Astrobiologia ( eksobiologia ) on tieteellinen tieteenala, joka tarkastelee elämän syntymisen, kehityksen ja säilymisen mahdollisuutta muilla maailmankaikkeuden planeetoilla . Astrobiologia luottaa fysiikan , kemian , tähtitieteen , biologian , ekologian , planeettitieteen , maantieteen , geologian ja astronautiikkaan liittyviin tieteellisiin edistysaskeliin tutkiakseen maan ulkopuolisen elämän mahdollisuutta [2] [3] . Joidenkin ongelmien ratkaisemisessa astrobiologia on läheisessä yhteydessä avaruusbiologiaan ja avaruuslääketieteeseen, jotka syntyivät ihmisen aktiivisen tunkeutumisen yhteydessä avaruuteen. Astrobiologia etsii asuttavia elinympäristöjä sekä aurinkokunnasta että sen ulkopuolella, etsii todisteita prebioottisesta kemiasta , laboratorio- ja kenttätutkimuksia elämän alkuperästä ja varhaisesta kehityksestä maapallolla sekä tutkimuksia elämän mahdollisuuksista sopeutua maapallon monimutkaisiin olosuhteisiin. ja avaruudessa [4] .
Neuvostoliiton tähtitieteilijä G. A. Tikhov ehdotti ensimmäisen kerran termiä astrobiologia vuonna 1953. Se on muodostettu antiikin kreikkalaisista sanoista "astron" ( toinen kreikkalainen ἄστρον ) - "tähti", "bios" ( toinen kreikkalainen βίος ) - "elämä" ja "logia" ( toinen kreikkalainen -λογία ) - "opetus". Termille "astrobiologia" on useita synonyymejä, mutta ne kaikki sisältävät kaksi päätiedettä: tähtitieteen ja biologian. Synonyymi termi "eksobiologia" tulee kreikan sanasta exo ( toinen kreikkalainen ἔξω ) - "ulkopuolella, ulkopuolella", bios ( toinen kreikkalainen βίος ) - "elämä" ja logiikka ( toinen kreikkalainen -λογία ) - "opetus". Toinen aiemmin käytetty termi on ksenobiologia, eli "ulkomaalaisten biologia". Sanan keksi vuonna 1954 tieteiskirjailija Robert Heinlein romaanissaan Star Beast [6] .
Kysymys "onko elämää muualla maailmankaikkeudessa" on todennettavissa oleva hypoteesi ja siten tehokas keino tieteelliselle tutkimukselle. Nykyään astrobiologiasta on tullut muodollinen tutkimusala, vaikka se olikin aikoinaan kaukana valtavirran tieteellisestä tutkimuksesta. NASAn kiinnostus astrobiologiaan alkoi avaruusohjelman kehittämisestä. Vuonna 1959 NASA rahoitti ensimmäisen eksobiologiaprojektinsa, ja vuonna 1960 perustettiin Exobiology Study Program [4] [7] . Vuonna 1971 NASA rahoitti hanketta ( SETI ) maan ulkopuolisten sivilisaatioiden radiosignaalien etsimiseksi . Vuonna 1976 alkanut Viking-ohjelma sisälsi kolme biologista koetta, joiden tarkoituksena oli etsiä mahdollisia merkkejä elämästä Marsissa . Vuonna 1997 laskeutunut Mars Pathfinder sisälsi tieteellisen hyötykuorman, joka oli suunniteltu havaitsemaan kivien sisällä olevia mikrobifossiileja [ 8] .
2000-luvulla astrobiologia on tulossa yhä useammille NASAn ja Euroopan avaruusjärjestön aurinkokuntatutkimustehtäville. Ensimmäinen eurooppalainen astrobiologian seminaari pidettiin toukokuussa 2001 Italiassa [9] , ja se johti Aurora-ohjelmaan [10] . NASA valvoo tällä hetkellä NASA astrobiologianYhä useammat yliopistot ympäri maailmaa ottavat käyttöön astrobiologian koulutusohjelmia. Yhdysvalloissa nämä ovat Arizonan yliopisto [11] , Pennsylvanian yliopisto, Montanan yliopisto ja Washingtonin yliopisto ; Isossa-Britanniassa Cardiffin yliopisto (Center for Astrobiology perustettiin) [12] , Australiassa New South Walesin yliopisto [13] . Venäjällä järjestettiin Venäjän tiedeakatemian puheenjohtajiston 23. marraskuuta 2010 antamalla asetuksella Venäjän tiedeakatemian astrobiologian tieteellinen neuvosto [14] .
Astrobiologian, havainnoivan tähtitieteen edistysaskel ja monenlaisten äärimofiilien löytäminen , jotka pystyvät selviytymään joissakin maapallon ankarimmissa ympäristöissä, ovat johtaneet siihen, että elämä voisi kukoistaa monilla maailmankaikkeuden planeetoilla ja kuuilla. Nykyisen astrobiologisen tutkimuksen painopiste on elämän etsimisessä Marsissa sen läheisyyden ja geologisen historian vuoksi. On yhä enemmän todisteita siitä, että Marsin pinnalla oli aiemmin huomattava määrä vettä, jota pidetään tärkeänä hiilipohjaisen elämän kehittymisen edeltäjänä [15] .
