چگونه دانشمندان در جستجوی حیات فرازمینی هستند

2024 نویسنده: Seth Attwood | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-16 16:03

شاید جهان های مسکونی دیگری در جایی در جهان وجود داشته باشد. اما، تا زمانی که آنها را پیدا نکردیم، حداقل برنامه این است که ثابت کنیم زندگی خارج از زمین حداقل به شکلی است. چقدر به آن نزدیکیم؟

اخیراً به طور فزاینده ای در مورد اکتشافاتی می شنویم که "می تواند نشان دهنده" وجود حیات فرازمینی باشد. فقط در سپتامبر 2020، درباره کشف گاز فسفین در زهره - نشانه بالقوه حیات میکروبی - و دریاچه های نمک در مریخ، جایی که میکروب ها نیز می توانند وجود داشته باشند، شناخته شد.

اما در طول 150 سال گذشته، کاوشگران فضایی بیش از یک بار افکار واهی را کنار گذاشته اند. هنوز پاسخ قابل اعتمادی برای سوال اصلی وجود ندارد. یا به هر حال وجود دارد، اما دانشمندان از روی عادت محتاط هستند؟

خطوط تلسکوپ

در دهه 1870، اخترشناس ایتالیایی، جیووانی شیاپارلی، خطوط طولانی و نازکی را روی سطح مریخ از طریق تلسکوپ دید و آنها را "کانال" اعلام کرد. او بدون ابهام عنوان کتاب در مورد کشف خود را "حیات در سیاره مریخ" گذاشت. او نوشت: «دیدن تصاویری شبیه به تصاویری که چشم انداز زمینی ما را تشکیل می دهند دشوار است.

در زبان ایتالیایی کلمه canali به معنای کانال های طبیعی و مصنوعی بود (خود دانشمند از ماهیت آنها مطمئن نبود) اما وقتی ترجمه شد این ابهام را از دست داد. پیروان شیاپارلی قبلاً به وضوح در مورد تمدن خشن مریخ اظهار داشته اند که در آب و هوای خشک امکانات آبیاری عظیمی را ایجاد کرده است.

لنین که کتاب پرسیوال لاول «مریخ و کانال‌های آن» را در سال 1908 خواند، نوشت: «کار علمی ثابت می‌کند که مریخ مسکونی است، کانال‌ها معجزه فناوری هستند، مردم در آنجا باید 2/3 برابر بزرگ‌تر از مریخ باشند. مردم محلی، به علاوه با تنه، و پوشیده از پر یا پوست حیوانات، با چهار یا شش پا.

ن…بله، نویسنده ما فریب داد و زیبایی های مریخی را ناقص توصیف کرد، باید طبق دستور العمل باشد: «تاریکی حقایق پست برای ما عزیزتر از این است که فریب را مطرح کنیم». لاول یک میلیونر و دیپلمات سابق بود. او به نجوم علاقه داشت و از پول خود برای ساختن یکی از پیشرفته ترین رصدخانه ها در آمریکا استفاده کرد. به لطف لاول بود که موضوع زندگی مریخی در صفحه اول بزرگترین روزنامه های جهان قرار گرفت.

درست است، در اواخر قرن نوزدهم، بسیاری از محققان در مورد باز شدن "کانال ها" مشکوک بودند. مشاهدات دائماً نتایج متفاوتی به همراه داشت - کارت ها حتی برای Schiaparelli و Loeull نیز از هم جدا می شدند. در سال 1907، زیست شناس آلفرد والاس ثابت کرد که دمای سطح مریخ بسیار کمتر از حد تصور لوول است و فشار اتمسفر برای آب به شکل مایع بسیار پایین است.

ایستگاه بین سیاره ای "Mariner-9" که در دهه 1970 از این سیاره عکس می گرفت، به تاریخ کانال ها پایان داد: معلوم شد که "کانال ها" یک توهم نوری هستند.

