De, der lever på jorden i dag, er måske bestemt til at finde ud af svaret på et af de ældste spørgsmål af interesse for menneskeheden: er vi alene i universet?
Så snart en terrængående robot, der låser fast på undersøisk side af en isflak i en af søerne i Alaska, modtager et signal fra NASAs Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien, blinker en søgelys på den. "Det virkede!" - udbryder ingeniør John Leicty, samlet i et telt på isen. Sandsynligvis kan denne begivenhed ikke kaldes et stort skridt inden for teknologi, men som det første skridt på vejen til at udforske en fjern satellit fra en anden planet, vil det gøre.
Mere end syv tusind kilometer mod syd, i Mexico, vandrer geomikrobiolog Penelope Boston knædypt i vand gennem en hules uigennemtrængelige mørke. Som andre forskere i hendes gruppe trak Boston en kraftig åndedrætsværn og trak en dåse luft for ikke at blive forgiftet af hydrogensulfid og kulilte, der siver ind i grotterne, og den underjordiske strøm, der vasker hendes støvler, bærer svovlsyre. Pludselig belyser en Boston-lommelygte en langstrakt dråbe tyk gennemskinnelig væske, der oser fra hulens porøse kalkstenvæg. "Er det ikke dejligt?" Udbryder hun.
Måske i en frossen arktisk sø og en tropisk hule fyldt med giftige dampe vil det være muligt at finde spor, der hjælper med at besvare et af de mest vanskelige og gamle spørgsmål på jorden: er der liv på Mars? (Nå eller i det mindste et eller andet sted uden for vores planet?) Livet i andre verdener, hvad enten det er i vores solsystem eller i nærheden af andre stjerner, kan godt lure under isen, der dækker hele havene, som på Europa, Jupiters måne eller i tæt forseglet og gasfyldte huler, hvoraf der sandsynligvis er mange på Mars. Hvis du lærer at identificere og identificere livsformer, der trives under lignende forhold på Jorden, vil det være lettere at finde noget lignende uden for det.
Det er svært at sige, på hvilket tidspunkt søgningen efter liv blandt stjernerne vendte fra science fiction til science, men en af de vigtigste begivenheder var forskermødet i november 1961. Det blev organiseret af Frank Drake, en ung radioastronom, fascineret af ideen om at finde radiobølger af fremmed oprindelse.
"Dengang," minder Drake, nu 84, "var søgningen efter udenjordisk efterretning [Søgning efter udenjordisk efterretning - SETI] en slags tabu." Men med støtte fra direktøren for hans laboratorium samlede Frank adskillige astronomer, kemikere, biologer og ingeniører for at diskutere de spørgsmål, som astrobiologi - videnskaben om det udenjordiske liv - beskæftiger sig med i dag.
Drake ville have sine kolleger til at rådgive ham om, hvor smart det ville være at afsætte betydelig radioteleskoptid til at lytte til radioudsendelser fra udlændinge, og hvilken måde at finde udenjordisk liv på, der kunne være den mest lovende. Han var også interesseret i, hvor mange civilisationer vores galakse, Mælkevejen, kan tælle, og inden gæsterne ankom, skrev Frank en ligning på tavlen.
Salgsfremmende video:
Denne nu berømte Drake-ligning bestemmer antallet af civilisationer, som vi kan registrere, baseret på hastigheden for dannelse af stjerner i Mælkevejen ganget med fraktionerne af stjerner med planeter, derefter med det gennemsnitlige antal planeter med passende livsforhold i et stjernesystem (planeter skal være størrelsen omkring størrelsen på jorden og være i dens stjernes beboelige zone), derefter til andelen af planeterne, hvor liv kunne opstå, og til andelen af dem, hvor sindet kunne dukke op, og endelig til andelen af dem, hvor de intelligente livsformer er i stand til at opnå af et sådant udviklingsniveau til at sende genkendelige radiosignaler og i den gennemsnitlige tid, hvor sådanne civilisationer fortsætter med at sende dem eller endda eksisterer.
Hvis sådanne samfund er tilbøjelige til at ødelægge sig selv i en atomkrig kun få årtier efter radioens opfindelse, vil antallet af dem sandsynligvis være meget lille til enhver tid.