Erityisesti elämän etsimiseen suunnitellut tehtävät olivat Viking-ohjelma ja Marsiin suunnattu Beagle 2 -laskuri . Suurin johtopäätös, joka voidaan tehdä viikinkien työn tuloksista, on, että joko mikro-organismien määrä laitteiden laskeutumispaikoilla on mitätön tai niitä ei ole ollenkaan. Beagle 2 -laskurin oletettiin laskeutuneen onnistuneesti, mutta ei saanut yhteyttä. Viestintälaitteiden vika tunnistettiin vian pääasialliseksi syyksi. Jupiter Icy Moons Orbiter -tehtävällä , jonka tarkoituksena oli tutkia Jupiterin jäisiä kuita, piti olla merkittävä rooli astrobiologiassa , mutta se peruttiin. Vuonna 2008 Phoenix - laskeutuja tutki Marsin maaperässä mikrobielämän jälkiä sekä veden läsnäoloa. Tehtävän tärkein tieteellinen tulos oli jään löytäminen ohuen maakerroksen alta sekä sen kemiallinen analyysi.
Marraskuussa 2011 NASA laukaisi Curiosity-mönkijän , joka jatkaa elämän jälkien etsimistä Marsista . Euroopan avaruusjärjestö kehittää ExoMars -mönkijää , joka on tarkoitus laukaista vuonna 2022. [16]
Kansainvälinen tähtitieteellinen liitto (IAU) järjestää säännöllisesti suuria kansainvälisiä konferensseja komission 51 "Bioastronomy: The Search for Extraterrestrial Life" kautta, jonka IAU perusti vuonna 1982 koordinoimaan työtä elämän ja älyn etsimiseksi universumista ja joka toimii tällä hetkellä Havaijin yliopiston tähtitieteen instituutin perustana.
Elämän etsimiseksi muilta planeetoilta on tarpeen pienentää ongelman kokoa, johon käytetään erilaisia oletuksia. Ensimmäinen on se, että valtaosa galaksissamme olevista elämänmuodoista perustuu hiilikemiaan, kuten kaikki maapallon elämänmuodot [17] . Vaikka hiilittomien elämänmuotojen olemassaolon mahdollisuutta ei kielletä . Oletus perustuu siihen, että hiili on maailmankaikkeuden neljänneksi yleisin alkuaine ja mahdollistaa myös monenlaisten molekyylien muodostumisen ympärilleen. Hiiliatomien kyky sitoutua helposti toisiinsa mahdollistaa mielivaltaisen pitkien ja monimutkaisten molekyylien luomisen .
Seuraava oletus on veden läsnäolo nestemäisessä tilassa. Vesi on yleinen aine, jota tarvitaan monimutkaisten hiiliyhdisteiden muodostumiseen, mikä lopulta voi johtaa elämän syntymiseen. Jotkut tutkijat ehdottavat myös ammoniakin tai vesi-ammoniakiseosten ympäristön huomioon ottamista , koska se tarjoaa suuremman lämpötila-alueen elämälle ja laajentaa siten potentiaalisten maailmojen määrää. Tätä ympäristöä pidetään sopivana sekä hiili- että hiilidioksidittomalle elämälle .
Kolmas ehdotus: Auringon kaltaisten tähtien etsiminen. Erittäin suurilla tähdillä on suhteellisen lyhyt elinikä, mikä puolestaan tarkoittaa, että elämällä ei ole tarpeeksi aikaa kehittyä tällaisia tähtiä kiertävillä planeetoilla. Hyvin pienet tähdet luovuttavat niin vähän lämpöä, että planeetoilla voi olla nestemäistä vettä vain hyvin lähellä olevilla kiertoradoilla. Mutta samaan aikaan tähden vuorovesivoimat vangitsevat planeetat [18] . Ilman paksua ilmakerrosta planeetan toinen puoli kuumenee jatkuvasti, kun taas toinen puoli olisi jäässä. Vuonna 2005 kysymys punaisten kääpiöiden ympärillä olevien planeettojen asuttavuudesta nousi kuitenkin uudelleen tiedeyhteisön asialistalle, koska punaisten kääpiöiden pitkä olemassaolo (jopa 10 biljoonaa vuotta) voi mahdollistaa elämän olemassaolon planeetoilla, joilla on tiheä ilmapiiri. Tämä on erittäin tärkeää, koska punaiset kääpiöt ovat hyvin yleisiä maailmankaikkeudessa. (Katso Punaisen kääpiöjärjestelmän asuttavuus ). Tiedemiesten mukaan noin 10 % galaksissamme olevista tähdistä on ominaisuuksiltaan samanlaisia kuin Auringon, ja tällaisia tähtiä on noin tuhat 100 valovuoden säteellä meistä. Nämä tähdet ovat todennäköisesti pääkohde etsiessään elämää järjestelmissään.
Koska Maa on ainoa planeetta, jolla elämän olemassaolo tiedetään luotettavasti, ei ole mahdollista tietää, ovatko tehdyt oletukset oikeita vai eivät.