از نیمه دوم قرن بیستم، امید به یافتن یک زندگی بسیار سازمان یافته کاهش یافته است. مطالعات با استفاده از فضاپیما نشان داده است که شرایط سیارات مجاور حتی به شرایط روی زمین نزدیک نیست: افت دما بسیار شدید، جوی بدون نشانه‌های اکسیژن، بادهای قوی و فشار فوق‌العاده.

از سوی دیگر، مطالعه توسعه حیات بر روی زمین علاقه به جستجوی فرآیندهای مشابه در فضا را برانگیخته است. از این گذشته ، ما هنوز نمی دانیم که در اصل زندگی چگونه و به لطف چه چیزی بوجود آمد.

در سال های اخیر اتفاقات زیادی در این راستا رخ داده است. هدف اصلی جستجو برای آب، ترکیبات آلی است که از آن اشکال حیات پروتئینی تشکیل می شود، و همچنین امضاهای زیستی (موادی که توسط موجودات زنده تولید می شوند) و آثار احتمالی باکتری در شهاب سنگ ها.

ضد مایع

وجود آب شرط لازم برای وجود حیاتی است که ما می شناسیم. آب به عنوان یک حلال و کاتالیزور برای انواع خاصی از پروتئین ها عمل می کند.همچنین یک محیط ایده آل برای واکنش های شیمیایی و انتقال مواد مغذی است. علاوه بر این، آب تشعشعات مادون قرمز را جذب می کند، بنابراین می تواند گرما را حفظ کند - این برای اجرام آسمانی سرد که کاملاً دور از نور هستند مهم است.

داده های رصدی نشان می دهد که آب در حالت جامد، مایع یا گاز در قطب های عطارد، داخل شهاب سنگ ها و دنباله دارها و همچنین در مشتری، زحل، اورانوس و نپتون وجود دارد. دانشمندان همچنین پیشنهاد کرده‌اند که قمرهای مشتری اروپا، گانیمد و کالیستو اقیانوس‌های زیرسطحی وسیعی از آب مایع دارند. آنها آن را به شکلی در گازهای بین ستاره ای و حتی در مکان های باورنکردنی مانند فوتوسفر ستارگان یافتند.

اما مطالعه آثار آب تنها زمانی می تواند برای اختر زیست شناسان (متخصصان زیست شناسی فرازمینی) امیدوارکننده باشد که شرایط مناسب دیگری وجود داشته باشد. به عنوان مثال، دما، فشار و ترکیب شیمیایی در همان زحل و مشتری برای موجودات زنده بسیار شدید و قابل تغییر است که نتوانند با آنها سازگار شوند.

چیز دیگر سیارات نزدیک به ما است. حتی اگر امروز آنها غیر مهمان‌نواز به نظر برسند، واحه‌های کوچکی با «بقایای تجملات سابق» می‌توانند روی آن‌ها باقی بمانند.

در سال 2002، مدارگرد مریخ اودیسه رسوباتی از یخ آب را در زیر سطح مریخ کشف کرد. شش سال بعد، کاوشگر فونیکس نتایج کاوشگر قبلی خود را تأیید کرد و آب مایع را از یک نمونه یخ از قطب به دست آورد.

این با این نظریه مطابقت داشت که اخیراً (بر اساس استانداردهای نجومی) آب مایع در مریخ وجود داشته است. بر اساس برخی منابع، باران بر روی سیاره سرخ "فقط" 3.5 میلیارد سال پیش باریده است، به گفته برخی دیگر - حتی 1.25 میلیون سال پیش.

با این حال، یک مانع بلافاصله بوجود آمد: آب روی سطح مریخ نمی تواند در حالت مایع وجود داشته باشد. در فشار اتمسفر کم، بلافاصله شروع به جوشیدن و تبخیر می کند - یا یخ می زند. بنابراین، بیشتر آب های شناخته شده در سطح این سیاره در حالت یخ قرار دارند. این امید وجود داشت که جالب ترین اتفاق در زیر سطح رخ دهد. اینگونه بود که فرضیه دریاچه های نمک در زیر مریخ به وجود آمد. و درست یک روز دیگر او تاییدیه دریافت کرد.

