Nauka

Kosmos nas odmieni

Życie pozaziemskie coraz bliżej?

Tak mogą wyglądać zewnętrzne warstwy krążącej wokół Jowisza Europy. Żółty glob nad środkiem ilustracji to inny księżyc Jowisza – Io. Tak mogą wyglądać zewnętrzne warstwy krążącej wokół Jowisza Europy. Żółty glob nad środkiem ilustracji to inny księżyc Jowisza – Io. JPL-Caltech / NASA
Jeżeli poza Ziemią istnieją jakieś ślady życia, będziemy w stanie odnaleźć je w ciągu najbliższych lat. A wtedy inaczej spojrzymy na rzeczywistość.
Łazik Curiosity na Marsie w miejscu, w którym znalazł związki organiczne.NASA Łazik Curiosity na Marsie w miejscu, w którym znalazł związki organiczne.
Stawek Don Juan w Suchych Dolinach na Antarktydzie może być odpowiednikiem zbiorników marsjańskiej solanki.Wikipedia Stawek Don Juan w Suchych Dolinach na Antarktydzie może być odpowiednikiem zbiorników marsjańskiej solanki.

Artykuł w wersji audio

Jeszcze na początku lat 90. znaliśmy tylko jeden układ planetarny: nasz własny. Dziś liczba odkrytych planet pozasłonecznych, czyli egzoplanet, zbliża się do 4 tys., i jest to tylko przysłowiowy czubek góry lodowej. Jeśli bowiem znane układy planetarne są reprezentatywną próbką zawartości Drogi Mlecznej, to wokół jej gwiazd musi krążyć co najmniej pół biliona planet, w tym kilka do kilkudziesięciu miliardów skalistych, wielkości Ziemi, które od swych słońc otrzymują tyle samo ciepła i światła co my od naszego. Pozaziemskie życie ma się więc gdzie rozgościć i nadzieje na wykrycie jego śladów (tzw. biosygnatur) są dobrze uzasadnione.

Wiele widm

Poszukiwanie biosygnatur jest jednak zadaniem niezwykle trudnym, a przy obecnym stanie techniki wręcz niewykonalnym. Egzoplaneta wielkości Ziemi świeci miliardy razy słabiej niż jej macierzysta gwiazda. Badać ją to jakby analizować światło robaczka świętojańskiego siedzącego na obramowaniu reflektora latarni morskiej. Będzie to możliwe dopiero po uruchomieniu przyrządów następnej generacji, jak zbudowany już przez NASA i poddawany końcowym testom JWST (James Webb Space Telescope) czy zaprojektowany przez Europejskie Obserwatorium Południowe ELT (Extremely Large Telescope o średnicy prawie 40 m), którego budowa postępuje pełną parą w odludnym zakątku Andów chilijskich. JWST ma wejść na orbitę za niecałe trzy lata; uroczystość „pierwszego światła” na ELT planowana jest na 2024 r. Na razie astronomowie kontynuują poszukiwania egzoplanet, spośród których wytypowali już 55 najlepiej rokujących kandydatek do przyszłych szczegółowych obserwacji.

Przewidywana rozdzielczość obrazu egzoplanety wielkości Ziemi nie przekracza paru pikseli. Mimo to da się z niego wyczytać naprawdę dużo, czego dowodzą testy przeprowadzone ostatnio na University of California. Mając do dyspozycji dwuletnią serię odpowiednio zdegradowanych satelitarnych obrazów Ziemi, wyznaczono tam poprawnie długość doby, położenie zwrotników oraz tzw. albedo (współczynnik, który określa, ile procent energii dostarczanej przez macierzystą gwiazdę odbija się od planety w przestrzeń kosmiczną). Zaobserwowano także cykliczne wahania albedo związane ze zmianą pór roku. Komplet takich danych pozwala upewnić się, czy warunki panujące na planecie rzeczywiście sprzyjają rozwojowi życia. Jeśli tak, to w kolejnym kroku trzeba sięgnąć po dużo trudniej dostępne informacje zawarte w widmie planety, które otrzymuje się, przepuszczając zebrane przez teleskop światło przez urządzenie zwane spektrografem. Taka operacja, prosta i szybka w przypadku jasnych gwiazd, w przypadku egzoplanet staje się dużym wyzwaniem technicznym. Specjaliści z NASA szacują, że otrzymanie jednego widma może wymagać nawet 300 godzin pracy JWST, w ciągu których teleskop musi bez przerwy „wpatrywać się” w badany obiekt. Dlatego tak ważne są nieporównanie mniej czasochłonne obserwacje wstępne, które umożliwiają staranny wybór obiektów do badań widmowych.