Ligningen er stor, bortset fra en inkonsekvens. Ingen havde engang en vag idé om, hvad alle disse fraktioner og tal var lig med, bortset fra den allerførste variabel, dannelseshastigheden for stjerner svarende til solen. Alt andet var rent gætteri. Selvfølgelig, hvis forskere, der søgte efter liv i rummet, kunne opdage et udenjordisk radiosignal, ville alle disse antagelser miste deres mening. Men i mangel af sådanne måtte specialister i alle variablerne i Drake-ligningen finde deres nøjagtige værdier - for at finde ud af hvor ofte solformede stjerner har planeter. Nå, eller afslør hemmeligheden bag livets oprindelse på Jorden …
En tredjedel af et århundrede gik, før selv omtrentlige værdier kunne erstattes af ligningen. I 1995 opdagede Michel Mayor og Didier Kelo ved universitetet i Genève den første planet i et andet stjernesystem i solklassen. Denne planet - 51 Pegasi b, 50 lysår væk fra os, er en kæmpe gasformet kugle, der er omtrent halvdelen af Jupiters størrelse; dens bane er så tæt på stjernen, at året på den kun varer fire dage, og temperaturen på overfladen overstiger tusind grader Celsius.
Ingen troede engang, at livet kunne opstå under sådanne helvede forhold. Men opdagelsen af selv en enkelt exoplanet var allerede en kæmpe succes. Tidligt det følgende år fandt et hold ledet af Jeffrey Marcy, derefter ved University of San Francisco og nu i Berkeley, en anden exoplanet og derefter en tredje, og dæmningen brast. I dag kender astronomer omkring to tusind af de mest forskellige exoplaneter - begge større end Jupiter og mindre end Jorden; flere tusinde flere (de fleste blev opdaget med det ultrafølsomme Kepler-rumteleskop) venter på, at opdagelsen bliver bekræftet.
Ingen af de fjerne planeter er en eksakt kopi af Jorden, men forskere er ikke i tvivl om, at dette vil blive fundet i den nærmeste fremtid. Baseret på data fra flere større planeter har astronomer anslået, at mere end en femtedel af solformige stjerner har beboelige, jordlignende planeter. Der er en statistisk sandsynlighed for, at den nærmeste af dem ligger 12 lysår fra os - efter kosmiske standarder på den næste gade.
Dette er opmuntrende. I de senere år har beboede verdensjægere imidlertid indset, at det slet ikke er nødvendigt at begrænse deres søgninger til stjerner, der ligner solen.”Da jeg var i skole,” mindes David Charbonneau, astronom ved Harvard,”fik vi at vide, at Jorden drejer sig om den mest almindelige, gennemsnitlige stjerne. Men det er ikke sådan. Faktisk er 70 til 80 procent af stjernerne i Mælkevejen små, relativt kølige, svage, rødlige kroppe - røde og brune dværge.
Hvis en jordplanet drejede sig om en sådan dværg i den rigtige afstand (tættere på stjernen end Jorden for ikke at fryse over), kunne betingelserne for fremkomst og udvikling af liv udvikle sig på den. Desuden behøver en planet ikke være på størrelse med jorden for at være beboelig. "Hvis du er interesseret i min mening," siger Dimitar Sasselov, en anden astronom fra Harvard, "så er enhver masse mellem en og fem jordarter ideel." Det ser ud til, at de mange beboelige stjernesystemer er meget rigere end Frank Drake og hans konferencedeltagere kunne have antaget i 1961.
Og det er ikke alt: det viser sig, at temperaturforskellen og de mange kemiske miljøer, hvor ekstremofile organismer (bogstaveligt talt "elskere af ekstreme forhold") kan trives, også er bredere end man kunne forestille sig for et halvt århundrede siden. I 1970'erne opdagede oceanografer, herunder Robert Ballard, sponsoreret af National Geographic Society, superhede kilder på havbunden - sorte rygere, hvor der er rige bakteriesamfund.
Mikrober, der lever af hydrogensulfid og andre kemiske forbindelser, tjener til gengæld som mad til mere komplekse organismer. Derudover har forskere fundet livsformer, der trives i gejsere på land, i iskolde søer skjult under et lag af antarktisk is, der er hundreder af meter tyk, under forhold med høj surhedsgrad, alkalinitet eller radioaktivitet, i saltkrystaller og endda i stenmikrobrud dybt i jordens tarm. …”På vores planet er disse indbyggere i smalle nicher,” siger Lisa Kaltenegger, der arbejder deltid ved Harvard og Max Planck Astronomical Institute i Heidelberg, Tyskland. "Det er dog let at forestille sig, at de kan sejre på andre planeter."