دانشمندان آژانس فضایی ایتالیا در یکی از قطب های مریخ منظومه ای از چهار دریاچه با آب مایع را کشف کردند که در عمق بیش از 1.5 کیلومتری قرار دارند. این کشف با استفاده از داده های صدای رادیویی انجام شد: دستگاه امواج رادیویی را به داخل سیاره هدایت می کند و دانشمندان با بازتاب آنها ترکیب و ساختار آن را تعیین می کنند.

وجود یک سیستم کامل از دریاچه ها، به گفته نویسندگان اثر، نشان می دهد که این یک پدیده معمولی برای مریخ است.

غلظت دقیق نمک‌ها در دریاچه‌های مریخ و همچنین ترکیب آنها ناشناخته است. به گفته مدیر علمی برنامه مریخ، روبرتو اوروسی، ما در مورد محلول های بسیار قوی با "ده ها درصد" نمک صحبت می کنیم.

میکروبیولوژیست Elizaveta Bonch-Osmolovskaya توضیح می دهد که میکروب های هالوفیل روی زمین وجود دارند که عاشق شوری بالا هستند. آنها موادی را آزاد می کنند که به حفظ تعادل آب-الکتریکی و محافظت از ساختارهای سلولی کمک می کند. اما حتی در دریاچه های زیرزمینی بسیار شور (برین) با غلظت تا 30٪، چنین میکروب هایی کم است.

به گفته اوروسی، آثاری از اشکال حیاتی که در زمان وجود آب و هوای گرم‌تر و آب در سطح سیاره وجود داشت و شرایطی شبیه به زمین اولیه بود، می‌توانند در دریاچه‌های مریخ باقی بمانند.

اما یک مانع دیگر وجود دارد: ترکیب آب. خاک مریخ غنی از پرکلرات ها - نمک های اسید پرکلریک است. محلول های پرکلرات در دماهای بسیار پایین تری نسبت به آب معمولی یا حتی آب دریا منجمد می شوند. اما مشکل اینجاست که پرکلرات ها اکسیدان فعالی هستند. آنها باعث تجزیه مولکول های آلی می شوند، به این معنی که برای میکروب ها مضر هستند.

شاید ما توانایی زندگی برای سازگاری با سخت ترین شرایط را دست کم می گیریم. اما برای اثبات این موضوع، باید حداقل یک سلول زنده پیدا کنید.

"آجر" بدون شلیک

اشکال حیاتی که روی زمین زندگی می کنند بدون مولکول های آلی پیچیده حاوی کربن قابل تصور نیستند. هر اتم کربن می تواند همزمان با اتم های دیگر تا چهار پیوند ایجاد کند که در نتیجه ترکیبات فراوانی به وجود می آید. "اسکلت" کربن در پایه همه مواد آلی وجود دارد - از جمله پروتئین ها، پلی ساکاریدها و اسیدهای نوکلئیک، که مهمترین "بلوک های سازنده" زندگی در نظر گرفته می شوند.

فرضیه پان اسپرمیا فقط ادعا می کند که حیات در ساده ترین اشکالش از فضا به زمین آمده است. جایی در فضای بین ستاره ای، شرایطی ایجاد شد که امکان جمع آوری مولکول های پیچیده را فراهم کرد.

شاید نه به شکل یک سلول، بلکه به شکل نوعی پروتوژنوم - نوکلئوتیدهایی که می توانند به ساده ترین روش تولید مثل کنند و اطلاعات لازم برای بقای یک مولکول را رمزگذاری کنند.

برای اولین بار، زمینه های چنین نتیجه گیری 50 سال پیش ظاهر شد. مولکول های اوراسیل و گزانتین در داخل شهاب سنگ مارکیسون که در سال 1969 در استرالیا سقوط کرد، یافت شد. اینها بازهای نیتروژنی هستند که قادر به تشکیل نوکلئوتید هستند که پلیمرهای اسید نوکلئیک - DNA و RNA - قبلاً از آنها تشکیل شده است.