Widmo planety jest swego rodzaju kodem kreskowym, który pozwala zidentyfikować występujące na niej pierwiastki i związki chemiczne. Żeby orzec, czy widać w nim ślady życia, trzeba je porównać z widmem „żywej” planety posiadającej dobrze rozwiniętą biosferę. Na razie nie mamy wyboru i jako wzorca musimy używać widma Ziemi, w którym obecność biosfery jest sygnalizowana przez tlen, parę wodną, dwutlenek węgla, metan i chlorofil. Wykrycie chlorofilu pozwoliłoby jednoznacznie stwierdzić, że obserwowana planeta żyje. Niestety, jego sygnał jest tak słaby, że ani JWST, ani ELT nie będą mogły go zarejestrować. Tlen, który z pozoru wydaje się równie wyraźnym śladem życia jak chlorofil, bywa jednak zwodniczy, ponieważ może uwalniać się w procesach czysto fizycznych (tj. bez udziału biosfery). Także dwutlenek węgla i metan mogą nie mieć nic wspólnego z organizmami żywymi, ale jeśli na danej planecie występują wraz z tlenem i wodą, to prawdopodobieństwo, że kwitnie na niej życie, i to dość podobne do ziemskiego, jest duże.

Egzoplanetarne biosygnatury będziemy mogli wykrywać już za kilka lat. Jak jednak podkreśla astrobiolog Shawn Domagal-Goldman z NASA Goddard Space Flight Center, ich ewentualne wykrycie „nie odpowie jednoznacznie na pytanie, czy istnieją pozaziemskie biosfery. Pozwoli co najwyżej stwierdzić, że obecność organizmów żywych jest najbardziej prawdopodobnym objaśnieniem cech obserwowanej planety”. To samo ograniczenie dotyczy każdej „zdalnej” metody poszukiwania życia, która nie odwołuje się do obserwacji mikroskopowych i analiz laboratoryjnych. Przyrządów zdolnych do takich badań nie da się w przewidywalnej przyszłości umieścić na egzoplanetach, za to już od kilkudziesięciu lat wysyła się je w różne zakątki Układu Słonecznego. Nikt oczywiście nie szuka tam rozwiniętych biosfer, ale nadzieje na wykrycie prostych form życia lub choćby pozostałości po dawnych mikroorganizmach nie maleją, a dzięki odkryciom dokonanym przez próbniki Galileo i Cassini oraz przez wędrujący po Marsie łazik Curiosity wręcz rosną.

Jedna planeta

Choć przy średniej temperaturze –55 st. C i prawie całkowitym braku atmosfery Mars nie wydaje się szczególnie sprzyjać życiu, w jego przypadku podstawy do optymizmu są naprawdę solidne. Przede wszystkim jest na nim woda. Na jej główne zasoby składają się obecnie lodowe czapy biegunowe i wieczna zmarzlina; wiadomo też o istnieniu ciekłych zbiorników podpowierzchniowych, prawdopodobnie silnie zasolonych. Dawno temu marsjańskiej wody było znacznie więcej, o czym świadczą świetnie zachowane, suche dziś koryta rzeczne i wypełnione osadami misy jeziorne. W skamieniałym mule, który od trzech miliardów lat zalega jedną z tych mis, Curiosity wykrył ostatnio związki organiczne. Ich pochodzenia nie udało się ustalić, mogą więc być produktem procesów geologicznych, ale także pozostałością dawnych mikrobów (trzy miliardy lat temu na uformowanej jednocześnie z Marsem Ziemi mikroby nie tylko istniały, lecz łączyły się już w makroskopowe kolonie – tzw. stromatolity). Jednoznaczną diagnozę powinny umożliwić próbki pobrane z niedostępnych dla Curiosity głębszych warstw osadów, do których za trzy lata ma się dowiercić europejski łazik ExoMars Rover.

Równie ciekawie wygląda drugie z najnowszych odkryć Curiosity. Okazuje się, że stężenie metanu w resztkowej atmosferze Marsa oscyluje w rytm tamtejszych pór roku, od maksimum pod koniec lata do minimum w zimie. Najprawdopodobniej źródłem metanu są zawarte w wiecznej zmarzlinie klatraty (wodno-metanowy lód, występujący także na Ziemi), z których gaz ten miałby przesiąkać tuż pod powierzchnię marsjańskiego gruntu i uwalniać się do atmosfery w tempie zależnym od temperatury. Na Ziemi metan uwalniany ze zmarzliny ma pochodzenie czysto biologiczne. Nie przesądza to oczywiście o pochodzeniu metanu marsjańskiego, ale przydaje mu niewątpliwie ekscytujący kontekst. Tę metanową zagadkę ma szanse rozwiązać europejski próbnik ExoMars Trace Gas Orbiter, który od kilku miesięcy bada atmosferę Marsa, prowadząc poszukiwania i monitoring gazów mogących ujawnić aktywność biologiczną tej planety.

