Morda je današnjim, ki danes živijo na Zemlji, usojeno izvedeti odgovor na eno najstarejših vprašanj, ki zanimajo človeštvo: ali smo sami v vesolju?
Takoj, ko terenski robot, ki se zaskoči na podvodno stran ledene plošče v enem od jezer na Aljaski, prejme signal iz NASA-jevega laboratorija za reaktivni pogon v Pasadeni v Kaliforniji, na njem zasveti reflektor. "Delovalo je!" - vzklikne inženir John Leicty, stisnjen v šotor na ledu. Verjetno temu dogodku ne moremo reči velik korak v tehnologiji, a kot prvi korak na poti raziskovanja oddaljenega satelita drugega planeta bo to storil.
Več kot sedem tisoč kilometrov južno v Mehiki geomikrobiologinja Penelope Boston tava do kolen v vodi skozi nepregledno temo jame. Tako kot drugi znanstveniki iz njene skupine je tudi Boston potegnil močan respirator in povlekel pločevinko zraka, da se ne zastrupita z vodikovim sulfidom in ogljikovim monoksidom, ki pronicata v jame, podzemni tok, ki pere njene čevlje, pa vsebuje žveplovo kislino. Nenadoma bostonski žarek svetilke osvetli podolgovato kapljico goste prosojne tekočine, ki curlja iz porozne apnenčaste stene jame. "Ali ni ljubko?" Vzklikne.
Morda bo v zamrznjenem arktičnem jezeru in tropski jami, polni strupenih hlapov, mogoče najti namige, ki bodo pomagali odgovoriti na eno najbolj nerešljivih in starodavnih vprašanj na Zemlji: ali obstaja življenje na Marsu? (No, ali vsaj nekje zunaj našega planeta?) Življenje drugih svetov, bodisi v našem osončju bodisi v bližini drugih zvezd, se lahko skriva pod ledom, ki pokriva celotne oceane, na primer v Evropi, luni Jupitra, ali v tesno zaprtem in jame, napolnjene s plinom, ki jih je na Marsu verjetno veliko. Če se naučite prepoznavati in prepoznavati življenjske oblike, ki uspevajo v podobnih razmerah na Zemlji, boste lažje našli kaj podobnega zunaj njega.
Težko je reči, kdaj se je iskanje življenja med zvezdami iz znanstvene fantastike preusmerilo v znanost, a eden ključnih dogodkov je bilo srečanje znanstvenikov novembra 1961. Organiziral ga je Frank Drake, mladi radijski astronom, očaran nad idejo iskanja radijskih valov tujega izvora.
"Takrat," se spominja Drake, zdaj 84-letnik, "je bilo iskanje zunajzemeljske inteligence [Search for Extraterrestrial Intelligence - SETI] nekakšen tabu." Vendar je Frank s podporo direktorja svojega laboratorija združil več astronomov, kemikov, biologov in inženirjev, da bi razpravljali o vprašanjih, s katerimi se danes ukvarja astrobiologija - znanost o nezemeljskem življenju.
Drake je želel, da mu kolegi svetujejo, kako pametno bi bilo, če bi poslušanju tujih radijskih oddaj namenili pomemben čas radijskega teleskopa, in kakšen bi lahko bil najbolj obetaven način iskanja nezemeljskega življenja. Zanimalo ga je tudi, koliko civilizacij ima naša galaksija, Mlečna cesta, in preden so prišli gostje, je Frank na tablo zapisal enačbo.
Promocijski video:
Ta zdaj znana Drakejeva enačba določa število civilizacij, ki jih lahko zaznamo na podlagi stopnje tvorbe zvezd v Mlečni cesti, pomnožene z deležem zvezd s planeti, nato s povprečnim številom planetov z ustreznimi pogoji za življenje v enem zvezdnem sistemu (planeti morajo biti velikosti velikosti Zemlje in biti v bivalnem območju njene zvezde), nato na delež planetov, kjer bi lahko nastalo življenje, in na delež tistih med njimi, kjer bi se lahko pojavil um, in končno na delež tistih, kjer lahko inteligentne oblike življenja dosežejo takšne stopnje razvoja za pošiljanje prepoznavnih radijskih signalov in za povprečni čas, v katerem jih takšne civilizacije še naprej pošiljajo ali celo obstajajo.
