Těm, kteří dnes žijí na Zemi, může být souzeno najít odpověď na jednu z nejstarších otázek, které zajímají lidstvo: jsme ve vesmíru sami?
Jakmile se terénní robot přichytil k podmořské straně ledové kry v jednom z aljašských jezer, obdrží signál z laboratoře Jet Propulsion Laboratory NASA v Pasadeně v Kalifornii, začne na něm blikat reflektor. "Fungovalo to!" - volá inženýr John Leicty, schoulený ve stanu na ledě. Pravděpodobně nelze tuto událost nazvat velkým technologickým krokem, ale bude to první krok na cestě k průzkumu vzdáleného satelitu jiné planety.
Více než sedm tisíc kilometrů na jih, v Mexiku, putuje geomikrobiologka Penelope Bostonová po kolena ve vodě neproniknutelnou temnotou jeskyně. Stejně jako ostatní vědci v její skupině Boston nasadil silný respirátor a přetáhl plechovku vzduchu, aby nebyl otráven sirovodíkem a oxidem uhelnatým, které prosakují do jeskyní, a podzemní proud, který jí umývá boty, nese kyselinu sírovou. Najednou paprsek bostonské svítilny osvětlí protáhlou kapku husté průsvitné kapaliny, která vytéká z porézní vápencové stěny jeskyně. „Není to krásné?“Volá.
Možná ve zmrzlém arktickém jezeře a tropické jeskyni naplněné toxickými výpary bude možné najít stopy, které pomohou odpovědět na jednu z nejodolnějších a nejstarších otázek na Zemi: existuje na Marsu život? (No, nebo alespoň někde mimo naši planetu?) Život jiných světů, ať už v naší sluneční soustavě nebo v blízkosti jiných hvězd, může číhat pod ledem, který pokrývá celé oceány, jako na Evropě, měsíci Jupiteru, nebo v těsně uzavřeném a plynem naplněné jeskyně, kterých je na Marsu pravděpodobně mnoho. Pokud se naučíte identifikovat a identifikovat formy života, které se daří v podobných podmínkách na Zemi, bude snazší najít něco podobného mimo ni.
Je těžké říci, v jakém okamžiku se hledání života mezi hvězdami změnilo ze sci-fi na vědu, ale jednou z klíčových událostí bylo setkání vědců v listopadu 1961. Zorganizoval to Frank Drake, mladý radioastronom, fascinovaný myšlenkou na hledání rádiových vln mimozemského původu.
„Tehdy,“vzpomíná Drake, nyní 84 let, „hledání mimozemské inteligence [Hledání mimozemské inteligence - SETI] bylo jakýmsi tabu.“S podporou ředitele své laboratoře však Frank spojil několik astronomů, chemiků, biologů a inženýrů, aby diskutovali o problémech, kterými se dnes astrobiologie - věda mimozemského života - zabývá.
Drake chtěl, aby mu kolegové poradili, jak chytré by bylo věnovat značný čas radioteleskopu poslechu rádiových přenosů od mimozemšťanů a jaký způsob hledání mimozemského života by mohl být nejslibnější. Zajímal se také o to, kolik civilizací může naše galaxie Mléčná dráha mít, a než dorazili hosté, napsal Frank na tabuli rovnici.
Propagační video:
Tato nyní známá Drakeova rovnice určuje počet civilizací, které můžeme detekovat, na základě rychlosti vzniku hvězd v Mléčné dráze, vynásobené zlomkem hvězd s planetami, poté průměrným počtem planet s vhodnými podmínkami pro život v jedné hvězdné soustavě (planety musí mít velikost o velikosti Země a být v obyvatelné zóně její hvězdy), poté - podíl planet, kde by mohl vzniknout život, a podíl těch z nich, kde by se mohla objevit inteligence, a konečně podíl těch, kde jsou inteligentní formy života schopny dosáhnout taková úroveň vývoje, aby vysílala rozpoznatelné rádiové signály, a po průměrnou dobu, po kterou je tyto civilizace nadále vysílají nebo dokonce existují.
Pokud takové společnosti mají sklon ničit se v jaderné válce jen několik desetiletí po vynálezu rádia, pak bude jejich počet pravděpodobně v daném okamžiku velmi malý.