Niezależnym wątkiem problemu życia na Marsie są badania ziemskich ekstremofili – jednokomórkowych organizmów, które świetnie prosperują w środowiskach przypominających bardziej Marsa niż Ziemię. Jedno z takich środowisk – fragment pustyni Atacama położony na wysokości 6 tys. m n.p.m. u stóp wulkanu Llullaillaco na pograniczu Chile i Argentyny – zbadał zespół naukowy kierowany przez Ryana Lyncha z University of Colorado. Ciśnienie jest tam dwukrotnie niższe niż na poziomie morza, dzienna dawka promieniowania UV ponaddwukrotnie większa, a pojawiająca się po sporadycznych i bardzo skąpych opadach warstewka śniegu niemal natychmiast sublimuje. Tamtejszy grunt jest jednym z najsuchszych na Ziemi i – jakby tego było mało – jego temperatura waha się od –10 st. C w nocy do prawie +60 st. C w dzień. W tych skrajnych warunkach funkcjonuje jednak kilkanaście gatunków mikrobów, które – jak mówi Lynch – „są co najmniej w 5 proc. odmienne genetycznie od którejkolwiek z 2,5 mln próbek DNA w naszej bazie danych”. Nadzieje badaczy ekosystemu Atacamy podsumował planetolog Dirk Schulze-Makuch z Washington State University, stwierdzając: „jeśli życie jest w stanie przetrwać w takich miejscach na Ziemi, to szanse, że daje sobie radę na Marsie, są całkiem spore”.

Pół kilo soli

Jeszcze lepszym przybliżeniem środowiska marsjańskiego są antarktyczne Suche Doliny (Dry Valleys) w pobliżu największej na tym kontynencie bazy McMurdo. Ten bardzo nietypowy, bo niemal całkowicie pozbawiony lodowo-śnieżnej pokrywy skrawek Antarktydy leży w całości poniżej 2,5 tys. m n.p.m. Średnia roczna temperatura waha się tam od –15 st. C do –30 st. C, a śniegu spada w ciągu roku zaledwie tyle, że po stopieniu utworzyłby warstwę wody głębokości od 3 do 50 mm (dla porównania: średni roczny opad w Warszawie sięga 700 mm). Z tym że w Suchych Dolinach śnieg nie topnieje, lecz tuż po opadzie jest usuwany przez niemal nieustannie wiejące wiatry. Grunt jest więc tam prawie równie suchy jak na Atacamie. W 2009 r. ekspedycja amerykańsko-kanadyjska przebadała wieczną zmarzlinę Suchych Dolin, nie znajdując w niej żadnych śladów życia. Ale już dwa lata później zespół kierowany przez Jill Mikucki z University of Tennessee zlokalizował leżące pod warstwą wiecznej zmarzliny zbiorniki zasolonej wody, najprawdopodobniej zamieszkane przez beztlenowe bakterie, które wcześniej wykryto w solankowym wywierzysku na górnym piętrze doliny.

Odkrycia te powiązał z Marsem próbnik Mars Reconnaissance Orbiter, wykrywszy w równikowym pasie naszego planetarnego sąsiada coś, co wygląda na uaktywniające się wiosną i zamierające jesienią wypływy solanki. Na obecność solanki na Marsie wskazują też dane dostarczone przez próbnik Phoenix Lander i łazik Curiosity. Co więcej, kilka tygodni temu radar próbnika Mars Express odebrał echo odbite najprawdopodobniej od powierzchni zasolonego jeziora ukrytego na głębokości około półtora kilometra pod południową czapą lodową planety. Podążając tym słonym tropem, Dirk Schulze-Makuch przenosi się z Atacamy do Suchych Dolin, gdzie zamierza szukać mikrobów w Don Juan Pond – niewielkim stawku, zasilanym, jak się wydaje, przez wysięk spod zmarzliny. W litrze cieczy z tego zbiornika znajduje się prawie pół kilograma soli, dzięki czemu zamarza on dopiero przy –50 st. C. Jeśli planowana ekspedycja wykryje w nim jakieś ekstremofile, szanse na znalezienie marsjańskich drobnoustrojów wydatnie wzrosną.

Dwa księżyce

Oprócz Marsa lista potencjalnych siedlisk życia w Układzie Słonecznym obejmuje co najmniej dwa z księżyców Jowisza i Saturna. Te stosunkowo niewielkie globy są ogrzewane „od środka” przez pochodzące od macierzystych planet siły pływowe, które u nas powodują przypływy i odpływy morza. Pływowe grzanie może być bardzo intensywne, o czym świadczy usiany czynnymi wulkanami i jeziorami lawy jowiszowy księżyc Io. Efektywność pływów słabnie jednak szybko w miarę oddalania się od ich źródła, i krążąca nieco dalej od Jowisza Europa wygląda już zupełnie inaczej: pokrywa ją lodowa skorupa unosząca się na zasolonym oceanie o głębokości szacowanej na 80–150 km. Energię pływów odprowadzają tu nie wulkany, lecz strzelające na prawie 200 km w górę gejzery, których erupcje zostały zaobserwowane przez Galileo i – niezależnie – przez kosmiczny teleskop Hubble’a.