Če so takšne družbe nagnjene k uničenju v jedrski vojni le nekaj desetletij po izumu radia, potem bo njihovo število v danem trenutku verjetno zelo majhno.
Enačba je odlična, razen ene nedoslednosti. Nihče ni imel niti nejasne predstave, čemu vse te frakcije in številke so enake, razen prve spremenljivke, hitrosti tvorjenja zvezd, podobnih soncu. Vse drugo so bila zgolj ugibanja. Če bi znanstveniki, ki iščejo življenje v vesolju, lahko zaznali nezemeljski radijski signal, bi vse te predpostavke izgubile svoj pomen. Toda če teh ni bilo, so morali strokovnjaki za vse spremenljivke Drakeove enačbe najti njihove natančne vrednosti - da bi ugotovili, kako pogosto imajo zvezde sončnega tipa planete. No, ali pa razkrijte skrivnost izvora življenja na Zemlji …
Minilo je tretjino stoletja, preden so v enačbo lahko nadomestili še približne vrednosti. Leta 1995 sta Michel Mayor in Didier Kelo z univerze v Ženevi odkrila prvi planet v drugem zvezdnem sistemu sončnega razreda. Ta planet - 51 Pegasi b, oddaljen 50 svetlobnih let od nas, je ogromna plinasta krogla, približno polovico manjša od Jupitra; njegova orbita je tako blizu zvezde, da eno leto traja le štiri dni, temperatura na površini pa preseže tisoč stopinj Celzija.
Nihče ni niti pomislil, da bi življenje lahko nastalo v tako peklenskih razmerah. Toda odkritje enega samega eksoplaneta je že bilo velik uspeh. V začetku naslednjega leta je skupina, ki jo je vodil Jeffrey Marcy, nato na Univerzi v San Franciscu in zdaj na Berkeleyju, našla drugi eksoplanet in nato še tretjega, jez pa je počil. Danes astronomi poznajo skoraj dva tisoč najrazličnejših eksoplanetov - večjih od Jupitra in manjših od Zemlje; še nekaj tisoč (večino so odkrili z ultra občutljivim vesoljskim teleskopom Kepler) čaka na potrditev odkritja.
Noben od oddaljenih planetov ni natančna kopija Zemlje, vendar znanstveniki ne dvomijo, da jo bodo našli v bližnji prihodnosti. Na podlagi podatkov več večjih planetov so astronomi izračunali, da ima več kot petina zvezd sončnega tipa bivalne planete, podobne Zemlji. Obstaja statistična verjetnost, da se najbližji od njih nahaja 12 svetlobnih let od nas - po vesoljnih merilih, v naslednji ulici.
To je spodbudno. Vendar pa so v zadnjih letih naseljeni svetovni lovci spoznali, da njihovega iskanja sploh ni treba omejiti na zvezde, podobne Soncu. "Ko sem bil v šoli," se spominja David Charbonneau, astronom s Harvarda, "so nam rekli, da se Zemlja vrti okoli najbolj običajne, povprečne zvezde. Ampak to ni tako. " Pravzaprav je od 70 do 80 odstotkov zvezd na Mlečni poti majhnih, razmeroma hladnih, rahlih, rdečkastih teles - rdečih in rjavih palčkov.
Če bi se zemeljski planet vrtil okoli takega škrata na pravilni razdalji (bližje zvezdi kot Zemlji, da ne bi zmrznil), bi se na njem lahko razvili pogoji za nastanek in razvoj življenja. Poleg tega planetu ni treba biti velikosti Zemlje, da bi bil vseljiv. "Če vas zanima moje mnenje," pravi Dimitar Sasselov, še en astronom s Harvarda, "potem je idealna katera koli masa med eno in petimi Zemlje." Zdi se, da je raznolikost bivalnih zvezdnih sistemov veliko bogatejša, kot bi lahko domnevali Frank Drake in njegovi udeleženci konference leta 1961.