Rovnice je skvělá, až na jednu nekonzistenci. Nikdo neměl ani nejasnou představu o tom, čemu jsou všechny tyto zlomky a počty stejné, kromě úplně první proměnné, rychlosti vzniku hvězd podobných slunci. Všechno ostatní byly jen dohady. Samozřejmě, pokud by vědci hledající život ve vesmíru dokázali detekovat mimozemský rádiový signál, všechny tyto předpoklady by ztratily smysl. Pokud však takové neexistovaly, museli odborníci na všechny proměnné Drakeovy rovnice najít jejich přesné hodnoty - zjistit, jak často mají hvězdy slunečního typu planety. Nebo odhalte tajemství původu života na Zemi …
Uběhla třetina století, než bylo možné do rovnice dosadit dokonce přibližné hodnoty. V roce 1995 objevili Michel Mayor a Didier Kelo ze Ženevské univerzity první planetu v jiném hvězdném systému sluneční třídy. Tato planeta - 51 Pegasi b, 50 světelných let od nás vzdálená, je obrovská plynná koule asi o polovinu větší než Jupiter; jeho oběžná dráha je tak blízko hvězdy, že vydrží jen čtyři dny po dobu jednoho roku a teplota na povrchu přesahuje tisíc stupňů Celsia.
Nikdo si ani nemyslel, že v takových pekelných podmínkách může vzniknout život. Ale objev i jediné exoplanety už měl obrovský úspěch. Na začátku příštího roku našla skupina vedená Jeffreym Marcym, poté na univerzitě v San Francisku a nyní v Berkeley, druhou exoplanetu a poté třetí a přehrada praskla. Dnes astronomové znají téměř dva tisíce nejrůznějších exoplanet - oba větší než Jupiter a menší než Země; dalších několik tisíc (většina byla objevena ultra citlivým vesmírným dalekohledem Kepler) čeká na potvrzení objevu.
Žádná ze vzdálených planet není přesnou kopií Země, ale vědci nepochybují, že se to v blízké budoucnosti najde. Na základě údajů z několika větších planet astronomové odhadli, že více než pětina hvězd slunečního typu má obyvatelné planety podobné Zemi. Existuje statistická pravděpodobnost, že nejbližší z nich se nachází 12 světelných let od nás - podle kosmických standardů, na další ulici.
To je povzbudivé. V posledních letech si však obydlení světoví lovci uvědomili, že je zcela zbytečné omezovat jejich hledání na hvězdy podobné Slunci. "Když jsem byl ve škole," vzpomíná David Charbonneau, astronom z Harvardu, "bylo nám řečeno, že Země se točí kolem nejobvyklejší průměrné hvězdy." Ale není to tak. “Ve skutečnosti je 70 až 80 procent hvězd v Mléčné dráze malá, relativně chladná, slabá, načervenalá tělesa - červení a hnědí trpaslíci.
Pokud by se pozemská planeta točila kolem takového trpaslíka ve správné vzdálenosti (blíže ke hvězdě než k Zemi, aby nezmrzla), mohly by se na něm vyvinout podmínky pro vznik a vývoj života. Navíc planeta nemusí mít takovou velikost Země, aby byla obyvatelná. „Pokud vás zajímá můj názor,“říká Dimitar Sasselov, další harvardský astronom, „ideální je jakákoli hmota mezi jednou a pěti Zemi.“Zdá se, že rozmanitost obyvatelných hvězdných systémů je mnohem bohatší, než by Frank Drake a jeho účastníci konference mohli předpokládat v roce 1961.
A to není vše: ukázalo se, že teplotní rozdíl a rozmanitost chemického prostředí, ve kterém mohou extrémofilní organismy (doslova „milovníci extrémních podmínek“) prospívat, jsou také širší, než si před půl stoletím představovali. V 70. letech objevili oceánografové, včetně Roberta Ballarda sponzorovaného National Geographic Society, super horké prameny na dně oceánu - černí kuřáci, poblíž kterých jsou bohaté bakteriální komunity.
Mikroby, které se živí sirovodíkem a dalšími chemickými sloučeninami, zase slouží jako potrava pro složitější organismy. Vědci navíc našli formy života, kterým se daří v gejzírech na souši, v ledových jezerech ukrytých pod vrstvou antarktického ledu o tloušťce stovek metrů, v podmínkách vysoké kyselosti, zásaditosti nebo radioaktivity, v krystalech solí a dokonce i v horninových mikrotrhlinách hluboko v útrobách Země. … „Na naší planetě jsou to obyvatelé úzkých výklenků,“říká Lisa Kalteneggerová, která pracuje na částečný úvazek na Harvardu a v Astronomickém institutu Maxe Plancka v německém Heidelbergu. „Je však snadné si představit, že na jiných planetách mohou zvítězit.“
Jediným faktorem, bez něhož podle biologů život, jak ho známe, nemůže existovat, je kapalná voda - silné rozpouštědlo schopné dodávat živiny do všech částí těla. Pokud jde o naši sluneční soustavu, po expedici meziplanetární stanice Mariner 9 na Mars v roce 1971 víme, že kdysi tekly po povrchu červené planety proudy vody. Možná tam také existoval život, přinejmenším mikroorganismy - a je možné, že některé z nich mohly přežít v kapalném médiu pod povrchem planety.