وظیفه دانشمندان این بود که مشخص کنند آیا این یافته‌ها نتیجه آلودگی زمین، پس از سقوط است یا منشأ فرازمینی دارد. و در سال 2008، با استفاده از روش کربن رادیویی، این امکان وجود داشت که مشخص شود اوراسیل و گزانتین واقعاً قبل از سقوط شهاب سنگ به زمین تشکیل شده اند.

اکنون در مارکیسون و شهاب‌سنگ‌های مشابه (که به آن‌ها کندریت‌های کربنی می‌گویند)، دانشمندان انواع پایه‌هایی را یافته‌اند که هم DNA و هم RNA از آنها ساخته شده‌اند: قندهای پیچیده، از جمله ریبوز و دئوکسی‌ریبوز، اسیدهای آمینه مختلف، از جمله اسیدهای چرب ضروری. علاوه بر این، نشانه هایی وجود دارد که مواد آلی مستقیماً در فضا تشکیل می شوند.

در سال 2016، با کمک دستگاه روزتا آژانس فضایی اروپا، ردپایی از ساده ترین اسید آمینه - گلیسین - و همچنین فسفر که جزء مهمی برای منشاء حیات است، در دم دنباله دار Gerasimenko پیدا شد. -چوریوموف

اما چنین اکتشافاتی بیشتر نشان می دهد که چگونه می توان حیات را به زمین آورد. اینکه آیا می تواند برای مدت طولانی خارج از شرایط زمینی زنده بماند و توسعه یابد، هنوز مشخص نیست. دیمیتری وایب، ستاره شناس، می گوید: "مولکول های بزرگ، مولکول های پیچیده، که بدون هیچ گزینه ای در زمین به عنوان ارگانیک طبقه بندی می شوند، می توانند در فضا بدون مشارکت موجودات زنده سنتز شوند." ما می دانیم که مواد آلی بین ستاره ای وارد منظومه شمسی شده و اما پس از آن اتفاق دیگری برای او رخ داد - ترکیب ایزوتوپی و تقارن در حال تغییر بود.

آثار در جو

یکی دیگر از راه‌های امیدوارکننده برای جستجوی حیات، با امضای زیستی یا نشانگرهای زیستی مرتبط است. اینها موادی هستند که وجود آنها در اتمسفر یا خاک سیاره به طور قطع نشان دهنده وجود حیات است. به عنوان مثال، اکسیژن زیادی در جو زمین وجود دارد که در نتیجه فتوسنتز با مشارکت گیاهان و جلبک های سبز ایجاد می شود. همچنین حاوی مقدار زیادی متان و دی اکسید کربن است که توسط باکتری ها و سایر موجودات زنده در فرآیند تبادل گاز در طی تنفس تولید می شود.

اما یافتن آثاری از متان یا اکسیژن در جو (و همچنین آب) هنوز دلیلی برای باز کردن شامپاین نیست. به عنوان مثال، متان را می توان در جو اجرام ستاره مانند - کوتوله های قهوه ای - نیز یافت.

و اکسیژن می تواند در نتیجه شکافتن بخار آب تحت تأثیر اشعه ماوراء بنفش قوی تشکیل شود. چنین شرایطی در سیاره فراخورشیدی GJ 1132b مشاهده می شود که دمای آن به 230 درجه سانتیگراد می رسد. زندگی در چنین شرایطی غیرممکن است.

برای اینکه یک گاز به عنوان یک امضای زیستی در نظر گرفته شود، باید منشا بیوژنیک آن ثابت شود، یعنی دقیقاً در نتیجه فعالیت موجودات زنده شکل گرفته باشد. چنین منشا گازها، به عنوان مثال، با تنوع آنها در جو نشان داده می شود. مشاهدات نشان می دهد که سطح متان در زمین با فصل در نوسان است (و فعالیت موجودات زنده به فصل بستگی دارد).

اگر در سیاره دیگری متان از جو ناپدید شود، آنگاه ظاهر می شود (و این را می توان مثلاً در طول یک سال ثبت کرد)، به این معنی است که کسی آن را منتشر می کند.