In to še ni vse: izkazalo se je, da sta tudi temperaturna razlika in raznolikost kemičnih okolij, v katerih lahko uspevajo ekstremofilni organizmi (dobesedno "ljubitelji ekstremnih razmer"), širši, kot bi si lahko predstavljali pred pol stoletja. V sedemdesetih so oceanografi, med njimi tudi Robert Ballard, ki ga je sponzoriralo National Geographic Society, na dnu oceana odkrili super vroče vrelce - črne kadilce, v bližini katerih so bogate bakterijske skupnosti.
Mikrobi, ki se hranijo z vodikovim sulfidom in drugimi kemičnimi spojinami, pa služijo kot hrana za bolj zapletene organizme. Poleg tega so znanstveniki odkrili življenjske oblike, ki uspevajo v gejzirjih na kopnem, v ledenih jezerih, skritih pod plastjo antarktičnega ledu, debelega več sto metrov, v pogojih visoke kislosti, alkalnosti ali radioaktivnosti, v kristalih soli in celo v kamnitih razpokah globoko v črevesju Zemlje. … "Na našem planetu so to prebivalci ozkih niš," pravi Lisa Kaltenegger, ki honorarno dela na Harvardu in na astronomskem inštitutu Max Planck v Heidelbergu v Nemčiji. "Vendar si je lahko predstavljati, da lahko na drugih planetih prevladajo."
Edini dejavnik, brez katerega po mnenju biologov življenje, kakršno vemo, da ne more obstajati, je tekoča voda - močno topilo, ki je sposobno dostaviti hranila v vse dele telesa. Kar zadeva naš sončni sistem, po odpravi medplanetarne postaje Mariner 9 na Mars leta 1971 vemo, da so nekoč vodni tokovi tekali po površini rdečega planeta. Morda je tam obstajalo tudi življenje, vsaj mikroorganizmi - in mogoče je, da bi nekateri izmed njih lahko preživeli v tekočem mediju pod površjem planeta.
Na razmeroma mladi ledeni površini Evrope, Jupitrove lune, so vidne razpoke, ki kažejo, da se ocean vali pod ledom. Na razdalji približno 800 milijonov kilometrov od Sonca bi morala voda zmrzniti, toda v Evropi se pod vplivom Jupitra in številnih drugih satelitov nenehno pojavljajo plimski pojavi, zaradi katerih se sprošča toplota, voda pod ledeno plastjo pa ostane tekoča. V teoriji lahko tudi tam obstaja življenje.
Leta 2005 je NASA-ina medplanetarna vesoljska ladja Cassini odkrila vodne gejzirje na površini Enceladusa, druge Jupitrove lune; raziskava Cassinija aprila letos je potrdila prisotnost podzemnih vodnih virov na tej luni. Znanstveniki pa še ne vedo, koliko vode skriva ledena plošča Enceladusa, niti koliko časa je voda v tekočem stanju, da bi služila kot zibelka življenja. Titan, največja Saturnova luna, ima reke in jezera ter dežuje. Vendar to ni voda, temveč tekoči ogljikovodiki, kot sta metan in etan. Mogoče je tam življenje, vendar si je zelo težko predstavljati, kaj je.
Mars je veliko bolj podoben Zemlji in ji je veliko bližje kot vsi ti oddaljeni sateliti. In od vsakega novega vozila za spust pričakujemo novice o odkritju tamkajšnjega življenja. In zdaj NASA-jev rover Curiosity raziskuje krater Gale, kjer je bilo pred milijardami let ogromno jezero, razmere v katerih so bile, sodeč po kemični sestavi usedlin, ugodne za obstoj mikrobov.