Suurin osa tähtitiedettä koskevista astrobiologisista tutkimuksista liittyy aurinkokunnan ulkopuolisten planeettojen ( eksoplaneettojen ) löytämiseen. Perusoletus on, että jos elämä syntyi maapallolla, se olisi voinut syntyä muilta planeetoilta, joilla on samanlaiset ominaisuudet. Tässä suhteessa on kehitteillä suuri joukko hankkeita Maan kaltaisten eksoplaneettojen havaitsemiseksi. Nämä ovat ensisijaisesti NASAn Terrestrial Planet Finder (TPF)- ja ATLAST -ohjelmat sekä Euroopan avaruusjärjestön Darwin -ohjelma. On myös vähemmän kunnianhimoisia hankkeita, joissa käytetään maassa sijaitsevia teleskooppeja. Lisäksi NASA laukaisi Kepler-tehtävän jo maaliskuussa 2009 ja Ranskan avaruusjärjestö COROT -satelliitin vuonna 2006. Suunniteltujen tehtävien tavoitteena ei ole vain havaita Maan kokoisia planeettoja, vaan myös tarkkailla suoraan planeetalta tulevaa valoa spektroskooppista lisätutkimusta varten . Planeettojen spektrejä tutkimalla on mahdollista määrittää eksoplaneetan ilmakehän ja/tai pinnan pääkoostumus. Saatuaan tällaiset tiedot on mahdollista arvioida elämän esiintymisen todennäköisyys planeetalla. NASA Research Group - Virtual Planet Laboratory käyttää tietokonesimulaatioita luodakseen erilaisia virtuaalisia planeettoja ymmärtääkseen, miltä ne näyttäisivät Darwinin tai TPF:n havainnoissa [19] . Kun nämä tehtävät alkavat kerätä tietoja, tuloksena saatuja planeettojen spektrejä voidaan verrata virtuaalisten planeettojen spektreihin niiden ominaisuuksien suhteen, jotka voivat viitata elämän olemassaoloon. Eksoplaneetan fotometrian muuttaminen voi myös antaa lisätietoa planeetan pinnan ja ilmakehän ominaisuuksista.
Älykästä elämää sisältävien planeettojen lukumäärä voidaan arvioida Draken yhtälön avulla . Yhtälö määrittelee älykkään elämän olemassaolon todennäköisyyden sellaisten parametrien tulona, kuten niiden planeettojen lukumäärä, jotka voivat olla asumiskelpoisia, ja niiden planeettojen lukumäärä, joilla voi syntyä elämää [20] :
,
missä N on älykkäiden sivilisaatioiden lukumäärä, jotka ovat valmiita ottamaan yhteyttä; R* on vuosittain muodostuvien tähtien lukumäärä (aurinkoa muistuttavia tähtiä); f p on tähtien osuus planeetoista; n e on niiden planeettojen (ja satelliittien) keskimääräinen lukumäärä, joilla on sopivat olosuhteet sivilisaation syntymiselle; f l on elämän syntymisen todennäköisyys planeetalla, jossa on sopivat olosuhteet; f i - älykkäiden elämänmuotojen syntymisen todennäköisyys planeetalle, jolla on elämää; f c on niiden planeettojen lukumäärän suhde, joiden älykkäät asukkaat pystyvät kosketuksiin ja etsivät sitä, niiden planeettojen lukumäärään, joilla on älyllistä elämää;Tämä yhtälö on kuitenkin tällä hetkellä perusteltu vain teoreettisesti ja on epätodennäköistä, että yhtälöä rajoittaisi kohtuulliset virhemarginaalit lähitulevaisuudessa. Ensimmäinen tekijä R määritetään tähtitieteellisistä mittauksista ja on vähiten käsitelty suure. Toisesta ja kolmannesta tekijästä (tähdet planeetoilla ja planeetat, joilla on sopivat olosuhteet) kerätään parhaillaan tietoja aktiivisesti. Muut parametrit perustuvat yksinomaan oletuksiin. Kaavan ongelma on, että sitä ei voida käyttää hypoteesin luomiseen, koska se sisältää parametreja, joita ei voida testata. Toinen asiaan liittyvä aihe on Fermi-paradoksi , joka viittaa siihen, että jos älyllinen elämä on yleistä universumissa, siitä täytyy olla selkeitä merkkejä. SETI :n kaltaiset projektit perustuvat tähän paradoksiin , jotka yrittävät havaita älykkäiden maan ulkopuolisten sivilisaatioiden radiosignaaleja.
Toinen aktiivinen astrobiologian tutkimusalue on planeettajärjestelmän muodostumisen tutkimus . On ehdotettu, että aurinkokuntamme ominaisuudet (esimerkiksi Jupiterin läsnäolo suojaavana kilpenä [21] ) voisivat merkittävästi lisätä planeetallamme syntyneen älykkään elämän kehittymisen todennäköisyyttä [22] [23] . Mutta lopullisia johtopäätöksiä ei ole vielä tehty.
Biologia1970-luvulle asti tiedemiehet uskoivat, että elämä riippui täysin auringon energiasta. Maan kasvit hyödyntävät auringonvalon energiaa fotosynteesin kautta , joka tuottaa orgaanista ainetta hiilidioksidista ja vedestä ja vapauttaa happea . Lisäksi eläimet syövät kasveja siirtäen siten energiaa ravintoketjua pitkin . Aikaisemmin uskottiin, että elämää valtameren syvyyksissä, joihin auringonvalo ei pääse, on olemassa ravintoaineista, jotka muodostuvat meren pinnalta putoavien orgaanisten jäänteiden kuluttamisesta tai kuolleista eläimistä, eli se myös riippuu auringosta. Oletettiin, että elämän olemassaolo riippuu sen pääsystä auringonvaloon. Kuitenkin vuonna 1977 tutkimussukelluksen aikana Alvinin syvänmeren sukellusveneessä lähellä Galapagossaaria , tutkijat löysivät pogonoforien , nilviäisten , äyriäisten , simpukoiden ja muun meren eläimen pesäkkeitä, jotka ryhmittyivät vedenalaisten tulivuorenmuodostelmien ympärille, joita kutsutaan mustiksi tupakoitsijoiksi . Nämä olennot menestyivät, vaikka heillä ei ollut pääsyä auringonvalolle. Myöhemmin havaittiin, että ne muodostavat täysin itsenäisen ravintoketjun. Kasvien sijaan tämän ravintoketjun selkäranka on jonkinlainen bakteeri, joka saa energiaa maapallon sisältä tulevien reaktiivisten kemikaalien, kuten vedyn tai rikkivedyn , hapetusprosessista. Tämä kemosynteesi mullisti biologian tutkimuksen ja osoitti, että elämä ei välttämättä riipu auringosta, se vaatii vain vettä ja energiaa.