Den eneste faktor, uden hvilken ifølge biologer livet, som vi kender det ikke kan eksistere, er flydende vand - et kraftigt opløsningsmiddel, der er i stand til at levere næringsstoffer til alle dele af kroppen. Hvad angår vores solsystem, efter ekspeditionen af den interplanetære station Mariner 9 til Mars i 1971 ved vi, at der engang strømmede vandstrømme langs overfladen af den røde planet. Måske eksisterede der også liv der, i det mindste mikroorganismer - og det er muligt, at nogle af dem kunne overleve i et flydende medium under planetens overflade.
På den relativt unge isoverflade i Europa, Jupiters måne, er der revner synlige, hvilket indikerer, at havet krusker under isen. I en afstand af ca. 800 millioner kilometer fra solen skal vandet fryse, men i Europa, under indflydelse af Jupiter og flere af dets andre satellitter, forekommer der konstant tidevandsfænomener, hvorfor det frigives varme, og vandet under islaget forbliver flydende. I teorien kan der også eksistere liv der.
I 2005 opdagede NASAs Cassini interplanetariske rumfartøj vandgejsere på overfladen af Enceladus, en anden Jupiters måne; forskning fra Cassini i april i år bekræftede tilstedeværelsen af underjordiske vandkilder på denne måne. Forskerne ved imidlertid endnu ikke, hvor meget vand der er skjult i Enceladus-indlandsisen, og heller ikke hvor længe vand forbliver i flydende tilstand for at tjene som livets vugge. Titan, den største måne i Saturn, har floder og søer, og det regner. Men dette er ikke vand, men flydende kulbrinter som methan og etan. Måske er der liv der, men det er meget svært at forestille sig, hvad det er.
Mars er meget mere lig Jorden og meget tættere på det end alle disse fjerne satellitter. Og fra hvert nyt køretøj til afstamning forventer vi nyheder om opdagelsen af livet der. Og nu udforsker NASAs nysgerrighedsrover Gale Crater, hvor der for milliarder af år siden var en kæmpe sø, forhold, hvor, at dømme ud fra den kemiske sammensætning af sedimenterne, var gunstige for eksistensen af mikrober.
En hule i Mexico er selvfølgelig ikke Mars, og en sø i det nordlige Alaska er ikke Europa. Men det var søgen efter udenjordisk liv, der førte NASAs astrobiolog Kevin Hand og medlemmer af hans team, herunder John Lakety, til Sukok-søen i Alaska. Og det er for dette, at Penelope Boston og hendes kolleger gentagne gange klatrer ind i den giftige Cueva de Villa Luz i nærheden af den mexicanske by Tapihulapa.
Astrobiolog Kevin Hand forbereder sig på at lancere en robot under isen af Sukok-søen i Alaska.
Og der og der tester forskere nye teknologier til at finde liv under forhold, der i det mindste delvis ligner dem, hvor rumsonder kan befinde sig. Især ser de efter "spor af liv" - geologiske eller kemiske tegn, der indikerer dets tilstedeværelse nu eller i fortiden.
Tag for eksempel en mexicansk hule. Orbitere har fået oplysninger om, at der er hulrum på Mars. Hvad hvis mikroorganismer overlevede der, efter at planeten mistede sin atmosfære og vand på overfladen for omkring tre milliarder år siden? Indbyggerne i Mars-hulerne skulle finde en anden energikilde end sollys - ligesom dråben slim, der glædede Boston. Forskere henviser til disse uattraktive striber som snotitter i analogi med stalaktitter. [På russisk kunne dette udtryk lyde som "snotty". - Ca. oversætter.] Der er tusinder af dem i hulen, fra en centimeter til en halv meter lang, og de ser ikke attraktive ud. Faktisk er dette en biofilm - et samfund af mikrober, der danner en tyktflydende, tyktflydende boble.
”De mikroorganismer, der skaber snotitter, er kemotrofer,” forklarer Boston. "De oxiderer hydrogensulfid, den eneste energikilde der er til rådighed for dem, og de frigiver dette slim." Snotitter er blot et af de lokale samfund af mikroorganismer. Boston, forsker ved New Mexico Institute of Mining and Technology og National Caves and Karst Research Institute, siger:”Der er omkring et dusin sådanne samfund i hulen. Hver har et meget særpræg. Hver er indbygget i et andet ernæringssystem. " Et af disse samfund er særligt interessant: det danner ikke dråber eller bobler, men dækker hulens vægge med mønstre af pletter og linjer, der ligner hieroglyffer.