Seveda jama v Mehiki ni Mars, jezero na severni Aljaski pa ni Evropa. Toda iskanje zunajzemeljskega življenja je NASA-jevega astrobiologa Kevina Handa in člane njegove ekipe, vključno z Johnom Laketyjem, pripeljalo do jezera Sukok na Aljaski. In prav zaradi tega se Penelope Boston s sodelavci večkrat povzpne v strupeno jamo Cueva de Villa Luz v bližini mehiškega mesta Tapihulapa.
Astrobiolog Kevin Hand se pripravlja na izstrelitev robota pod ledom jezera Sukok na Aljaski.
In tam in tam znanstveniki preizkušajo nove tehnologije za iskanje življenja v pogojih, ki so vsaj delno podobni tistim, v katerih se lahko znajdejo vesoljske sonde. Zlasti iščejo "sledi življenja" - geološke ali kemične indikacije njegove prisotnosti zdaj ali v preteklosti.
Vzemimo na primer mehiško jamo. Orbiterji so dobili informacije, da so na Marsu votline. Kaj če bi tam preživeli mikroorganizmi, potem ko je planet pred približno tremi milijardami let izgubil ozračje in vodo na površju? Prebivalci Marsovskih jam bi morali najti drug vir energije kot sončno svetlobo - tako kot kapljica sluzi, ki je navdušila Boston. Znanstveniki te neprivlačne proge po analogiji s kapniki označujejo za snotite. [V ruščini bi ta izraz lahko zveni kot "smrkljast". - približno prevajalec.] V jami jih je na tisoče, dolgih od centimetra do pol metra, in videti so neprivlačno. Pravzaprav je to biofilm - skupnost mikrobov, ki tvorijo viskozen, viskozen mehurček.
"Mikroorganizmi, ki ustvarjajo snotite, so kemotrofi," pojasnjuje Boston. "Oksidirajo vodikov sulfid, edini vir energije, ki jim je na voljo, in sprostijo to sluz." Snotiti so le ena od lokalnih skupnosti mikroorganizmov. Boston, raziskovalec z Ministrskega inštituta za rudarstvo in tehnologijo ter Nacionalnega inštituta za jame in kras, pravi: »V jami je približno ducat takih skupnosti. Vsak ima zelo značilen videz. Vsak je vgrajen v drugačen prehranski sistem. " Ena izmed teh skupnosti je še posebej zanimiva: ne tvori kapljic ali mehurčkov, ampak pokriva stene jame z vzorci peg in linij, podobnih hieroglifom.
Astrobiologi so te vzorce poimenovali bioverme, od besede "vermicule" - okras za kodre. Izkazalo se je, da takšni vzorci "rišejo" ne samo mikroorganizme, ki živijo v trezorjih jam. "Takšne sledi se pojavljajo na najrazličnejših krajih, kjer je prehrana redka," pravi Keith Schubert, inženir in specialist za slikovne sisteme z univerze Baylor, ki je odpotoval v Cueva de Villa Luz, da bi v jami postavil kamere za dolgoročno spremljanje. … - korenine trave in dreves ustvarjajo bioverme tudi v sušnih regijah; enako se zgodi, ko puščavska tla nastanejo pod vplivom bakterijskih združb, pa tudi lišajev."
Danes so sledi življenja, ki jih iščejo astrobiologi, predvsem plini, na primer kisik, ki jih oddajajo živi organizmi na Zemlji. Kljub temu so kisikove skupnosti lahko le ena izmed mnogih oblik življenja. "Zame," pravi Penelope Boston, "so bioverme zanimive, saj so kljub različnim obsegom in naravi manifestacij ti vzorci povsod zelo podobni."
Boston in Schubert verjameta, da lahko pojav bioverm, pogojen s preprostimi pravili razvoja in boja za vire, služi kot pokazatelj življenja, značilnega za celotno vesolje. Poleg tega bioverme obstajajo tudi po smrti samih mikrobnih skupnosti. "Če rover najde kaj takega v obokih marsovske jame," pravi Schubert, "je takoj jasno, na kaj se je treba osredotočiti."
