen jälkien löytäminen ilmakehästä (sekä vedestä) ei ole vielä syy avata samppanjaa. Esimerkiksi metaania löytyy myös tähtimäisten esineiden - ruskeiden kääpiöiden - ilmakehästä.

Ja happea voi muodostua vesihöyryn hajoamisen seurauksena voimakkaan ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta. Tällaisia olosuhteita havaitaan eksoplaneetalla GJ 1132b, jossa lämpötila saavuttaa 230 celsiusastetta. Elämä sellaisissa olosuhteissa on mahdotonta.

Jotta kaasua voitaisiin pitää biosignaturena, sen biogeeninen alkuperä on todistettava, eli sen on muodostuttava nimenomaan elävien olentojen toiminnan seurauksena. Tällaisesta kaasujen alkuperästä kertoo esimerkiksi niiden vaihtelu ilmakehässä. Havainnot osoittavat, että maapallon metaanitasot vaihtelevat vuodenaikojen mukaan (ja elävien olentojen aktiivisuus riippuu vuodenajasta).

Jos toisella planeetalla metaani katoaa ilmakehästä, se ilmaantuu (ja tämä voidaan tallentaa esimerkiksi vuoden aikana), se tarkoittaa, että joku lähettää sitä.

Mars osoittautui jälleen yhdeksi mahdollisista "elävän" metaanin lähteistä. Ensimmäiset merkit siitä paljastivat maaperässä Viking-ohjelman laitteet, jotka lähetettiin planeetalle jo 1970-luvulla - juuri orgaanisen aineen etsimiseksi. Löydetyt metaanimolekyylit yhdessä kloorin kanssa otettiin alun perin todisteeksi. Mutta vuonna 2010 useat tutkijat tarkistivat tätä näkökulmaa.

He havaitsivat, että Marsin maaperässä jo tuntemamme perkloraatit tuhoavat kuumennettaessa suurimman osan orgaanisesta aineesta. Ja viikinkien näytteet kuumennettiin.

Marsin ilmakehästä metaanin jälkiä löydettiin ensimmäisen kerran vuonna 2003. Löytö herätti välittömästi keskustelut Marsin asuinkelpoisuudesta. Tosiasia on, että merkittävät määrät tätä kaasua ilmakehässä eivät kestäisi kauan, vaan ne tuhoutuisivat ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta. Ja jos metaani ei hajoa, tutkijat ovat päätyneet siihen, että punaisella planeetalla on pysyvä tämän kaasun lähde. Ja silti, tutkijoilla ei ollut lujaa luottamusta: saadut tiedot eivät sulkeneet pois sitä, että löydetty metaani oli sama "saaste".

Mutta Curiosity-mönkijän havainnot vuonna 2019 kirjasivat epänormaalin metaanitason nousun. Lisäksi kävi ilmi, että nyt sen pitoisuus on kolme kertaa korkeampi kuin vuonna 2013 mitattu kaasun taso. Ja sitten tapahtui vielä mystisempi asia - metaanin pitoisuus putosi jälleen tausta-arvoihin.

Metaanin arvoituksella ei ole vielä yksiselitteistä vastausta. Joidenkin versioiden mukaan rover voi sijaita kraatterin pohjalla, jossa on maanalainen metaanin lähde, ja sen vapautuminen liittyy planeetan tektoniseen toimintaan.

Biosignatuurit voivat kuitenkin olla melko epäselviä. Esimerkiksi syyskuussa 2020 Cardiffin yliopiston tiimi havaitsi fosfiinikaasujäämiä Venuksesta, erityisestä fosforiyhdisteestä, joka osallistuu anaerobisten bakteerien aineenvaihduntaan.

Vuonna 2019 tietokonesimulaatiot osoittivat, että fosfiinia ei voi muodostua planeetoilla, joilla on kiinteä ydin, muuten kuin elävien organismien toiminnan seurauksena. Ja Venuksesta löydetty fosfiinimäärä puhui sen tosiasian puolesta, että tämä ei ollut virhe tai vahingossa syntynyt epäpuhtaus.

Mutta monet tutkijat ovat skeptisiä löydön suhteen. Astrobiologi ja fosforipitoisuuksien asiantuntija Matthew Pasek ehdotti, että on olemassa jokin eksoottinen prosessi, jota ei ole otettu huomioon tietokonesimulaatioissa. Hän saattoi tapahtua Venuksella. Pasek lisäsi, että tutkijat eivät vieläkään ole varmoja siitä, kuinka elämä maapallolla tuottaa fosfiinia ja tuottavatko organismit sitä ollenkaan.