Extremofiilit (organismit, jotka pystyvät selviytymään äärimmäisistä ympäristöistä) ovat avaintekijä astrobiologien tutkimuksessa. Esimerkkejä tällaisista organismeista ovat eliöstö , joka voi selviytyä useiden kilometrien veden alla lähellä hydrotermisiä aukkoja ja mikrobit , jotka elävät erittäin happamissa ympäristöissä [24] . Ekstremofiilien tiedetään nyt elävän jäässä, kiehuvassa vedessä, hapossa , ydinreaktorivedessä , kristallisuoloissa, myrkyllisissä jätteissä ja monissa muissa äärimmäisissä paikoissa, joita pidettiin aiemmin asumiskelvottomina [25] . Ne ovat avanneet uusia väyliä astrobiologian tutkimukselle lisäämällä huomattavasti mahdollisten maapallon ulkopuolisten elinympäristöjen määrää. Näiden organismien, niiden elinympäristöjen ja evoluutiopolun luonnehdintaa pidetään ratkaisevana osana sen ymmärtämisessä, miten elämä voi kehittyä muualla universumissa. Tässä on esimerkkejä organismeista, jotka kestävät tyhjiön ja kosmisen säteilyn vaikutuksia: jäkälät Rhizocarpon maantieteellinen ( lat. Rhizocarpon geographicum ) ja Xanthoria elegant ( lat. Xanthoria elegans ) [26] , bakteeri Bacillus safensis [27] , radioduranos [27 ] , Deinococcus , Bacillus subtilis [27] , hiiva Saccharomyces cerevisiae [27] , Arabidopsis thaliana (Tal's rezukhovidka) [27] siemenet sekä selkärangaton Tardigrade [27] .
Tiedemiehet ilmoittivat 2. joulukuuta 2010, että extremofiiliset bakteerit ( GFAJ-1 ) voivat fosforin puutteen olosuhteissa korvata sen DNA - molekyylissä arseenilla [28] . Tämä löytö antaa uskottavuutta vanhalle ajatukselle, että elämällä muilla planeetoilla voi olla täysin erilainen kemia, joten se voisi auttaa etsimään maan ulkopuolista elämää [28] [29] . Myöhemmin kävi ilmi, että näin ei ollut [30] .
Toinen parhaillaan käynnissä oleva tutkimusalue on elämän alkuperän tutkimus , joka eroaa evoluutiopolusta. Alexander Oparin ja John Haldane uskoivat, että olosuhteet varhaisessa maapallossa olivat suotuisat orgaanisten yhdisteiden muodostumiselle epäorgaanisista alkuaineista ja siten monien kemikaalien muodostumiselle, jotka ovat tyypillisiä nykyisille elämänmuodoille. Tämän prebioottisena kemiana tunnetun prosessin tutkimisessa tiedemiehet ovat edistyneet jonkin verran, mutta on edelleen epäselvää, olisiko elämää voinut muodostua tällä tavalla maan päällä. Vaihtoehtoinen panspermian teoria on, että elämän ensimmäiset alkuaineet ovat saattaneet muodostua toiselle planeetalle, jossa on vieläkin suotuisammat olosuhteet (tai jopa tähtienvälisessä avaruudessa, asteroideilla jne.), ja sitten ne siirtyivät jollakin tavalla Maahan. Jupiterin kuuta Europaa pidetään tällä hetkellä aurinkokunnan todennäköisimpänä maan ulkopuolisen elämän paikkana [ 25] [31] [32] [33] [34] [35] .
AstrogeologiaPääartikkeli: Aurinkokunnan maanpäällisten planeettojen geologia
Astrogeologia on tieteellinen tieteenala, jonka aiheena on planeettojen ja niiden satelliittien, asteroidien , komeettojen , meteoriittien ja muiden tähtitieteellisten kappaleiden geologian tutkimus . Tämän tieteenalan keräämien tietojen avulla on mahdollista arvioida planeetan tai sen satelliitin soveltuvuutta elämän kehitykseen ja ylläpitämiseen.
Geokemia on astrogeologian alatiede, joka sisältää tutkimuksen maan ja muiden planeettojen kemiallisesta koostumuksesta, kemiallisista prosesseista ja reaktioista, jotka säätelevät kiven ja maaperän koostumusta, aineen ja energian kiertokulkuja sekä niiden vuorovaikutusta planeetan kanssa. hydrosfääri ja ilmakehä . Erikoisaloihin kuuluvat tähtikemia , biokemia ja orgaaninen geokemia.
Fossiilit ovat vanhin tunnettu todiste elämästä maan päällä [36] . Analysoimalla paleontologit voivat paremmin ymmärtää, millaisia organismeja syntyi maan päällä kaukaisessa menneisyydessä. kuten Länsi Australiassa ja Dry Valleys Etelämantereella , nähdään joidenkin Marsin alueiden geologisina analogeina, ja ne voivat siten tarjota käsityksen siitä, kuinka Marsista voidaan etsiä elämää, joka on voinut olla siellä menneisyys.