Trepetajoči znanstveniki in inženirji delajo na jezeru Sukok s podobnim namenom. Eno od raziskovanih območij jezera leži ob taborišču treh majhnih šotorov, ki so ga poimenovali "NASAville", drugo - z enim samim šotorom - približno kilometer stran. Ker mehurčki metana, ki se sproščajo na dnu jezera, motijo vodo, na njej nastanejo polinije in če želite z motornimi sanmi priti iz enega kampa v drugega, morate ubrati krožno pot - sicer ne boste dolgo padli skozi led.
Po zaslugi metana so leta 2009 znanstveniki prvič opozorili na Sukok in druga bližnja jezera na Aljaski. Ta plin sproščajo bakterije, ki tvorijo metan, razgrajujejo organske snovi in tako služi kot eden izmed znakov življenja, ki ga lahko zaznajo astrobiologi. Metan pa se sprošča na primer med vulkanskimi izbruhi, ki se naravno tvorijo v ozračju orjaških planetov, kot je Jupiter, pa tudi v ozračju Saturnove lune Titan. Zato je za znanstvenike pomembno, da ločijo metan od bioloških virov od metana od nebioloških. Če je predmet raziskav pokrita Evropa, kot je Kevin Hand, potem Sukoško jezero še zdaleč ni najslabše mesto za priprave.
Hand, imetnik štipendije National Geographic za mlade raziskovalce, iz enega razloga daje prednost Evropi nad Marsom. »Recimo,« pravi, »gremo na Mars in pod njegovo površino najdemo žive organizme, ki imajo DNK, kot na Zemlji. To bi lahko pomenilo, da je DNK univerzalna molekula življenja in to je zelo verjetno. Lahko pa pomeni tudi, da ima življenje na Zemlji in na Marsu skupno poreklo."
Z gotovostjo je znano, da so drobci kamnin, ki so jih z udarci asteroidov izbili z Marsove površine, dosegli Zemljo in padli v obliki meteoritov. Verjetno so fragmenti kopenskih kamnin dosegli Mars. Če bi bili v teh vesoljskih potepuhih živi mikroorganizmi, ki bi lahko preživeli potovanje, bi rodili življenje na planetu, kjer so "pristali". "Če se izkaže, da Marsovo življenje temelji na DNK," pravi Hand, "potem bomo težko ugotovili, ali je nastalo neodvisno od Zemlje." Tu se Evropa nahaja mnogo dlje od nas. Če se tam najde življenje, bo to pokazalo njegov neodvisen izvor - tudi z DNK.
Evropa ima nedvomno pogoje za življenje: veliko vode in na dnu oceana so lahko vroči izviri, ki lahko oskrbujejo z mikrohranili. Na Evropo včasih padejo kometi, ki vsebujejo organske snovi, ki prav tako prispevajo k razvoju življenja. Zato se zdi ideja o odpravi na to Jupitrovo luno zelo privlačna.
Pod razpokano ledeno ploščo Evrope, ki jo vidimo na tej sliki vesoljskega plovila Galileo, leži ocean, v katerem so vsi pogoji, potrebni za življenje.
Žal se je izstrelitev vesoljskega plovila, za katero je ameriški nacionalni raziskovalni svet ocenil, da znaša 4,7 milijarde dolarjev, sicer znanstveno utemeljena predraga. Skupina v Laboratoriju za reaktivni pogon, ki jo je vodil Robert Pappalardo, se je vrnila k načrtom in razvila nov projekt: Europa Clipper bi raje krožila okoli Jupitra kot Evrope, ki bi porabila manj goriva in prihranila denar; hkrati se bo Evropi približal 45-krat, da bodo znanstveniki lahko videli njeno površino in določili kemično sestavo ozračja in posredno - oceana.
Pappalardo je dejal, da bo novi projekt stal manj kot dve milijardi dolarjev. "Če bo ta ideja odobrena," pravi, "bi lahko začeli v začetku ali sredi leta 2020." Nosilec Atlas V bo v šest letih pomagal priti v Evropo, in če bo vključen novi sistem izstrelitve, ki ga trenutno razvija NASA, bo trajalo le 2,7 leta.