Kiveen haudattu

Toinen mahdollinen merkki elämästä, joka liittyy jälleen Marsiin, on planeetan näytteissä elävien olentojen jäänteitä muistuttavien outojen rakenteiden esiintyminen. Näitä ovat Marsin meteoriitti ALH84001. Se lensi Marsista noin 13 000 vuotta sitten, ja geologit löysivät sen Etelämantereelta vuonna 1984, kun geologit ajavat moottorikelkalla Allan Hillsin (ALH tarkoittaa Allan Hills) ympäri Etelämantereella.

Tällä meteoriitilla on kaksi ominaisuutta. Ensinnäkin se on näyte kiviä saman "märän Marsin" aikakaudelta, eli ajalta, jolloin siinä saattoi olla vettä. Toinen - siitä löydettiin outoja rakenteita, jotka muistuttivat fossiilisia biologisia esineitä. Lisäksi kävi ilmi, että ne sisältävät jäämiä orgaanisesta aineesta! Näillä "fossiloituneilla bakteereilla" ei kuitenkaan ole mitään tekemistä maanpäällisten mikro-organismien kanssa.

Ne ovat liian pieniä millekään maanpäälliselle soluelämälle. On kuitenkin mahdollista, että tällaiset rakenteet viittaavat elämän edeltäjiin. Vuonna 1996 David McKay NASAn Johnson Centeristä ja hänen kollegansa löysivät meteoriitista niin sanottuja pseudomorfeja – epätavallisia kiderakenteita, jotka jäljittelevät (tässä tapauksessa) biologisen kappaleen muotoa.

Pian vuoden 1996 ilmoituksen jälkeen Timothy Swindle, planeettatieteilijä Arizonan yliopistosta, suoritti epävirallisen tutkimuksen yli 100 tiedemiehelle saadakseen selville, miten tiedeyhteisö suhtautui väitteisiin.

Monet tutkijat suhtautuivat skeptisesti McKay-ryhmän väitteisiin. Erityisesti useat tutkijat ovat väittäneet, että nämä sulkeumat voivat syntyä vulkaanisten prosessien seurauksena. Toinen vastalause liittyi rakenteiden erittäin pieniin mittoihin (nanometri). Kannattajat kuitenkin vastustivat tätä nanobakteerien löytymistä maapallolta. On olemassa teos, joka osoittaa nykyaikaisten nanobakteerien perustavanlaatuisen erottamattomuuden ALH84001:n esineistä.

Keskustelu on umpikujassa samasta syystä kuin Venuksen fosfiinin tapauksessa: meillä on vielä vähän käsitystä siitä, kuinka tällaiset rakenteet muodostuvat. Kukaan ei voi taata, ettei samankaltaisuus ole sattumaa. Lisäksi maapallolla on kiteitä, kuten keriittiä, joita on vaikea erottaa jopa tavallisten mikrobien "kivettyneestä" jäännöksestä (puhumattakaan huonosti tutkituista nanobakteereista).

Maan ulkopuolisen elämän etsiminen on kuin juoksemista oman varjosi perässä. Näyttää siltä, että vastaus on edessämme, meidän on vain päästävä lähemmäksi. Mutta hän muuttaa pois ja hankkii uusia monimutkaisia asioita ja varauksia. Näin tiede toimii - eliminoimalla "vääriä positiivisia". Entä jos spektrianalyysi epäonnistuu? Entä jos metaani Marsissa on vain paikallinen poikkeama? Entä jos bakteereilta näyttävät rakenteet ovat vain luonnon peliä? Kaikkia epäilyksiä ei voida täysin sulkea pois.

On täysin mahdollista, että elämänpurkauksia ilmaantuu jatkuvasti universumissa - siellä täällä. Ja me kaukoputkemme ja spektrometriemme kanssa olemme aina myöhässä treffeiltä. Tai päinvastoin, saavumme liian aikaisin. Mutta jos uskot Kopernikaaniseen periaatteeseen, jonka mukaan maailmankaikkeus kokonaisuutena on homogeeninen ja maallisten prosessien täytyy tapahtua jossain muualla, ennemmin tai myöhemmin leikkaamme. Se on ajan ja tekniikan kysymys.