Keskusteluissa elämän olemassaolosta Maan ulkopuolella kiinnitetään usein vain vähän huomiota biokemian periaatteiden asettamiin rajoituksiin [37] . Todennäköisyyttä, että elämä universumissa perustuu hiileen , lisää se, että hiili on yksi runsaimmista alkuaineista. Vain kaksi alkuainetta, hiili ja pii , voivat muodostaa perustan molekyyleille, jotka ovat riittävän suuria kuljettamaan biologista tietoa. Elämän rakenteellisena perustana hiilen yksi tärkeimmistä ominaisuuksista on, että toisin kuin piin, se voi helposti osallistua kemiallisten sidosten muodostumiseen monien muiden atomien kanssa, mikä tarjoaa aineenvaihdunnan ja lisääntymisen reaktioiden suorittamiseen tarvittavan kemiallisen monipuolisuuden. . Erilaiset orgaaniset funktionaaliset ryhmät, jotka koostuvat vedystä, hapesta, typestä , fosforista , rikistä ja erilaisista metalleista , kuten raudasta , magnesiumista ja sinkistä , tarjoavat valtavan valikoiman kemiallisia reaktioita. Pii sen sijaan on vuorovaikutuksessa vain joidenkin atomien kanssa, ja suuret piipohjaiset molekyylit ovat yhtenäisiä verrattuna hiilipohjaisten makromolekyylien kombinatoriseen universumiin [37] . Itse asiassa on täysin mahdollista, että jossain elämän perusrakennuspalikat ovat samanlaisia kuin meillä, jos ei yksityiskohdissa, niin yleisesti [37] . Vaikka maanpäällisen elämän ja elämän, joka olisi voinut syntyä maasta riippumatta, oletetaan käyttävän monia samanlaisia, ellei identtisiä, rakennuspalikoita, avaruuselämällä voi olla joitain ainutlaatuisia biokemiallisia ominaisuuksia. Jos elämällä on vastaava vaikutus ympäristöön muualla aurinkokunnassa, niin kemikaalien suhteellinen runsaus, olivatpa ne mitä tahansa, saattaa paljastaa sen olemassaolon [38] .
Ajatusta elämästä aurinkokunnassa on historiallisesti rajoittunut uskomus, että elämä on viime kädessä riippuvainen auringon valosta ja lämmöstä ja siksi rajoittuu planeetan pintaan [37] . Kolme todennäköisintä ehdokasta elämään aurinkokunnassa ovat Mars, Jupiterin kuu Europa ja Saturnuksen kuu Titan [39] [40] [41] [42] [43] . Tämä oletus perustuu ensisijaisesti siihen, että (Marsin ja Europan tapauksessa) tähtitieteellisissä kappaleissa voi olla nestemäistä vettä, jonka molekyylit ovat välttämättömiä elämälle solujen liuottimena [15] . Marsin vesi on napajääpeitteissä, ja äskettäin Marsissa havaitut uudet rotkot viittaavat siihen, että nestemäistä vettä voi olla ainakin tilapäisesti planeetan pinnalla [44] [45] ja mahdollisesti maan alla geotermisissä lähteissä . Marsin matalissa lämpötiloissa ja matalissa paineissa nestemäinen vesi on todennäköisesti erittäin suolaista [46] . Mitä Europaan tulee, nestemäistä vettä on luultavasti pintajääkerroksen alla [32] [39] [40] . Tämä vesi voidaan kuumentaa nestemäiseen tilaan merenpohjan tulivuoren vaikutuksesta, mutta pääasiallinen lämmönlähde on luultavasti vuorovesikuumennus [47] .
Toinen tähtitieteellinen kohde, joka voisi mahdollisesti tukea maan ulkopuolista elämää, on Saturnuksen suurin kuu, Titan [43] . Uskotaan, että Titanin olosuhteet ovat lähellä varhaisen Maan olosuhteita [48] . Sen pinnalta tutkijat ovat löytäneet ensimmäiset nestemäiset järvet Maan ulkopuolelta, mutta ne koostuvat todennäköisesti etaanista ja/tai metaanista [49] . Tutkittuaan Cassini- luotaimen tietoja maaliskuussa 2008, ilmoitettiin, että Titanilla voi olla myös maanalainen valtameri, joka koostuu nestemäisestä vedestä ja ammoniakista [50] . Myös Saturnuksen kuun Enceladuksella voi olla valtameri jääpeitteensä alla [51] .
Tämä astrobiologisiin löydöksiin perustuva hypoteesi väittää, että monisoluiset elämänmuodot voivat olla harvinaisempia kuin tiedemiehet alun perin luulivat. Se tarjoaa mahdollisen vastauksen Fermin paradoksiin : "Jos maan ulkopuoliset sivilisaatiot ovat melko yleisiä, niin miksi emme havaitse mitään jälkiä älykkäästä maan ulkopuolisesta elämästä?" Tämä teoria on vastakohta kuuluisten tähtitieteilijöiden Frank Draken , Carl Saganin ja muiden ehdottaman keskinkertaisuuden periaatteelle . Keskinkertaisuuden periaate viittaa siihen, että elämä maapallolla ei ole poikkeuksellinen, ja sitä löytyy todennäköisesti lukemattomista muista maailmoista.
Antrooppinen periaate sanoo, että maailmankaikkeuden peruslait on järjestetty nimenomaan siten, että elämän olemassaolo on mahdollista. Antrooppinen periaate tukee ainutlaatuista Maan hypoteesia, jonka mukaan elementit, joita tarvitaan ylläpitämään elämää maapallolla, ovat niin "hienoviritetty", että on vähän mahdollisuuksia toistua muualla. Stephen Jay Gould vertasi väitettä, että "universumi on hyvin sopeutunut lajimme elämään" väitteisiin, että "makkarat tehtiin pitkiä ja kapeita tarkoituksella, jotta ne mahtuisivat nykyaikaisiin hot dog -sämpyliin" tai että "laivat keksittiin äyriäisten koti" [52] [53] .
Vaikka maan ulkopuolisen elämän kuvaus on ratkaisematon kysymys ja sen olemassaoloa ja alkuperää koskevat hypoteesit ja ennusteet vaihtelevat suuresti, elämän etsintää tukevien teorioiden kehittämistä voidaan kuitenkin pitää tällä hetkellä astrobiologian konkreettisimpana käytännön sovelluksena.
Muun muassa biologi Jack Cohen ja matemaatikko Ian Stuart pitävät ksenobiologiaa erillään astrobiologiasta. Cohen ja Stewart uskovat, että astrobiologia on sellaisen elämän etsimistä, joka on olemassa aurinkokuntamme ulkopuolella maapallolla, kun taas ksenobiologia on tutkimusta tapauksista, joissa oletetaan, että elämä ei perustu hiilen tai hapen hengitykseen. mutta toistaiseksi sillä on määrittävä elämän ominaisuudet. (Katso hiilishovinismi ).
Menneinä vuosisatoina elämän olemassaoloa aurinkokunnan planeetoilla pidettiin erittäin todennäköisenä. Tämä liittyi erityisesti vuodenaikojen (vuodenaikojen), mahdollisten merien ja maan ja niin edelleen havaitsemiseen tähtitieteellisillä menetelmillä. kanavat Marsissa . Seleniittien , marsilaisten jne. olemassaolosta tehtiin jopa abstrakteja oletuksia . Jotkut tutkijat 1900- luvun alussa pitivät Marsin kasvillisuuden olemassaoloa todistettuna ja Venusuksen - mahdollisena.
1900-luvun toisesta puoliskosta lähtien tiedemiehet ovat etsineet kohdennettua maan ulkopuolista elämää aurinkokunnassa ja sen ulkopuolella, erityisesti automaattisten planeettojen välisten asemien (AMS) ja avaruusteleskooppien avulla . Meteoriittitutkimuksista , Maan yläilmakehästä ja avaruusohjelmista kerättyjen tietojen perusteella jotkut tutkijat voivat väittää, että yksinkertaisimmat elämänmuodot voivat esiintyä muilla aurinkokunnan planeetoilla. Samaan aikaan nykyaikaisten tieteellisten käsitteiden mukaan todennäköisyys löytää korkeasti organisoitunutta elämää kaikilla aurinkokunnan planeetoilla, paitsi Marsilla ja joillakin Jupiterin ja Saturnuksen satelliiteilla , on erittäin pieni.
Toistaiseksi todisteita maan ulkopuolisesta elämästä ei ole löydetty.
Kuitenkin 6. elokuuta 1996 NASAn tutkijat, tutkittuaan ALH 84001 -meteoriittia , ilmoittivat, että meteoriitti saattaa sisältää todisteita elämästä Marsissa. Kun meteoriittirakenteita skannattiin pyyhkäisyelektronimikroskoopilla , paljastui fossiileja, jotka muistuttivat tutkijoita maaorganismien "jälkistä" - niin kutsutuista magnetotaktisista bakteereista. Tutkijat väittivät, että juuri nämä erityiset fossiilit jättävät bakteerit Maahan, joten identtisten fossiilien löytäminen meteoriitista puhuu bakteerien olemassaolon puolesta sen kotiplaneetalla. Samaan aikaan ALH 84001:stä löydetyt rakenteet ovat halkaisijaltaan 20-100 nanometriä, mikä on lähellä teoreettisia nanobakteereja ja monta kertaa pienempiä kuin mikään tieteen tuntema soluelämän muoto. On edelleen epäselvää, viittaako tämä siihen, että Marsissa oli tai on elämää, vai osuivatko todennäköiset elävät organismit meteoriittiin jo maan päällä sen putoamisen jälkeen [54] [55] [56] [57] .
Elävien olentojen mahdollisesta esiintymisestä Venuksen pinnalla ilmoitti tammikuussa 2012 Venäjän tiedeakatemian avaruustutkimuslaitoksen päätutkija Leonid Ksanfomality . Tutkiessaan Neuvostoliiton laitteiden lähettämiä valokuvia 1970- ja 1980-luvuilla hän löysi esineitä, jotka ilmestyvät ja katoavat peräkkäisten otosten sarjassa. Esimerkiksi esine "skorpioni" ilmestyy valokuvaan 90 minuuttia kameran käynnistämisen jälkeen ja katoaa 26 minuutin kuluttua jättäen jälkeensä uran maahan. Xanfomality uskoo, että laskeutumisen aikana moduuli aiheutti paljon melua ja "asukkaat" poistuivat laskeutumispaikalta, ja hetken kuluttua, kun kaikki rauhoittui, he palasivat [58] .
Vuonna 2010 NASA :n tutkijaryhmä ilmoitti Cassini - luotaimesta saatujen tietojen perusteella, että Saturnuksen kuun Titanista löydettiin epäsuoria merkkejä primitiivisten organismien elintärkeästä toiminnasta (katso: Life on Titan ). Elämän etsiminen paikan päällä Jupiterin satelliiteista on oletettu lupaavissa AMS-ohjelmissa, joissa on laskeutumisajoneuvot, kryobotit , Laplace - P- tyyppiset hydrobotit jne.
MetaaniVuonna 2004 Marsin ilmakehässä havaittiin metaanin spektrimerkki maassa sijaitsevilla teleskoopeilla ja Mars Express -luotaimella . Auringon säteilyn ja kosmisen säteilyn vuoksi tutkijoiden mukaan metaanin olisi pitänyt kadota Marsin ilmakehästä muutamassa vuodessa. Siten kaasua on täydennettävä aktiivisesti nykyisen pitoisuuden ylläpitämiseksi [59] [60] . Yksi 25. marraskuuta 2011 laukaisun Mars Science Laboratory -kulkijan kokeista on suorittaa tarkkoja mittauksia hapen ja hiili-isotooppien suhteesta hiilidioksidissa (CO 2 ) ja metaanissa (CH 4 ) Marsin ilmakehässä Metaanin geokemiallisen tai biologisen alkuperän määrittämiseksi [61] [62] [63] .
PlaneettajärjestelmätOn mahdollista, että joillakin aurinkokunnan planeetoilla, kuten kaasujättiläisellä Jupiterilla , voi olla kiinteän pinnan tai nestemäisen valtameren kuut, jotka ovat asuttavampia. Suurin osa aurinkokunnan ulkopuolelta löydetyistä planeetoista on kuumakaasujättiläisiä ja asumiskelvottomia. Näin ollen ei tiedetä varmasti, onko aurinkokunta, jolla on Maan kaltainen planeetta, ainutlaatuinen vai ei. Parannetut havaintomenetelmät ja pidennetty havaintoaika antavat epäilemättä mahdollisuuden löytää lisää planeettajärjestelmiä, ja ehkä jotkut niistä ovat kuin maapallo. Esimerkiksi Kepler -tehtävä on suunniteltu havaitsemaan Maan kokoisia planeettoja muiden tähtien ympäriltä mittaamalla pieniä muutoksia tähden valokäyrässä planeetan kulkiessa tähden ja kaukoputken välillä. Infrapuna- ja submillimetritähtitieteen edistysaskeleet ovat paljastaneet muiden tähtijärjestelmien komponentit. Infrapunatutkimukset ovat löytäneet kaukaisten tähtien ympäriltä pöly- ja asteroidivyöhykkeitä, jotka ovat planeettojen muodostumisen taustalla.
Planeetan elinkelpoisuusYritykset vastata kysymykseen "Mikä on mahdollisesti asuttavien planeettojen runsaus" ovat onnistuneet. 2. helmikuuta 2011 Kepler-teleskoopin tietoja tutkivat tutkijat ilmoittivat, että heidän tähtiensä asuttavalla vyöhykkeellä on 54 planeettaehdokasta. Lisäksi 5 niistä on kooltaan maapallon kokoisia [64] .
Lisäksi tutkitaan äärimmäisten ekosysteemien elämää ja toimintaa koskevia ympäristörajoitteita, joiden avulla tutkijat voivat ennustaa, mitkä planeettaympäristöt voisivat olla sopivimpia elämälle. Sellaiset tehtävät kuin Phoenix - laskeutuja , Mars Science Laboratory ja ExoMars to Mars, Cassini-luotain Saturnuksen kuuhun Titaniin ja Ice Clipper -lento Jupiterin kuuhun Europa tarjoavat toivoa elämän mahdollisuuksien lisätutkimukselle aurinkokuntamme muilla planeetoilla.
Elämän ekologisia olosuhteita ja äärimmäisten ekosysteemien toimintaa tutkitaan, minkä ansiosta tutkijat voivat paremmin ennustaa, mitkä planeetat ovat todennäköisimmin asumiskelpoisia. Tehtävät, kuten Phoenix-laskeutuja , Mars Science Laboratory , ExoMars , Mars 2020 ja Cassini-luotain (tehtävä Saturnuksen kuuille) pyrkivät tutkimaan edelleen elämän mahdollisuuksia muilla aurinkokunnan planeetoilla.
1970-luvun lopulla kaksi Viking-laskeutujaa suoritti neljän tyyppisiä biologisia kokeita Marsin pinnalla. Nämä olivat ainoat Mars-laskeutujat, jotka suorittivat kokeita, jotka on erityisesti suunniteltu metaboloimaan nykyaikaista mikrobielämää Marsissa. Istutuskoneet käyttivät robottikättä maanäytteiden keräämiseen aluksen paineistettuihin testisäiliöihin. Molemmat laskeutujat olivat identtisiä, joten samat testit suoritettiin kahdessa paikassa Marsin pinnalla; Viking 1 lähellä päiväntasaajaa ja Viking 2 pohjoisempana. Tulos oli epäselvä, ja jotkut tiedemiehet kiistävät sen edelleen [65] [66] [67] [68] .
Beagle 2 oli epäonnistunut brittiläinen Mars-laskeutuja, joka oli osa Euroopan avaruusjärjestön Mars Express -tehtävää vuonna 2003. Sen päätavoitteena oli etsiä merkkejä elämästä Marsista, menneisyydestä tai nykyisyydestä. Vaikka hän laskeutui turvallisesti, hän ei pystynyt asentamaan aurinkopaneelejaan ja tietoliikenneantenniaan kunnolla [69] .
EXPOSE on astrobiologialle omistettu monen käyttäjän laitos, joka asennettiin vuonna 2008 kansainvälisen avaruusaseman ulkopuolelle. EXPOSEN on kehittänyt Euroopan avaruusjärjestö (ESA) pitkäaikaisiin avaruustehtäviin, joissa orgaanisia, kemiallisia ja biologisia näytteitä altistetaan avaruuteen matalalla Maan kiertoradalla [70] .