Podobnie wygląda saturnowy Enceladus. Próbnik Cassini odkrył na nim gejzery, które wyrzucają wodę z taką siłą, że powstające z niej kryształki lodu wchodzą na orbitę wokół Saturna i układają się w jeden z jego pierścieni. Te kosmiczne fontanny działają niemal bez przerwy, dzięki czemu Cassini mógł wielokrotnie przez nie przelecieć i zbadać ich skład chemiczny. Do 2014 r. stwierdził obecność amoniaku, wodoru, metanu, dwutlenku węgla oraz soli sodu i potasu, a ponadto mikrokryształów kwarcu, do których powstania niezbędna jest bardzo gorąca woda. Najciekawsze odkrycie ogłoszono jednak dopiero w czerwcu tego roku, kilka miesięcy po zakończeniu misji Cassiniego. Zespół Franka Postberga z Universität Heidelberg przeanalizował komplet danych zebranych podczas przelotów próbnika nad gejzerami, wykrywając sygnatury związków organicznych złożonych z co najmniej kilkudziesięciu atomów.

Wszystkie aspekty aktywności Enceladusa można wytłumaczyć w jeden tylko sposób: na dnie jego oceanu muszą znajdować się kominy hydrotermalne – rodzaj bardzo gorących źródeł bogatych w różne substancje chemiczne. W połączeniu z obecnością związków organicznych jest to wyraźną wskazówką, że mogło się tam rozwinąć życie, być może równie bujne jak w podmorskich oazach wokół ziemskich kominów hydrotermalnych, z których istnienia zdano sobie sprawę w 1977 r. Te niecodzienne formy występują na naszej planecie w śródoceanicznych dolinach ryftowych, czyli w miejscach, gdzie woda wchodzi w kontakt z magmą przekształcającą się w nowe dno morskie. Ponieważ światło słoneczne tam nie dociera, lokalne ekosystemy funkcjonują dzięki energii chemicznej zmagazynowanej w dostarczanych przez kominy roztworach.

Jeśli pozaziemskie życie istnieje lub choćby istniało, powinniśmy się o tym dowiedzieć przed końcem następnej dekady. Załóżmy, że właśnie zostało znalezione – na Marsie lub gdziekolwiek indziej – i że jest wystarczająco odmienne od ziemskiego, by wykluczyć jakiekolwiek pokrewieństwo. Czy wpłynie to na nasz stosunek do rzeczywistości? Czy cokolwiek zmieni w jej postrzeganiu? Odpowiedź jest jednoznaczna, choć może nie od razu oczywista: bezpowrotnie zniknie metafizyczna otoczka życia. Jego narodziny okażą się zwykłą fizyczną koniecznością, taką jak powstawanie płatków śniegu, zaś ono samo po prostu jeszcze jednym stanem materii.

Polityka 40.2018 (3180) z dnia 02.10.2018; Nauka; s. 64
Oryginalny tytuł tekstu: "Kosmos nas odmieni"
Więcej na ten temat
Reklama

Codzienny newsletter „Polityki”. Tylko ważne tematy

Na podany adres wysłaliśmy wiadomość potwierdzającą.
By dokończyć proces sprawdź swoją skrzynkę pocztową i kliknij zawarty w niej link.

Informacja o RODO

Polityka RODO

  • Informujemy, że administratorem danych osobowych jest Polityka Sp. z o.o. SKA z siedzibą w Warszawie 02-309, przy ul. Słupeckiej 6. Przetwarzamy Twoje dane w celu wysyłki newslettera (podstawa przetwarzania danych to konieczność przetwarzania danych w celu realizacji umowy).
  • Twoje dane będą przetwarzane do chwili ew. rezygnacji z otrzymywania newslettera, a po tym czasie mogą być przetwarzane przez okres przedawnienia ewentualnych roszczeń.
  • Podanie przez Ciebie danych jest dobrowolne, ale konieczne do tego, żeby zamówić nasz newsletter.
  • Masz prawo do żądania dostępu do swoich danych osobowych, ich sprostowania, usunięcia lub ograniczenia przetwarzania, a także prawo wniesienia sprzeciwu wobec przetwarzania, a także prawo do przenoszenia swoich danych oraz wniesienia skargi do organu nadzorczego.

Czytaj także

Ja My Oni

Jak komunikować swoje potrzeby

Jak wyrazić swoje potrzeby, aby inni je uwzględniali.

Anna Dąbrowska, Anna Dobrowolska
06.02.2018
Reklama

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną