De som bor på jorden i dag kan være skjebnebestemt til å finne ut svaret på et av de eldste spørsmålene som er interessante for menneskeheten: er vi alene i universet?
Så snart en terrengrobot låser seg på undersjøen av en isflak på en av innsjøene i Alaska, mottar et signal fra NASAs Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, California, blinker en søkelys på den. "Det funket!" - utbryter ingeniør John Leicty, krøpet i et telt på isen. Sannsynligvis kan ikke denne hendelsen kalles et stort trinn i teknologi, men som det første trinnet på veien for å utforske en fjern satellitt fra en annen planet, vil den gjøre det.
Mer enn sju tusen kilometer sør i Mexico vandrer geomikrobiolog Penelope Boston kne-dypt i vann gjennom en ugjennomtrengelig mørke i en hule. Som andre forskere i gruppen hennes, trakk Boston på en kraftig åndedrettsvern og drar en boks med luft for ikke å bli forgiftet av hydrogensulfid og karbonmonoksid, som siver inn i grottene, og den underjordiske strømmen som vasker støvlene hennes bærer svovelsyre. Plutselig lyser en Boston-lommelyktstråle en langstrakt dråpe med tykk gjennomsiktig væske som oser fra den porøse kalksteinveggen i hulen. "Er det ikke deilig?" Utbryter hun.
Kanskje, i en frossen arktisk innsjø og en tropisk hule fylt med giftige røyk, vil det være mulig å finne ledetråder som vil hjelpe deg med å svare på et av de mest uoppnåelige og eldgamle spørsmålene på jorden: er det liv på Mars? (Vel, eller i det minste et sted utenfor planeten vår?) Livet til andre verdener, enten i vårt solsystem eller i nærheten av andre stjerner, kan godt lure under isen som dekker hele havene, som på Europa, månen til Jupiter, eller i tett forseglet og gassfylte huler, som det sannsynligvis er mange av på Mars. Hvis du lærer å identifisere og identifisere livsformer som trives under lignende forhold på jorden, vil det være lettere å finne noe lignende utenfor det.
Det er vanskelig å si på hvilket tidspunkt søket etter livet blant stjernene gikk fra science fiction til vitenskap, men en av de viktigste begivenhetene var møtet med forskere i november 1961. Den ble organisert av Frank Drake, en ung radioastronom, fascinert av ideen om å finne radiobølger av fremmed opprinnelse.
"Den gang," minnes Drake, nå 84, "var søket etter utenomjordisk etterretning [Søk etter utenomjordisk intelligens - SETI] litt av et tabu." Imidlertid, med støtte fra direktøren for laboratoriet hans, samlet Frank flere astronomer, kjemikere, biologer og ingeniører for å diskutere problemene som astrobiologi - vitenskapen om utenomjordisk liv - har å gjøre med i dag.
Drake ønsket at kollegene hans skulle gi ham råd om hvor smart det ville være å bruke betydelig radioteleskoptid på å lytte til radiooverføringer fra romvesener, og hvilken måte å finne utenomjordisk liv på som kan være den mest lovende. Han var også interessert i hvor mange sivilisasjoner galaksen vår, Melkeveien, kan telle, og før gjestene ankom, skrev Frank en ligning på tavlen.
Kampanjevideo:
Denne nå berømte Drake-ligningen bestemmer antall sivilisasjoner vi kan oppdage, basert på hastigheten for dannelse av stjerner i Melkeveien, multiplisert med brøkdelen av stjerner med planeter, deretter med gjennomsnittlig antall planeter med passende forhold for livet i ett stjernesystem (planeter må være på størrelse omtrent størrelsen på jorden og være i den beboelige sonen til stjernen), deretter - til andelen av planetene der liv kunne oppstå, og til andelen av dem der intelligens kunne vises, og til slutt til andelen av de der intelligente livsformer er i stand til å oppnå av et slikt utviklingsnivå for å sende gjenkjennelige radiosignaler, og i den gjennomsnittlige tiden slike sivilisasjoner fortsetter å sende dem eller til og med eksisterer.
Hvis slike samfunn er tilbøyelige til å ødelegge seg selv i atomkrig bare noen få tiår etter radioens oppfinnelse, vil antallet deres sannsynligvis være veldig lite til enhver tid.