Mars Science Laboratory (MSL) -tehtävä laskeutui tällä hetkellä Marsissa toimivalle mönkijälle . Se laukaistiin 26. marraskuuta 2011 ja laskeutui Galen kraateriin 6. elokuuta 2012. Tehtävän tavoitteena on auttaa arvioimaan Marsin soveltuvuutta ja näin selvittämään, tukeeko tai onko Mars koskaan tukenut elämää, kerätä tietoa tulevaa ihmistehtävää varten, tutkia Marsin geologiaa, sen ilmastoa ja arvioida edelleen veden roolia, tärkeä elämän ainesosa, kuten tiedämme, että sillä oli rooli mineraalien muodostumisessa Marsissa [71] .
ExoMars on robottitehtävä Marsiin, joka etsii mahdollisia biosignaaleja elämästä Marsissa, menneisyydessä tai nykyisyydessä. Tätä astrobiologista tehtävää kehittää parhaillaan Euroopan avaruusjärjestö (ESA) yhteistyössä Venäjän liittovaltion avaruusjärjestön (Roskosmos) kanssa. laukaisu on suunniteltu vuodelle 2018 [72] [73] [74] . (Tehtävän käynnistämisen oli määrä tapahtua heinäkuussa 2020, mutta se on siirretty vuoteen 2022.)
Red Dragon on suunniteltu sarja halpoja Mars-laskeutumistehtäviä, joissa käytetään SpaceX Falcon Heavy -kantorakettia sekä muokattua Dragon V2 -kapselia päästäkseen Marsin ja Maan ilmakehään takaiskujen avulla. Laskeutumispaikan päätehtävä on esitellä teknologiaa ja etsiä todisteita elämästä Marsissa (biosignaalit), menneisyydestä tai nykyisyydestä. Tämän konseptin oli tarkoitus kilpailla rahoituksesta vuosina 2012/2013 NASA Discovery -tehtävänä. Huhtikuussa 2016 SpaceX ilmoitti käynnistävänsä tehtävän NASA:n teknisellä tuella Falcon Heavy -raketilla vuonna 2018. Nämä Mars-matkat ovat myös lähtökohtia paljon laajemmalle SpaceX:n Marsin kolonisaatiolle, josta ilmoitettiin syyskuussa 2016 [75] . Heinäkuussa 2017 tehtävä peruttiin.
Mars 2020 -matkalento on NASAn kehittämä konsepti, joka voidaan käynnistää vuonna 2020. Sen tarkoituksena on tutkia Marsin astrobiologian kannalta merkittäviä olosuhteita, tutkia sen pinnan geologisia prosesseja ja historiaa, mukaan lukien sen aiemman asuttavuuden ja potentiaalin säilyttää biosignaalit ja biomolekyylit saatavilla olevissa geologisissa materiaaleissa. Science Definition -tiimi ehdottaa vähintään 31 kivi- ja maanäytteen keräämistä seurantatehtävää varten, jotta voidaan palata lopulliseen analyysiin maan laboratorioissa. Rover pystyy tekemään mittauksia ja tarjoamaan teknisiä tietoja auttaakseen ihmisretkien suunnittelijoita ymmärtämään Marsin pölyn aiheuttamia vaaroja ja osoittamaan, kuinka kerätään talteen hiilidioksidia (CO 2 ), joka voi olla resurssi molekyylihapelle (O 2 ) ja raketille . polttoaine [76] [77] .
Icebreaker Life on NASA:n Discovery-ohjelman vuonna 2018 käynnistävä tehtävä. Jos kiinteä laskuri valitaan ja rahoitetaan, se on lähin kopio menestyksekkäästä vuoden 2008 Phoenixista , ja siinä on päivitetty tieteellinen hyötykuorma astrobiologiaa varten, mukaan lukien 1 metrin porauslaite jäänäytteiden ottamiseksi pohjoisilla tasangoilla tutkimusten suorittamista varten. orgaaniset molekyylit ja todisteita nykyisestä tai menneestä elämästä Marsissa. Yksi Icebreaker Life -mission keskeisistä tavoitteista on testata hypoteesia, jonka mukaan napa-alueiden jäisessä maaperässä on merkittävä orgaanisen aineksen pitoisuus, koska jää suojaa hapettimia ja säteilyä vastaan.
Matka Enceladukseen ja Titaaniin on astrobiologinen kiertoradan käsite Saturnuksen kuiiden Enceladuksen ja Titanin asumispotentiaalin arvioimiseksi [78] [79] [80] .
Enceladus Life Finder (ELF) on ehdotettu astrobiologinen tehtäväkonsepti avaruusluotaimelle, joka on suunniteltu arvioimaan Enceladuksen, Saturnuksen kuudenneksi suurimman kuun, sisävesien valtameren asuttavuutta [81] [82] .
Europa Clipper on NASA:n vuonna 2025 käynnistämä tehtävä, joka suorittaa Jupiterin kuun Europan yksityiskohtaisen tiedustelun ja testaa, voiko jäinen kuu isännöidä elämälle sopivia olosuhteita. Tämä auttaa myös tulevien laskeutumispaikkojen valinnassa [83] [84] .
Sanakirjat ja tietosanakirjat | |
---|---|
Bibliografisissa luetteloissa |
|
Biologian osat | |||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Pääosat |
| ||||||||||||||||||||||||||||||||
Muut osiot |
| ||||||||||||||||||||||||||||||||
Liittyvät tieteet | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Katso myös | Elämän syntyminen |