Na relativně mladé ledové ploše Evropy, Jupiterova měsíce, jsou viditelné praskliny, což naznačuje, že oceán se vlní pod ledem. Ve vzdálenosti asi 800 milionů kilometrů od Slunce by voda měla zmrznout, ale na Evropě pod vlivem Jupiteru a několika dalších jeho satelitů neustále dochází k přílivovým jevům, díky nimž se uvolňuje teplo a voda pod vrstvou ledu zůstává kapalná. Teoreticky tam také může existovat život.
V roce 2005 objevila meziplanetární sonda Cassini NASA vodní gejzíry na povrchu Enceladus, dalšího měsíce Jupitera; výzkum Cassini v dubnu tohoto roku potvrdil přítomnost podzemních vodních zdrojů na tomto měsíci. Vědci však zatím nevědí, kolik vody skrývá ledová vrstva Enceladu, ani to, jak dlouho je voda v kapalném stavu, aby sloužila jako kolébka života. Titan, největší měsíc Saturnu, má řeky a jezera a prší. To ale není voda, ale kapalné uhlovodíky jako methan a etan. Možná tam život je, ale je velmi těžké si představit, co to je.
Mars je mnohem více jako Země a mnohem blíže k ní než všechny tyto vzdálené satelity. A od každého nového sestupového vozidla očekáváme zprávy o objevu tamního života. A nyní rover Curiosity NASA prozkoumává kráter Gale, kde se před miliardami let nacházelo obrovské jezero, podmínky, ve kterých, soudě podle chemického složení sedimentů, byly příznivé pro existenci mikrobů.
Jeskyně v Mexiku samozřejmě není Mars a jezero na severní Aljašce není Evropa. Avšak právě hledání mimozemského života vedlo astrobiologa NASA Kevina Handa a členy jeho týmu, včetně Johna Laketyho, k jezeru Sukok na Aljašce. A právě proto Penelope Boston a její kolegové opakovaně vlezli do jedovaté jeskyně Cueva de Villa Luz v blízkosti mexického města Tapihulapa.
Astrobiolog Kevin Hand se připravuje na spuštění robota pod ledem jezera Sukok na Aljašce.
A tam a tam vědci testují nové technologie pro hledání života v podmínkách, které jsou alespoň částečně podobné těm, ve kterých se mohou nacházet vesmírné sondy. Hledají zejména „stopy života“- geologické nebo chemické náznaky jeho přítomnosti, nyní nebo v minulosti.
Vezměte si například mexickou jeskyni. Orbiters získali informace o tom, že na Marsu jsou dutiny. Co kdyby tam přežily mikroorganismy poté, co planeta ztratila svou atmosféru a vodu na povrchu asi před třemi miliardami let? Obyvatelé marťanských jeskyní by museli najít jiný zdroj energie než sluneční světlo, stejně jako kapka slizu, která potěšila Boston. Vědci označují tyto neatraktivní pruhy analogicky s stalaktity jako snotity. [V ruštině by tento výraz mohl znít jako „hloupý“. - Cca. překladatel.] V jeskyni jsou tisíce od centimetru do půl metru dlouhé a vypadají neatraktivně. Ve skutečnosti se jedná o biofilm - společenství mikrobů, které tvoří viskózní, viskózní bublinu.
"Mikroorganismy, které vytvářejí snotity, jsou chemotrofy," vysvětluje Boston. „Oxidují sirovodík, jediný zdroj energie, který mají k dispozici, a uvolňují tento hlen.“Snotiti jsou jen jednou z místních komunit mikroorganismů. Boston, výzkumný pracovník New Mexico Institute of Mining and Technology a National Caves and Karst Research Institute, říká: „V jeskyni je asi tucet takových komunit. Každý z nich má velmi výrazný vzhled. Každý z nich je zabudován do jiného výživového systému. “Jedna z těchto komunit je obzvláště zajímavá: netvoří kapky ani bubliny, ale pokrývá stěny jeskyně vzory skvrn a čar, podobně jako hieroglyfy.