Ligningen er stor, bortsett fra en inkonsekvens. Ingen hadde engang en vag idé om hva alle disse brøkene og tallene var lik, bortsett fra den aller første variabelen, dannelseshastigheten til stjerner som ligner solen. Alt annet var rent gjetning. Selvfølgelig, hvis forskere som søker etter liv i verdensrommet var i stand til å oppdage et utenomjordisk radiosignal, ville alle disse antagelsene miste sin mening. Men i fravær av slike, måtte spesialister i alle variablene i Drake-ligningen finne sine nøyaktige verdier - for å finne ut hvor ofte solstjerne har planeter. Vel, eller avslør hemmeligheten bak livets opprinnelse …
En tredjedel av et århundre gikk før tilnærmet verdier kunne erstattes i ligningen. I 1995 oppdaget Michel Mayor og Didier Kelo ved Universitetet i Genève den første planeten i et annet stjernesystem i solklassen. Denne planeten - 51 Pegasi b, 50 lysår langt fra oss, er en enorm gasskule omtrent halvparten av størrelsen på Jupiter; bane er så nær stjernen at den varer bare fire dager i et år, og temperaturen på overflaten overstiger tusen grader Celsius.
Ingen trodde engang at livet kunne oppstå under slike helvete forhold. Men oppdagelsen av enda en eksoplanet var allerede en stor suksess. Tidlig neste år fant en gruppe ledet av Jeffrey Marcy, deretter ved University of San Francisco og nå i Berkeley, en andre eksoplanet, og deretter en tredje, og demningen sprengte. I dag kjenner astronomer omtrent to tusen av de mest forskjellige eksoplaneter - begge større enn Jupiter og mindre enn jorden; flere tusen flere (de fleste ble oppdaget med det ultrafølsomme Kepler-romteleskopet) venter på at oppdagelsen skal bekreftes.
Ingen av de fjerne planetene er en eksakt kopi av jorden, men forskere er ikke i tvil om at dette vil bli funnet i nær fremtid. Basert på data fra flere større planeter har astronomer beregnet at mer enn en femtedel av soltypestjernene har beboelige, jordlignende planeter. Det er en statistisk sannsynlighet for at den nærmeste av dem ligger 12 lysår fra oss - etter kosmiske standarder, i neste gate.
Dette er oppmuntrende. De siste årene har bebodde verdensjegere imidlertid innsett at det er helt unødvendig å begrense søkene sine til stjerner som ligner på solen. “Da jeg var på skolen,” minnes David Charbonneau, en astronom ved Harvard,”ble vi fortalt at jorden dreier seg om den vanligste, gjennomsnittlige stjernen. Men dette er ikke slik. Faktisk er 70 til 80 prosent av stjernene i Melkeveien små, relativt kule, svake, rødlige kropper - røde og brune dverger.
Hvis en jordbasert planet dreide seg om en slik dverg i riktig avstand (nærmere stjernen enn jorden, for ikke å fryse over), kunne forholdene for livets fremvekst og utvikling utvikle seg på den. Dessuten trenger ikke en planet å være på størrelse med jorden for å være beboelig. "Hvis du er interessert i min mening," sier Dimitar Sasselov, en annen astronom i Harvard, "er enhver masse mellom en og fem jorder ideell." Det ser ut til at mangfoldet av beboelige stjernesystemer er mye rikere enn Frank Drake og hans konferansedeltakere kunne ha antatt i 1961.
Og det er ikke alt: det viser seg at temperaturforskjellen og mangfoldet av kjemiske miljøer der ekstremofile organismer (bokstavelig talt "elskere av ekstreme forhold") kan trives, også er bredere enn man kunne ha forestilt seg for et halvt århundre siden. På 1970-tallet oppdaget oseanografer, inkludert National Geographic Society-sponsede Robert Ballard, supervarme kilder på havbunnen - svartrøykere, der det er rike bakteriesamfunn.
Mikrober som lever av hydrogensulfid og andre kjemiske forbindelser, tjener igjen som mat for mer komplekse organismer. I tillegg har forskere funnet livsformer som trives i geysirer på land, i isete innsjøer gjemt under et lag av Antarktis som er hundrevis av meter tykke, under forhold med høy surhet, alkalitet eller radioaktivitet, i saltkrystaller og til og med i bergmikrosprekker dypt i jordens tarm. … "På planeten vår er dette innbyggere i smale nisjer," sier Lisa Kaltenegger, som jobber deltid ved Harvard og Max Planck Astronomical Institute i Heidelberg, Tyskland. "Det er imidlertid lett å forestille seg at de kan seire på andre planeter."