مریخ دوباره یکی از منابع احتمالی متان "زنده" است. اولین نشانه های آن در خاک توسط دستگاه های برنامه وایکینگ آشکار شد که در دهه 1970 به این سیاره فرستاده شد - فقط با هدف جستجوی مواد آلی. مولکول های کشف شده متان در ترکیب با کلر در ابتدا به عنوان مدرک در نظر گرفته شد. اما در سال 2010، تعدادی از محققان این دیدگاه را اصلاح کردند.

آنها دریافتند که پرکلرات هایی که قبلاً در خاک مریخ برای ما شناخته شده است، وقتی گرم می شوند، بیشتر مواد آلی را از بین می برند. و نمونه های وایکینگ ها گرم شدند.

در جو مریخ، اولین بار در سال 2003 آثار متان کشف شد. این یافته بلافاصله گفتگوها در مورد قابلیت سکونت مریخ را زنده کرد. واقعیت این است که هر مقدار قابل توجهی از این گاز در اتمسفر مدت زیادی دوام نمی آورد، اما در اثر اشعه ماوراء بنفش از بین می رود. و اگر متان تجزیه نشود، دانشمندان به این نتیجه رسیده اند که منبع دائمی این گاز در سیاره سرخ وجود دارد. و با این حال، دانشمندان اطمینان قطعی نداشتند: داده‌های به‌دست‌آمده رد نمی‌کردند که متان یافت شده همان "آلودگی" باشد.

اما مشاهدات مریخ نورد کنجکاوی در سال 2019 افزایش غیرعادی سطح متان را ثبت کرد. علاوه بر این، مشخص شد که اکنون غلظت آن سه برابر بیشتر از سطح گاز ثبت شده در سال 2013 است. و سپس یک چیز مرموزتر اتفاق افتاد - غلظت متان دوباره به مقادیر پس زمینه کاهش یافت.

معمای متان هنوز پاسخ روشنی ندارد. طبق برخی نسخه ها، مریخ نورد ممکن است در پایین دهانه ای قرار داشته باشد که در آن منبع زیرزمینی متان وجود دارد و انتشار آن با فعالیت زمین ساختی سیاره مرتبط است.

با این حال، امضاهای زیستی می توانند نسبتاً غیر واضح باشند. به عنوان مثال، در سپتامبر 2020، تیمی در دانشگاه کاردیف رگه‌هایی از گاز فسفین را در زهره، یک ترکیب فسفر ویژه که در متابولیسم باکتری‌های بی‌هوازی دخیل است، شناسایی کردند.

در سال 2019، شبیه‌سازی‌های کامپیوتری نشان داد که فسفین نمی‌تواند در سیاراتی با هسته جامد تشکیل شود، مگر در نتیجه فعالیت موجودات زنده. و مقدار فسفین موجود در زهره به نفع این واقعیت است که این یک خطا یا ناخالصی تصادفی نیست.

اما تعدادی از دانشمندان در مورد این کشف تردید دارند. متیو پاسک، اخترزیست شناس و متخصص در حالات کاهش یافته فسفر، پیشنهاد کرد که فرآیند عجیبی وجود دارد که توسط شبیه سازی های کامپیوتری مورد توجه قرار نگرفته است. این او بود که می توانست در زهره اتفاق بیفتد. پاسک افزود که دانشمندان هنوز مطمئن نیستند که زندگی روی زمین چگونه فسفین تولید می کند و آیا اصلاً توسط موجودات زنده تولید می شود یا خیر.

مدفون در سنگ

یکی دیگر از نشانه‌های احتمالی حیات، که دوباره با مریخ مرتبط است، وجود ساختارهای عجیب و غریب مشابه بقایای موجودات زنده در نمونه‌هایی از این سیاره است. اینها شامل شهاب سنگ مریخی ALH84001 است. حدود 13000 سال پیش از مریخ پرواز کرد و در سال 1984 توسط زمین شناسان برفی در اطراف تپه های آلان (ALH مخفف Allan Hills) در قطب جنوب در قطب جنوب یافت شد.

