Før 1976, da Viking 1 og 2 ble det første romfartøyet som lyktes med å lande og operere på overflaten av Mars, lengtet den globale fantasien desperat etter en rød planet som bar liv. Vikinglandingene var designet for å teste etter mikrober, men det virkelige håpet, som til og med holdes av de mest skyggete planetforskerne, var at NASAs romfartøy ville oppdage komplekst liv på Mars - noe som skurret, eller kanskje en skurrende busk. Mars var tross alt vårt siste, beste håp etter at astronomer (og Mariner 2-romfartøyet) for alltid overvant forestillingen om dinosaurer som stemplet over fuktige, venusiske myrer. Det var Mars eller byste; Kvikksølv var bare for nær solen, og utover asteroidebeltet, ble det antatt, lå et ingen mikrobeland av gassgiganter og frosne måner.
Utforskingen av solsystemet siden Viking har representert en verden for verden som griper etter noe - hva som helst - som kan antyde liv slik vi kjenner det (eller livet som vi ikke gjør). I dag er verdenshavene i Jupiters måne Europa det som sumpene i Venus og Mars kanaler var i det tjuende århundre: kanskje det beste alternativet for å utslette menneskets ensomhet. NASAs neste flaggskipsmisjon for ytre planeter, Europa Clipper, vil forsøke å bestemme den iskalde månens levedyktighet. Noen fremtidige lander eller svømmer må finne livet hvis det er der. Den beboelige sonen til solsystemet inkluderer nå potensielt hver planet i solsystemet. Enceladus og Titan, som kretser rundt Saturn, er gode kandidater, og det samme er Triton rundt Neptun. Som vann kan livet være overalt.
Og likevel har vi funnet det bare her, der det dukker opp - der det tilsynelatende er uforgjengelig, til tross for flere hendelser på utryddelsesnivå. En asteroide kolliderer med jorden og tørker nesten alt ut? Mikrober lager et hjem i sprekkene forårsaket av morderen, og det hele begynner på nytt. Basert på vårt utvalg av en enkelt verden, når livet begynner, er det veldig, veldig vanskelig å få bort. Og slik fortsetter vi å søke.
En mosaikk av Europa, Jupiters fjerde største måne, laget av bilder tatt av Galileo-romfartøyet i 1995 og 1998. Europa antas å ha et globalt hav under jordoverflaten med mer vann enn Jorden, noe som gjør det til et av de mest lovende stedene i solsystemet for astrobiologer å søke etter livet. (NASA / JPL-Caltech / SETI Institute) Livets gnist av livløshet - kjent som abiogenese - er en prosess som forskere bare begynner å forstå. Astronomer, biologer, kjemikere og planetariske forskere jobber sammen for møysommelig å sammenstille et puslespill som krysser disipliner og himmelobjekter. For eksempel ble det for nylig funnet karbonholdige kondritter - noen av de eldste bergartene i solsystemet - som rommer pyruvinsyre, noe som er essensielt for metabolismen. Når kondritter regnet ned på denne planeten som meteoritter, kan de godt ha befruktet en livløs jord. Denne teorien svarer ikke på det altoppslukende spørsmålet, “Hvor kom vi fra?” Men den representerer nok en anelse i jakten på hvordan det hele begynte.
Abiogenese krever ikke engang DNA - eller i det minste ikke DNA som det finnes i alle kjente livsformer. DNA består av fire nukleotidbaser, men tidligere i år opprettet genetikere et syntetisk DNA ved bruk av åtte baser. (De kalte det hachimoji DNA.) Denne merkelige genetiske koden kan danne stabile dobbelt-helikser. Det kan reprodusere. Det kan til og med mutere. Forskerne skapte ikke liv; de beviste imidlertid at vår livssyn i beste fall er provinsiell.
“Earth-Like”
Mens arbeid i laboratorier vil bidra til å definere hvordan livet kan komme fra livløs materie, finner romteleskoper som Kepler, som avsluttet driften i fjor, og TESS, som ble lansert i fjor, nye planeter å studere. Disse romfartøyene søker etter eksoplaneter ved hjelp av transittmetoden, og oppdager små reduksjoner i en stjerners lys når en planet går mellom den og oss. For 25 år siden var eksistensen av planeter som kretset rundt andre stjerner, hypotetisk. Nå er eksoplaneter like ekte som de som sirkler rundt solen vår. Kepler oppdaget minst 2662 eksoplaneter. De fleste er ugjestmilde for livet slik vi kjenner det, selv om en håndfull noen ganger er karakterisert som "jordlignende."
"Når vi sier 'Vi fant den mest jordlignende planeten', mener folk noen ganger at radiusen er rett, massen er riktig, og den må være i den beboelige sonen, " sier John Wenz, forfatter av The Lost Planets, historien om tidlig eksoplanettjaktinnsats, som skal publiseres senere i år av MIT Press. ”Men vi vet at de fleste av de oppdagede eksoplaneter er rundt røde dvergstjerner. Miljøet deres er ikke sikkert jordklart, og det er en god sjanse for at mange av dem ikke vil ha atmosfærer. ”
Det er ikke slik at Jorden er den mest spesielle planeten i hele universet. I solsystemet vårt ville Venus lett registrere seg til fremmede eksoplanettjegere som jordens tvilling. Men planeter virkelig som Jorden er vanskeligere å finne, både fordi de er mindre enn gassgiganter, og fordi de ikke går i bane rundt vertsstjernene så nært som planeter rundt røde dverger.
"Det kan være at ekte jordlignende planeter er utrolig vanlige, men at vi ikke har ressurser å dedikere til søket, " sier Wenz. Den mest lovende Earth 2.0-eksoplaneten hittil er Kepler-452b, som er noe større enn Jorden, med litt mer masse, og har en behagelig bane på 385 dager rundt en sollignende stjerne. Problemet er at det kanskje ikke eksisterer, som en studie antydet i fjor. Det kan ganske enkelt være statistisk støy, da deteksjonen var i utkanten av Keplers evner, og romskipet døde før ytterligere observasjoner kunne gjennomføres.
Et kunstnerkonsept av Kepler-186f, en jordstørrelse eksoplanett omtrent 500 lysår unna som går i bane rundt stjernens beboelige sone. Planeten er mindre enn ti prosent større enn Jorden og dens vertsstjerne er omtrent halvparten av solens størrelse og masse. (NASA Ames / JPL-Caltech / T. Pyle) Når det lanseres på begynnelsen av 2020-tallet, vil James Webb romteleskop være rettet mot mange av exoplanetene oppdaget av Kepler og TESS. Den vil bare være i stand til å løse de fjerne verdenene til en piksel eller to, men den vil svare på presserende spørsmål innen eksoplanettvitenskap, som om en planet som kretser rundt en rød dvergstjerne kan holde fast i atmosfæren til tross for de hyppige blussene og utbruddene fra slike stjerner. JWST kan til og med presentere indirekte bevis på fremmede hav.
"Du vil ikke se kontinenter, " sier Wenz. "[Men] du kan se på noe og se en blå prikk, eller den typen lufting du kan forestille deg fra en kontinuerlig fordampingssyklus."
Abiogenesis Zone
Habitable Exoplanet Catalog viser for tiden 52 verdener utenfor solsystemet vårt som kan støtte livet, selv om nyhetene kanskje ikke er så spennende som det. Å være den rette avstanden fra en stjerne for overflatetemperaturer til å sveve over frysepunktet og under kokingen er ikke det eneste kravet til liv - og absolutt ikke det eneste kravet for at livet skal starte . I følge Marcos Jusino-Maldonado, forsker ved University of Puerto Rico i Mayaguez, er den riktige mengden ultrafiolett (UV) lys som treffer en planet fra sin vertsstjerne en måte som livet kan stige fra organiske molekyler i prebiotiske miljøer (dog ikke den eneste måten).