Astrobiologer kaldte disse mønstre biovermer, fra ordet "vermicule" - et ornament lavet af krøller. Det viser sig, at sådanne mønstre "tegner" ikke kun mikroorganismer, der lever i hulernes hvælvinger.”Spor som disse vises mange forskellige steder, hvor ernæring er knap,” siger Keith Schubert, en ingeniør og billedsystemspecialist ved Baylor University, der rejste til Cueva de Villa Luz for at oprette kameraer til langvarig overvågning i hulen. … - Rødderne af græs og træer skaber også biovermer i tørre regioner; det samme sker under dannelsen af ørkenjord under indflydelse af bakteriesamfund såvel som lav."
I dag er de spor af liv, som astrobiologer leder efter, hovedsageligt gasser, såsom ilt, som levende organismer på jorden afgiver. Imidlertid kan iltsamfund kun være en af de mange former for liv.”For mig,” siger Penelope Boston, “er bioverver interessante, fordi disse mønstre på trods af deres forskellige omfang og manifestation er meget ens overalt.”
Boston og Schubert mener, at udseendet af biovermer, der er betinget af enkle regler for udvikling og kampen for ressourcer, kan tjene som en indikator for det liv, der er karakteristisk for hele universet. Desuden vedvarer biovermer selv efter de mikrobielle samfunds død. "Hvis roveren finder noget som dette i hvælvingerne i en marshule," sagde Schubert, "er det straks klart, hvad man skal fokusere på."
Skælvende forskere og ingeniører arbejder ved Sukok-søen med et lignende formål. Et af de undersøgte områder af søen ligger ved siden af en lejr med tre små telte, som de kaldte "NASAville", en anden - med et enkelt telt - ligger cirka en kilometer væk. Da boblerne af metan frigivet i bunden af søen forstyrrer vandet, dannes der polynyas på det, og for at komme fra en lejr til en anden med snescooter er du nødt til at tage en kredsløbsrute - ellers vil du ikke falde gennem isen længe.
Det var takket være metan i 2009, at forskere først gjorde opmærksom på Sukok og andre nærliggende søer i Alaska. Denne gas frigives af metandannende bakterier, der nedbryder organisk materiale og tjener således som et af de tegn på liv, som astrobiologer kan opdage. Imidlertid frigøres metan for eksempel under vulkanudbrud, der dannes naturligt i atmosfæren af gigantiske planeter som Jupiter såvel som i atmosfæren på Saturnus måne Titan. Derfor er det vigtigt for forskere at skelne metan fra biologiske kilder fra metan fra ikke-biologiske kilder. Hvis genstanden for forskning er isdækket Europa, ligesom Kevin Hand, er Sukok-søen langt fra det værste sted at forberede sig.
Hånd, indehaver af National Geographic Grant for Young Explorers, favoriserer Europa frem for Mars af en grund.”Antag,” siger han, “vi går til Mars og finder levende organismer under dens overflade, og de har DNA, som på jorden. Dette kan betyde, at DNA er et universelt molekyle af livet, og det er meget sandsynligt. Men det kan også betyde, at livet på jorden og på Mars har en fælles oprindelse."
Det er med sikkerhed kendt, at klippefragmenter, der blev slået ud af Mars overflade af asteroidestød, nåede jorden og faldt i form af meteoritter. Sandsynligvis, og fragmenter af terrestriske klipper nåede Mars. Hvis der var levende mikroorganismer inde i disse rumvandrere, der kunne overleve rejsen, ville de føde liv på planeten, hvor de "landede". "Hvis det viser sig, at Mars-livet er baseret på DNA," siger Hand, "vil det være vanskeligt for os at afgøre, om det opstod uafhængigt af jorden." Her ligger Europa langt længere væk fra os. Hvis der findes liv der, vil det indikere dets uafhængige oprindelse - selv med DNA.
Europa har utvivlsomt livsvilkår: rigeligt med vand, og der kan være varme kilder på havbunden, der kan levere mikronæringsstoffer. Kometer falder undertiden på Europa, som indeholder organisk materiale, hvilket også bidrager til udviklingen af livet. Derfor synes ideen om en ekspedition til denne måne af Jupiter meget attraktiv.
Under det revnede isark i Europa, som vi ser på dette billede fra Galileo-rumfartøjet, ligger et hav, hvor alle de nødvendige betingelser for liv kan findes.
Desværre blev lanceringen af rumfartøjet, som US National Research Council anslog til $ 4,7 mia., Anset for skønt det var videnskabeligt berettiget for dyrt. Et hold ved Jet Propulsion Laboratory, ledet af Robert Pappalardo, gik tilbage til tegningerne og udviklede et nyt projekt: Europa Clipper ville kredse om Jupiter snarere end Europa, som ville bruge mindre brændstof og spare penge; på samme tid vil den nærme sig Europa 45 gange, så forskere kan se dens overflade og bestemme den kemiske sammensætning af atmosfæren og indirekte - af havet.