این شهاب سنگ دو ویژگی دارد. اولاً، نمونه‌ای از سنگ‌های دوران همان «مریخ مرطوب» است، یعنی زمانی که می‌توانست روی آن آب باشد. دوم - ساختارهای عجیب و غریب در آن پیدا شد که یادآور اشیاء بیولوژیکی فسیل شده است. علاوه بر این، معلوم شد که آنها حاوی آثاری از مواد آلی هستند! با این حال، این "باکتری های فسیل شده" هیچ ارتباطی با میکروارگانیسم های زمینی ندارند.

آنها برای هر گونه حیات سلولی زمینی بسیار کوچک هستند. با این حال، ممکن است چنین ساختارهایی به پیشینیان زندگی اشاره کنند. در سال 1996، دیوید مک‌کی از مرکز جانسون برای ناسا و همکارانش به اصطلاح شبه‌مورف‌هایی را در یک شهاب‌سنگ پیدا کردند - ساختارهای کریستالی غیرعادی که شکل (در این مورد) یک جسم بیولوژیکی را تقلید می‌کنند.

اندکی پس از اعلامیه در سال 1996، تیموتی سویندل، دانشمند سیاره‌شناسی در دانشگاه آریزونا، یک نظرسنجی غیررسمی از بیش از 100 دانشمند انجام داد تا بفهمد جامعه علمی در مورد این ادعاها چه احساسی دارد.

بسیاری از دانشمندان در مورد ادعاهای گروه مک کی تردید داشتند. به طور خاص، تعدادی از محققان استدلال کرده اند که این اجزاء ممکن است در نتیجه فرآیندهای آتشفشانی ایجاد شوند. ایراد دیگر مربوط به ابعاد بسیار کوچک (نانومتری) سازه ها بود. با این حال، حامیان به این موضوع اعتراض کردند که نانوباکتری ها در زمین یافت شدند. اثری وجود دارد که عدم تمایز اساسی نانو باکتری‌های مدرن از اجسام ALH84001 را نشان می‌دهد.

بحث به همان دلیلی که در مورد فسفین ونوسیا وجود دارد به بن بست رسیده است: ما هنوز تصور کمی از نحوه تشکیل چنین ساختارهایی نداریم. هیچ کس نمی تواند تضمین کند که شباهت تصادفی نیست. علاوه بر این، کریستال هایی مانند کریت روی زمین وجود دارد که تشخیص آنها از بقایای "فسیل شده" حتی میکروب های معمولی دشوار است (به ناگفته نماند نانوباکتری هایی که مطالعه ضعیفی ندارند).

جستجوی حیات فرازمینی مانند دویدن به دنبال سایه خود است. به نظر می رسد که پاسخ پیش روی ماست، فقط باید نزدیکتر شویم. اما او در حال دور شدن است و پیچیدگی ها و رزروهای جدیدی به دست می آورد. علم اینگونه عمل می کند - با حذف "مثبت های کاذب". اگر آنالیز طیفی اشتباه عمل کند چه؟ اگر متان در مریخ فقط یک ناهنجاری محلی باشد چه؟ اگر ساختارهایی که شبیه باکتری هستند فقط یک بازی طبیعت باشند چه؟ همه شبهات را نمی توان به طور کامل رد کرد.

کاملاً ممکن است که طغیان های زندگی دائماً در جهان - اینجا و آنجا - ظاهر شود. و ما با تلسکوپ‌ها و طیف‌سنج‌هایمان همیشه برای یک تاریخ دیر می‌آییم. یا برعکس، خیلی زود می رسیم. اما اگر به اصل کوپرنیک اعتقاد دارید که می گوید جهان به عنوان یک کل همگن است و فرآیندهای زمینی باید در جای دیگری اتفاق بیفتند، دیر یا زود ما با هم تلاقی خواهیم کرد. مسئله زمان و تکنولوژی است.