"For reaksjoner som lar abiogenese vises, må en planet være i den beboelige sonen fordi den trenger flytende overflatevann, " sier Jusino-Maldonado. "I følge den primære soppteorien reagerer molekyler og salt vann og kommer til slutt liv." Men disse reaksjonene antas å gnist bare på et sted som kalles abiogenesesonen. "Dette er det kritiske området rundt stjernen der forløpermolekyler som er viktige for livet kan produseres ved fotokjemiske reaksjoner."
UV-stråling kan ha vært nøkkelen til gnistrende reaksjoner som fører til dannelse av livets byggesteiner på jorden, slik som nukleotider, aminosyrer, lipider og til slutt RNA. Forskning i 2015 antydet at hydrogensyanid - muligens brakt til jorden når karbon i meteoritter reagerte med nitrogen i atmosfæren - kunne ha vært en avgjørende ingrediens i disse reaksjonene drevet av UV-lys.
For å teste teorien videre, brukte forskere i fjor, som rapportert i tidsskriftene Science Advances and Chemistry Communications, UV-lamper for å bestråle en blanding av hydrogensulfid og hydrogensyanidioner. De resulterende fotokjemiske reaksjonene ble deretter sammenlignet med den samme blandingen av kjemikalier i fravær av UV-lys, og forskerne fant ut at UV-stråling var nødvendig for at reaksjonene skulle produsere forgjengerne til RNA som var nødvendig for livet.
RNA (ribonukleinsyre) og DNA (deoksyribonukleinsyre) er nukleinsyrer som sammen med karbohydrater, lipider og proteiner er essensielle for alle kjente livsformer. (Sponk / Roland1952 via Wikicommons under CC BY-SA 3.0) For at UV-fotokjemi skal produsere disse cellulære byggesteinene, må bølgelengden til UV-lys være rundt 200 til 280 nanometer. Jusino-Maldonado sier at i sitt arbeid ble dette konseptet brukt på den beboelige eksoplanettmodellen. "Av alle de beboelige eksoplanetene er det bare åtte av dem som finnes i den beboelige sonen og abiogenese-sonen."
Selv om alle åtte befinner seg i både beboelige soner og abiogenese-soner, er ingen spesielt gunstige for livet, sier Jusino-Maldonado. Hver av de åtte verdenene er enten en "super-Earth" eller en "mini-Neptune." De mest sannsynlige kandidatene er Kepler-452b (hvis den finnes) og kanskje τ Cet e (hvis radiusen er passende). Det har ennå ikke blitt oppdaget noen jordstørrelser i både beboelses- og abiogenese-sonene.
Angi standarder
Når søket etter en virkelig beboelig fremmed verden marsjerer, prøver astrobiologer å lage et rammeverk for å kategorisere, diskutere og studere disse planetene. Store vitenskapelige bestrebelser på arbeid krever standarder for definisjon og måling. Astrobiologi er et ungt studieretning, relativt sett, og et av de presserende, ikke-trivielle spørsmålene det står overfor er, hvordan definerer du brukbarhet? Hvordan definerer du livet?
"Jeg har jobbet med dette problemet i ti år, " sier Abel Mendéz, en planetarisk astrobiolog og direktør for Planetary Habitability Laboratory ved University of Puerto Rico i Arecibo. ”Jeg visste at problematikken med brukbarhet trengte arbeid. Alle hadde å gjøre med å definere det. ”Tidligere i år på den 50. årlige Lunar and Planetary Science Conference i Houston, Texas, presenterte Mendéz sitt nylige arbeid med en global overflatebevennelsesmodell som kan brukes på planeter både i solsystemet vårt og utenfor det .
Etter å ha kjemmet igjennom litteraturen, innså han at astrobiologer ikke var de første som fikk problemer med definisjon, kategorisering og ensartethet med hensyn til brukbarhet. For førti år siden hadde økologer den samme utfordringen. "Alle definerte vanen som de ønsket i forskjellige papirer, " sier Mendéz. På 1980-tallet kom økologer sammen for å lage en formell definisjon. De hamret ut gjennomsnitt for å måle beboelighet, og utviklet et system med et område fra 0 til 1, hvor 0 var ubeboelige og 1 var svært beboelig.
Å ha et singulært rammeverk var kritisk for fremme av økologi, og det har sårt mangel på astrobiologi, sier Mendéz. Å bygge en brukbarhetsmodell for hele planeter begynte med å identifisere variabler som kan måles i dag. "Når du har utviklet et formelt system, kan du bygge systemer ut ifra det og lage et bibliotek med brukbarhet for forskjellige kontekster."
Kart over potensielt beboelige eksoplaneter. (Abel Mendez / Planetary Habitability Lab / UPR-Arecibo) For det første måtte Mendéz takle den eneste måling av habitat-egnethet til "1" i det kjente universet. "Hvis du foreslår en modell for brukbarhet, må du få Jorden til å fungere, " sier han. Laboratoriet hans brukte sin modell for å sammenligne naturtypene til forskjellige biomer, for eksempel ørkener, hav, skog og tundra.
"Hvis vi beregner bebobarheten til en region - ikke med tanke på levetiden, men hvor mye masse og energi som er tilgjengelig for selvstendig liv - er det mer en miljømåling. Vi korrelerer det med en faktisk måling av biologisk produktivitet i en region: vår grunnsannhet. Det er vår test. ”Da gruppen hans kartla miljøvennlighet og biologisk produktivitet, fant de det Mendéz beskrev som“ fine korrelasjoner. ”
I dag tar Mendéz sin modell for brukbarhet hensyn til steinete planetenes evne til å støtte overflatevann, alderen og oppførselen til stjernene deres, og omløpsdynamikken og tidevannskreftene som virker på disse verdenene. Modellen vurderer massen og energien i et system og prosentandelen av nevnte masse og energi tilgjengelig for en art eller biosfære. (Den prosentandelen er den vanskeligste delen av ligningen. Du kan ikke kreve 100 prosent av jordas masse, for eksempel er tilgjengelig for livet.)
Begrenset til det "nært overflate tynne laget av en planetarisk kropp", henger modellen overflatenes levedyktighet på Jorden ved 1, tidlig Mars til å være mindre enn eller lik 0, 034, og Titan til å være mindre enn eller lik 0, 000139. Modellen er uavhengig av hvilken type liv man vurderer - dyr kontra planter, for eksempel - og verdener som Europa med “underjordiske biosfærer” er foreløpig ikke redegjort for.
Slike grunnarbeid er uvurderlige, men det er fremdeles begrenset i dens evne til å forutsi vane, delvis fordi det bare gjelder livet slik vi kjenner det. I 2017 publiserte forskere i Cornell en artikkel som avslørte bevis for molekylet akrylonitril (vinylcyanid) på Titan, som hypotetisk sett kan være nøkkelen til metanbasert liv i en oksygenfri verden - virkelig fremmed liv, i motsetning til noe vi noensinne har hatt kjent. Skulle livet blomstre i en så konvensjonell ugjestmild verden som Titan, og skulle vi finne den, skriver Mendez i en abstrakt beskrivelse av modellen sin, "En antikorrelasjon mellom mål for beboelighet og biosignaturer kan tolkes som en abiotisk prosess eller som et liv som vi ikke ' t vet det. ”
Under alle omstendigheter betyr mangelen hittil på verdener som er gunstig for livet, at menneskeheten må fortsette å forbedre observatoriene og kaste blikket mot fjerntliggende riker. Det er en stor galakse, fylt av skuffelser. Vi håper ikke lenger på at martiere graver vannveier eller dinosaurer som rekker mose på venusiske trær, men vi drømmer fortsatt om blekksprut som svømmer gjennom Europasjøer og hvem vet hva som lurer i hydrokarbonsjøene i Titan. Hvis også disse verdenene ikke klarer å levere, er det opp til exoplanetene - og de er like utenfor observasjonsevnen vår, og veldig lang vei hjemmefra.