Pappalardo sagde, at det nye projekt vil koste mindre end 2 milliarder dollars. "Hvis denne idé godkendes," siger han, "kunne vi starte i begyndelsen eller midten af 2020'erne." Atlas V-bæreraketten hjælper med at komme til Europa om seks år, og hvis det nye lanceringssystem, som NASA i øjeblikket udvikler, er involveret, tager det kun 2,7 år.
På NASAs Jet Propulsion Laboratory undersøger forskere en sonde, der ligner det, der snart vil være i stand til at trænge igennem isen af Jupiters måne Europa.
Sandsynligvis vil Clipper ikke være i stand til at finde liv i Europa, men den vil indsamle data for at retfærdiggøre den næste ekspedition, der allerede er et køretøj til nedstigning, der tager isprøver og studerer dets kemiske sammensætning, som roverne gjorde. Derudover vil Clipper identificere de bedste landingssteder. Det næste trin efter landeren - at sende en sonde til Europa for at undersøge havet - kan være meget sværere: alt afhænger af tykkelsen af isdækket. Forskere tilbyder også et tilbagefald: at udforske søen, som kan være nær isens overflade. "Når vores undervandsfartøj endelig er født," siger Hand, "vil det være Homo sapiens sammenlignet med Australopithecus, vi tester i Alaska."
Enheden, der vil blive testet på Sukok-søen, kravler langs undersiden af en isflok på 30 centimeter, snuggling mod den, og dens sensorer måler temperatur, saltindhold og surhedsgrad og andre vandparametre. Han leder imidlertid ikke direkte efter levende organismer - dette er forskernes opgave, der arbejder på den anden side af søen. Den ene er John Priscu fra University of Montana, der sidste år opdagede levende bakterier i Lake Willians, 800 meter under det vestlige Antarktis. Sammen med geobiolog Alison Murray fra Institute for Desert Research i Reno, Nevada, finder Priscu ud af, hvordan koldtvandsforhold skal være for at støtte livet, og hvem der bor der.
Så nyttigt som studiet af ekstremofile er til forståelse af livets natur uden for vores planet, giver det kun jordiske spor til at opklare udenjordiske mysterier. Imidlertid vil vi snart have andre måder at finde de manglende variabler i Drake-ligningen: NASA har planlagt i 2017 starten på teleskopet - TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite, eller en satellit til undersøgelse af forbipasserende exoplaneter, det vil sige dem, der passerer på baggrund af disken til deres stjerne). TESS vil ikke kun søge efter planeter nær stjernerne tættest på os, men også identificere spor af gasser i deres atmosfære, hvilket indikerer tilstedeværelsen af liv. Selvom den gamle mand Hubble tillod opdagelsen af skyer på superjorden - GJ 1214b.
Imidlertid betyder fascinationen med at søge efter spor af liv og ekstremofiler, at molekyler af levende ting på alle planeter indeholder kulstof, og vand tjener som opløsningsmiddel. Dette er helt acceptabelt, da kulstof og vand er rigelige i hele vores galakse. Plus, vi ved bare ikke, hvilke tegn vi skal kigge efter liv uden kulstof.”Hvis vi går ud fra sådanne lokaler i vores søgning, kan vi slet ikke finde noget,” siger Dimitar Sasselov. "Du skal i det mindste forestille dig nogle af de mulige alternativer og forstå, hvad du ellers skal være opmærksom på, når du studerer den fremmede atmosfære." Forestil dig for eksempel svovlcyklus i stedet for kulstofcyklussen, der hersker på Jorden …
Blandt disse semi-fantastiske projekter er ideen, som astrobiologi startede med for et halvt århundrede siden, helt tabt. Selvom Frank Drake er officielt pensioneret, fortsætter han med at søge efter udenjordiske signaler - en søgning, der, hvis han lykkes, vil overskygge alt andet. På trods af at finansieringen til SETI næsten er ophørt, er Drake begejstret for et nyt projekt - på udkig efter lysglimt udsendt af udenjordiske civilisationer i stedet for radiosignaler. "Vi er nødt til at prøve alle mulighederne," siger han, "da vi ikke har nogen idé om, hvad og hvordan udlændinge faktisk klarer sig."
National Geographic juli 2014