V NASA-inem laboratoriju za reaktivni pogon znanstveniki preučujejo sondo, podobno tisti, ki bo kmalu lahko prodrla v led Jupitrove lune Evropa.
Verjetno Clipperju ne bo uspelo najti življenja na Evropi, bo pa zbral podatke, ki bi upravičili naslednjo odpravo, že spustno vozilo, ki bo odvzelo vzorce ledu in preučilo njegovo kemijsko sestavo, kot so to storili roverji. Poleg tega bo Clipper določil najboljša mesta za pristanek. Naslednji korak po pristajanju - pošiljanje sonde v Evropo za preučevanje oceana - je lahko veliko težji: vse bo odvisno od debeline ledenega pokrova. Znanstveniki ponujajo tudi nadomestno možnost: raziskati jezero, ki je lahko blizu gladine ledu. "Ko se bo naša podmornica končno rodila," pravi Hand, "bo to Homo sapiens v primerjavi z avstralopiteki, ki jih preizkušamo na Aljaski."
Naprava, ki jo bodo preizkusili na Sukoškem jezeru, plazi po spodnji strani 30-centimetrske ledene plošče in se prilega vanjo, njeni senzorji pa merijo temperaturo, stopnjo slanosti in kislosti ter druge vodne parametre. Vendar pa živih organizmov ne išče neposredno - to je naloga znanstvenikov, ki delajo na drugi strani jezera. Eden od njih je John Priscu z univerze v Montani, ki je lani odkril žive bakterije v jezeru Willians, ki se nahaja 800 metrov pod zahodno Antarktiko. Priscu skupaj z geobiologinjo Alison Murray z Inštituta za raziskovanje puščav v Renu v Nevadi ugotavlja, kakšne morajo biti razmere v hladni vodi, ki podpirajo življenje, in kdo tam živi.
Kakor je študij ekstremofilov koristen za razumevanje narave življenja zunaj našega planeta, ponuja le zemeljske sledi za razkrivanje nezemeljskih skrivnosti. Kmalu pa bomo imeli še druge načine, kako najti manjkajoče spremenljivke Drakeovih enačb: NASA je za leto 2017 načrtovala začetek teleskopa - TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite ali satelit za preučevanje mimoidočih eksoplanetov, torej tistih, ki prehajajo v ozadju diska svoje zvezde). TESS ne bo iskal le planetov v bližini zvezd, ki so nam najbližje, temveč bo tudi ugotovil sledi plinov v njihovi atmosferi, kar kaže na prisotnost življenja. Čeprav je starec Hubble dovolil odkrivanje oblakov na nadzemlji - GJ 1214b.
Vendar pa fascinacija z iskanjem sledi življenja in ekstremofilov pomeni, da molekule živih bitij na vseh planetih vsebujejo ogljik, voda pa služi kot topilo. To je povsem sprejemljivo, saj sta ogljik in voda zelo razširjena po naši galaksiji. Poleg tega preprosto ne vemo, na katere znake naj iščemo življenje brez ogljika. "Če pri iskanju izhajamo iz takšnih prostorov, morda ne bomo našli ničesar," pravi Dimitar Sasselov. "Zamisliti si morate vsaj nekaj možnih alternativ in razumeti, na kaj vse morate biti pozorni pri preučevanju tujega ozračja." Predstavljajte si na primer namesto ogljikovega kroga, ki prevladuje na Zemlji, žveplovega kroga …
Med temi polfantastičnimi projekti se popolnoma izgubi ideja, s katero se je astrobiologija začela pred pol stoletja. Frank Drake, čeprav uradno upokojen, še naprej išče nezemeljske signale - iskanje, ki bo, če bo uspelo, zasenčilo vse ostalo. Kljub temu da se je financiranje SETI skoraj ustavilo, je Drake poln navdušenja nad novim projektom - iskanjem svetlobnih utripov, ki jih oddajajo nezemeljske civilizacije namesto radijskih signalov. "Preizkusiti moramo vse možnosti," pravi, "saj ne vemo, kaj in kako tujci dejansko počnejo."
National Geographic julij 2014