Den eneste faktoren, uten hvilken, ifølge biologer, livet slik vi kjenner det ikke kan eksistere, er flytende vann - et kraftig løsningsmiddel som kan levere næringsstoffer til alle deler av kroppen. Når det gjelder vårt solsystem, etter ekspedisjonen til den interplanetære stasjonen Mariner 9 til Mars i 1971, vet vi at det en gang strømmet vannstrømmer langs overflaten av den røde planeten. Kanskje eksisterte det også liv der, i det minste mikroorganismer - og det er mulig at en av dem kunne overleve i et flytende medium under planetens overflate.
På den relativt unge isflaten i Europa, Jupiters måne, er sprekker synlige, noe som indikerer at havet kruser under isen. I en avstand på omtrent 800 millioner kilometer fra solen, burde vannet fryse, men i Europa, under påvirkning av Jupiter og flere av dens andre satellitter, oppstår det tidevannsfenomener, og derfor frigjøres varme, og vannet under islaget forblir flytende. I teorien kan det også finnes liv der.
I 2005 oppdaget NASAs interplanetære romfartøy Cassini vanngeisere på overflaten av Enceladus, en annen Jupiters måne; forskning utført av Cassini i april i år bekreftet tilstedeværelsen av underjordiske vannkilder på denne månen. Forskerne vet imidlertid ennå ikke hvor mye vann som er skjult av isdekket i Enceladus, og heller ikke hvor lenge vannet er i flytende tilstand for å tjene som livets vugge. Titan, den største månen til Saturn, har elver og innsjøer, og det regner. Men dette er ikke vann, men flytende hydrokarboner som metan og etan. Kanskje det er liv der, men det er veldig vanskelig å forestille seg hva det er.
Mars er mye mer som jorden og mye nærmere den enn alle disse fjerne satellittene. Og fra hvert nytt kjøretøy til nedstigning forventer vi nyheter om oppdagelsen av livet der. Og nå utforsker NASAs nysgjerrighetsrøver Gale Crater, hvor det for en milliard år siden var en enorm innsjø, forhold der, å dømme etter den kjemiske sammensetningen av sedimentene, var gunstige for eksistensen av mikrober.
En hule i Mexico er selvfølgelig ikke Mars, og en innsjø i Nord-Alaska er ikke Europa. Men det var jakten på utenomjordisk liv som førte NASAs astrobiolog Kevin Hand og medlemmer av teamet hans, inkludert John Lakety, til Lake Sukok i Alaska. Og det er for dette Penelope Boston og hennes kolleger gjentatte ganger klatrer inn i den giftige Cueva de Villa Luz-hulen i nærheten av den meksikanske byen Tapihulapa.
Astrobiolog Kevin Hand forbereder seg på å lansere en robot under isen av Lake Sukok i Alaska.
Og der, og der, tester forskere ny teknologi for å finne liv under forhold som i det minste er delvis like de som romprober kan finne seg i. Spesielt ser de etter "spor av liv" - geologiske eller kjemiske tegn som indikerer dets tilstedeværelse, nå eller tidligere.
Ta for eksempel en meksikansk hule. Orbitere har fått informasjon om at det er hulrom på Mars. Hva om mikroorganismer overlevde der etter at planeten mistet atmosfæren og vannet på overflaten for omtrent tre milliarder år siden? Innbyggerne i Mars-hulene måtte finne en annen energikilde enn sollys - akkurat som slimdråpen som gledet Boston. Forskere refererer til disse uattraktive stripene som snotitter i analogi med stalaktitter. [På russisk kan dette begrepet høres ut som "snørret". - Ca. oversetter.] Det er tusenvis av dem i hulen, fra en centimeter til en halv meter lang, og de ser lite attraktive ut. Faktisk er dette en biofilm - et fellesskap av mikrober som danner en tyktflytende, tyktflytende boble.
"Mikroorganismene som lager snotitter er kjemotrofer," forklarer Boston. "De oksyderer hydrogensulfid, den eneste energikilden som er tilgjengelig for dem, og de frigjør dette slimet." Snotitt er bare et av lokalsamfunnene med mikroorganismer. Boston, forsker ved New Mexico Institute of Mining and Technology og National Caves and Karst Research Institute, sier: «Det er omtrent et dusin slike samfunn i hulen. Hver har et veldig særegen utseende. Hver er bygget inn i et annet ernæringssystem. " Et av disse samfunnene er spesielt interessant: det danner ikke dråper eller bobler, men dekker veggene i hulen med mønstre av flekker og linjer, i likhet med hieroglyffer.
Astrobiologer kalte disse mønstrene biovermer, fra ordet "vermicule" - et krøllete ornament. Det viser seg at slike mønstre "tegner" ikke bare mikroorganismer som lever i hulene til hulene. "Spor som disse vises på mange forskjellige steder der ernæring er lite," sier Keith Schubert, ingeniør og spesialist på bildesystemer ved Baylor University, som reiste til Cueva de Villa Luz for å sette opp kameraer for langsiktig overvåking i hulen. … - Røttene til gress og trær skaper også biovermer i tørre regioner; det samme skjer under dannelsen av ørkenjord under påvirkning av bakteriesamfunn, så vel som lav."
I dag er sporene av livet som astrobiologer leter etter, hovedsakelig gasser, som oksygen, som levende organismer på jorden gir fra seg. Imidlertid kan oksygensamfunn bare være en av de mange livsformene. "For meg," sier Penelope Boston, "bioverver er interessante fordi disse mønstrene til tross for deres forskjellige omfang og manifestasjon er veldig like overalt."
Boston og Schubert mener at fremveksten av biovermer, betinget av enkle regler for utvikling og kamp for ressurser, kan tjene som en indikator på livet som er karakteristisk for hele universet. Videre vedvarer biovermer selv etter at de mikrobielle samfunnene selv døde. "Hvis roveren finner noe slikt i hvelvene til en marshule," sa Schubert, "er det umiddelbart klart hvor man skal fokusere."
Skjelvende forskere og ingeniører jobber ved Sukok-sjøen med et lignende formål. Et av de undersøkte områdene av innsjøen ligger ved siden av en leir med tre små telt, som de kalte "NASAville", den andre - med et enkelt telt - ligger omtrent en kilometer unna. Siden boblene med metan som slippes ut på bunnen av innsjøen forstyrrer vannet, dannes det polynyas på det, og for å komme fra en leir til en annen med snøscooter, må du ta en sirkelrute - ellers vil du ikke falle gjennom isen lenge.
Det var takket være metan at forskere i 2009 først gjorde oppmerksom på Sukok og andre nærliggende innsjøer i Alaska. Denne gassen frigjøres av metan-dannende bakterier, som bryter ned organisk materiale, og tjener dermed som et av livstegnene som astrobiologer kan oppdage. Imidlertid frigjøres metan, for eksempel under vulkanutbrudd, dannet naturlig i atmosfæren til gigantiske planeter som Jupiter, så vel som i atmosfæren til Saturns måne Titan. Derfor er det viktig for forskere å skille metan fra biologiske kilder fra metan fra ikke-biologiske kilder. Hvis gjenstand for forskning er isdekket Europa, som Kevin Hand, så er Lake Sukok langt fra det verste stedet å forberede seg.
Hand, innehaver av National Geographic Grant for Young Explorers, favoriserer Europa fremfor Mars av en grunn. “Anta,” sier han, “vi drar til Mars og finner levende organismer under overflaten, og de har DNA, som på jorden. Dette kan bety at DNA er et universelt molekyl i livet, og dette er veldig sannsynlig. Men det kan også bety at livet på jorden og på Mars har en felles opprinnelse."
Det er kjent med sikkerhet at steinfragmenter som ble slått ut fra overflaten av Mars av asteroideeffekter, nådde jorden og falt i form av meteoritter. Sannsynligvis, og fragmenter av terrestriske bergarter nådde Mars. Hvis det var levende mikroorganismer inni disse romvandrerne som kunne overleve reisen, ville de føde liv på planeten der de "landet". "Hvis det viser seg at liv i Mars er basert på DNA," sier Hand, "vil det være vanskelig for oss å avgjøre om det oppsto uavhengig av jorden." Her ligger Europa mye lenger fra oss. Hvis liv blir funnet der, vil det indikere dets uavhengige opprinnelse - selv med DNA.
Europa har utvilsomt livsvilkår: rikelig med vann, og det kan være varme kilder på havbunnen som kan forsyne mikronæringsstoffer. Kometer faller noen ganger på Europa, som inneholder organisk materiale, som også bidrar til livets utvikling. Derfor virker ideen om en ekspedisjon til denne månen av Jupiter veldig attraktiv.
Under det sprukne isdekket i Europa, som vi ser på dette bildet fra romfartøyet Galileo, ligger et hav der alle nødvendige forhold for livet kan bli funnet.
Dessverre ble lanseringen av romfartøyet, som US National Research Council anslått til 4,7 milliarder dollar, ansett, mens det var vitenskapelig begrunnet, for dyrt. Et team ved Jet Propulsion Laboratory, ledet av Robert Pappalardo, gikk tilbake til tegningene og utviklet et nytt prosjekt: Europa Clipper ville bane Jupiter i stedet for Europa, som ville brukt mindre drivstoff og spart penger; samtidig vil den nærme seg Europa 45 ganger slik at forskere kan se overflaten og bestemme den kjemiske sammensetningen av atmosfæren, og indirekte - av havet.
Pappalardo sa at det nye prosjektet vil koste mindre enn 2 milliarder dollar. "Hvis denne ideen blir godkjent," sier han, "kan vi starte i begynnelsen eller midten av 2020-årene." Atlas V-bæreraketten vil bidra til å komme seg til Europa på seks år, og hvis det nye lanseringssystemet, som NASA for tiden er i ferd med å utvikle, er involvert i bare 2,7 år.
På NASAs Jet Propulsion Laboratory undersøker forskere en sonde som ligner på det som snart vil kunne trenge gjennom isen på Jupiters måne Europa.
Sannsynligvis vil ikke Clipper kunne finne liv i Europa, men den vil samle inn data for å rettferdiggjøre neste ekspedisjon, allerede et kjøretøy som kommer ned, som tar isprøver og studerer dets kjemiske sammensetning, slik roverne gjorde. I tillegg vil Clipper identifisere de beste landingsstedene. Det neste trinnet etter landeren - å sende en sonde til Europa for å studere havet - kan være mye vanskeligere: alt vil avhenge av tykkelsen på isdekket. Forskere tilbyr også et tilbakeslag: å utforske innsjøen, som kan være nær isens overflate. "Når nedsenkbart utstyr til slutt er født," sier Hand, "vil det være Homo sapiens sammenlignet med Australopithecus vi prøver i Alaska."
Enheten, som skal testes på Sukok-sjøen, kryper langs undersiden av en 30-centimeter isflak, og krummer seg mot den, og sensorene måler temperatur, saltinnhold og surhetsnivå og andre vannparametere. Imidlertid leter han ikke etter levende organismer direkte - dette er oppgaven til forskere som jobber på den andre siden av innsjøen. Den ene er John Priscu ved University of Montana, som i fjor oppdaget levende bakterier i Lake Willians, 800 meter under det vestlige Antarktis-iset. Sammen med geobiolog Alison Murray fra Institute for Desert Research i Reno, Nevada, finner Prisu ut hvordan kaldtvannsforhold må være for å støtte livet, og hvem som bor der.
Så nyttig som studiet av ekstremofiler er for å forstå livets natur utenfor planeten vår, gir den bare jordiske ledetråder for å løse mysterier utenomjordiske. Imidlertid vil vi snart ha andre måter å finne de manglende variablene til Drake-ligningene: NASA har planlagt for 2017 starten på teleskopet - TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite, eller en satellitt for å studere forbigående eksoplaneter, det vil si de som går mot bakgrunnen til stjernenes disk). TESS vil ikke bare søke etter planeter nær stjernene nærmest oss, men også identifisere spor av gasser i deres atmosfære, noe som indikerer tilstedeværelsen av liv. Selv om den gamle mannen Hubble tillot oppdagelsen av skyer på superjorden - GJ 1214b.
Imidlertid innebærer fascinasjonen med jakten på spor etter liv og ekstremofiler at molekylene til levende ting inneholder karbon på alle planeter, og vann fungerer som løsemiddel. Dette er helt akseptabelt siden karbon og vann er rikelig i hele galaksen vår. I tillegg vet vi bare ikke hvilke tegn å se etter liv uten karbon. "Hvis vi går fra slike lokaler i søket vårt, finner vi kanskje ikke noe i det hele tatt," sier Dimitar Sasselov. "Du må forestille deg i det minste noen av de mulige alternativene og forstå hva annet du trenger å være oppmerksom på når du studerer den fremmede atmosfæren." Tenk deg for eksempel svovelsyklusen i stedet for karbonsyklusen som hersker på jorden …
Blant disse semi-fantastiske prosjektene er ideen som astrobiologi begynte med for et halvt århundre siden, helt tapt. Selv om Frank Drake offisielt pensjonert, fortsetter han å lete etter utenomjordiske signaler - et søk som, hvis han lykkes, vil overskygge alt annet. Til tross for at finansieringen til SETI nesten har stoppet, er Drake full av entusiasme for et nytt prosjekt - å søke etter lysglimt som sendes ut av utenomjordiske sivilisasjoner i stedet for radiosignaler. "Vi må prøve alle alternativene," sier han, "siden vi ikke aner hva og hvordan romvesener egentlig gjør."
National Geographic juli 2014