Astrobiologové nazývali tyto vzory biovermy, od slova „vermicule“- ozdoba z kadeří. Ukazuje se, že takové vzory „kreslí“nejen mikroorganismy žijící v klenbách jeskyní. "Stopy jako tyto se objevují na nejrůznějších místech, kde je výživa vzácná," říká Keith Schubert, inženýr a specialista na zobrazovací systémy na Baylor University, který cestoval do Cueva de Villa Luz, aby tam nastavil kamery pro dlouhodobé monitorování v jeskyni. … - Kořeny trávy a stromů také vytvářejí biovermy ve vyprahlých oblastech; totéž se děje, když se pouštní půdy tvoří pod vlivem bakteriálních společenstev i lišejníků. “
Dnes stopy života, které astrobiologové hledají, jsou hlavně plyny, jako je kyslík, které vydávají živé organismy na Zemi. Kyslíkové komunity však mohou být jen jednou z mnoha forem života. "Pro mě," říká Penelope Boston, "jsou biovermy zajímavé, protože navzdory jejich různému rozsahu a povaze projevu jsou tyto vzorce všude velmi podobné."
Boston a Schubert věří, že vznik biovermů, podmíněný jednoduchými pravidly rozvoje a bojem o zdroje, může sloužit jako indikátor života charakteristického pro celý vesmír. Biovermy navíc přetrvávají i po smrti samotných mikrobiálních komunit. „Pokud rover najde něco takového v trezorech marťanské jeskyně,“řekl Schubert, „je okamžitě jasné, kam se zaměřit.“
Věřící vědci a inženýři pracují u jezera Sukok s podobným účelem. Jedna ze zkoumaných oblastí jezera se nachází hned vedle tábora tří malých stanů, kterému říkali „NASAville“, druhá - s jediným stanem - se nachází asi kilometr daleko. Vzhledem k tomu, že bubliny metanu uvolňované na dně jezera narušují vodu, vytvářejí se na ní polynyy, a abyste se dostali z jednoho tábora do druhého sněžným skútrem, musíte se vydat oklikou - jinak ledem dlouho nespadnete.
Díky metanu v roce 2009 vědci poprvé upozornili na Sukok a další blízká jezera na Aljašce. Tento plyn je uvolňován bakteriemi tvořícími metan, rozkládajícími organickou hmotu, a slouží tak jako jeden ze známek života, které mohou astrobiologové detekovat. Metan se však uvolňuje například během sopečných erupcí, které se přirozeně tvoří v atmosféře obřích planet, jako je Jupiter, i v atmosféře Saturnova měsíce Titan. Proto je důležité, aby vědci rozlišovali metan z biologických zdrojů od metanu z nebiologických zdrojů. Pokud je předmětem výzkumu ledem pokrytá Evropa, jako je například Kevin Hand, pak jezero Sukok není zdaleka nejhorším místem pro přípravu.
Ruka, držitelka grantu National Geographic pro mladé průzkumníky, upřednostňuje Evropu před Marsem z jednoho důvodu. "Předpokládejme," říká, "jdeme na Mars a najdeme pod jeho povrchem živé organismy, které mají DNA jako na Zemi." To by mohlo znamenat, že DNA je univerzální molekula života, a to je velmi pravděpodobné. Může to ale také znamenat, že život na Zemi a na Marsu má společný původ. ““
Je jisté, že úlomky hornin vyhozené z povrchu Marsu dopady asteroidů dosáhly na Zemi a padaly ve formě meteoritů. Pravděpodobně a fragmenty pozemských hornin dosáhly na Mars. Pokud by uvnitř těchto vesmírných poutníků byly živé mikroorganismy, které by mohly přežít cestu, zrodily by život na planetě, kde „přistály“. „Pokud se ukáže, že marťanský život je založen na DNA,“říká Hand, „bude pro nás obtížné určit, zda vznikl nezávisle na Zemi.“Zde se Evropa nachází mnohem dále od nás. Pokud se tam najde život, bude to znamenat jeho nezávislý původ - dokonce is DNA.
Evropa má bezpochyby podmínky pro život: dostatek vody a na dně oceánu mohou být horké prameny, které dodávají mikroživiny. Na Evropu někdy dopadají komety, které obsahují organickou hmotu, což také přispívá k rozvoji života. Proto se myšlenka expedice na tento měsíc Jupiteru jeví jako velmi atraktivní.
Pod popraskanou ledovou vrstvou Europy, kterou vidíme na tomto snímku z kosmické lodi Galileo, leží oceán, kde lze nalézt všechny podmínky nezbytné pro život.
Zahájení kosmické lodi, které podle odhadů americké národní rady pro výzkum odhadlo na 4,7 miliardy USD, bylo bohužel považováno za vědecky oprávněné a příliš nákladné. Tým v Jet Propulsion Laboratory, vedený Robertem Pappalardem, se vrátil k plánům a vytvořil nový projekt: Europa Clipper by obíhal spíše Jupiter než Evropu, což by spotřebovalo méně paliva a ušetřilo peníze; zároveň se přiblíží k Evropě 45krát, aby vědci mohli vidět její povrch a určit chemické složení atmosféry a nepřímo oceánu.
Pappalardo uvedl, že nový projekt bude stát méně než 2 miliardy dolarů. „Pokud bude tato myšlenka schválena, mohli bychom zahájit počátkem nebo v polovině 20. let.“Nosná raketa Atlas V pomůže dostat se do Evropy za šest let, a pokud je zapojen nový odpalovací systém, který NASA v současné době vyvíjí, bude to trvat jen 2,7 roku.
V laboratoři Jet Propulsion Laboratory NASA vědci zkoumají sondu podobnou té, která bude brzy schopna proniknout na led Jupiterova měsíce Europa.
Clipper pravděpodobně nebude schopen najít život na Europě, ale bude shromažďovat údaje, aby ospravedlnil další expedici, již sestupové vozidlo, které odebere vzorky ledu a studuje jeho chemické složení, jak to dokázaly rovery. Clipper navíc určí nejlepší místa přistání. Další krok po přistání - vyslat sondu do Evropy ke studiu oceánu - může být mnohem obtížnější: vše bude záviset na tloušťce ledové pokrývky. Vědci také nabízejí záložní řešení: prozkoumat jezero, které může být poblíž povrchu ledu. "Až se naše ponorka konečně narodí," říká Hand, "bude to Homo sapiens ve srovnání s Australopithecus, který testujeme na Aljašce."
Zařízení, které bude testováno na jezeře Sukok, se plazí po spodní straně třicetimetrové ledové kry a přitahuje se k němu a jeho senzory měří teplotu, slanost a kyselost a další parametry vody. Nehledá však přímo živé organismy - to je úkol vědců pracujících na druhé straně jezera. Jedním z nich je John Priscu z University of Montana, který loni objevil živé bakterie v Willianském jezeře, které se nachází 800 metrů pod ledovou vrstvou Západní Antarktidy. Spolu s geobiologkou Alison Murrayovou z Institutu pro pouštní výzkum v Renu v Nevadě Prisu zjišťuje, jaké musí být podmínky studené vody pro podporu života a kdo tam žije.
Studium extremofilů je stejně užitečné jako pochopení podstaty života mimo naši planetu, ale poskytuje pouze pozemské stopy k rozluštění mimozemských tajemství. Brzy však budeme mít další způsoby, jak najít chybějící proměnné Drakeových rovnic: NASA naplánovala zahájení provozu dalekohledu - TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite, nebo satelit pro studium procházejících exoplanet, tj. Těch, které procházejí na pozadí disku jejich hvězdy) v roce 2017. TESS bude nejen hledat planety v blízkosti hvězd nejblíže k nám, ale také identifikovat stopy plynů v jejich atmosféře, což naznačuje přítomnost života. Ačkoli starý muž Hubble umožnil objevení mraků na superzemě - GJ 1214b.
Fascinace hledáním stop života a extremofilů však naznačuje, že na všech planetách molekuly živých věcí obsahují uhlík a voda slouží jako rozpouštědlo. To je naprosto přijatelné, protože uhlík a voda jsou v naší galaxii hojné. Navíc prostě nevíme, jaké známky hledat uhlíkový život. "Pokud při hledání přejdeme z takových prostor, nemusíme najít vůbec nic," říká Dimitar Sasselov. „Musíte si představit alespoň některé z možných alternativ a pochopit, na co dalšího musíte při studiu mimozemské atmosféry věnovat pozornost.“Představte si například, že místo uhlíkového cyklu převládajícího na Zemi, bude existovat cyklus síry …
Mezi těmito semi-fantastickými projekty je myšlenka, s níž astrobiologie začala před půl stoletím, zcela ztracena. Frank Drake, i když je oficiálně v důchodu, pokračuje v hledání mimozemských signálů - hledání, které, pokud uspěje, zastíní všechno ostatní. Navzdory skutečnosti, že financování SETI se téměř zastavilo, je Drake plný nadšení pro nový projekt - hledat záblesky světla vyzařované mimozemskými civilizacemi místo rádiových signálů. "Musíme vyzkoušet všechny možnosti," říká, "protože nemáme tušení, co a jak vlastně mimozemšťané dělají."
National Geographic červenec 2014