Може ли ванземаљски живот постојати у настањивој зони од метана?

Опкољен својим дебелим покривачем атмосфере, ледени Титан прилази бриљантном Сатурновом уду 14. марта 2008. (Кредит за слику: НАСА/ЈПЛ/Институт за свемирске науке)

Потрага за животом у великој мери је ограничена на потрагу за водом. Тражимо ванземаљске планете на исправној удаљености од њихових звезда како би течна вода прскала и слободно текла по њиховим површинама, „пратимо воду“ на Марсу, а СЕТИ скенира радио фреквенције у „воденој рупи“ између емисионе линије 1.420 МХз неутралног водоника и хидроксилне линије на 1,666 МХз.

Постоје два врло добра разлога зашто је наша пажња тако снажно усмерена на воду. Прво, то је ефикасан растварач за биолошку хемију, омогућавајући молекулима да се крећу по ћелијама, и има своја својства пријатељски настројен према животу - велики топлотни капацитет, способност да остане у течном облику у широком температурном опсегу и молекуларна густина која приморава молекуле да се сами организују, уместо воде која се организује око молекула. Друго, биосигнатуре хемије на бази воде су нам много лакше за даљинску идентификацију.

Штавише, најважнија чињеница о односу воде са животом је то што се она налази овде на Земљи.

'Неки тврде да је то једина важна ствар у вези воде', рекао је Цхрис МцКаи из НАСА -иног истраживачког центра Амес. МцКаи је астробиолог и планетарни научник који се специјализовао за лов на ванземаљска окружења, а затим поставља питање: 'Може ли нешто овде да живи?' уместо да унапред одлучује шта је и шта није усељиво.

'Живимо на планети на којој је вода течност и прилагодили смо се и еволуирали да радимо са том течношћу', рекао је МцКаи. „Живот је врло паметно користио својства воде да ради ствари не само у смислу раствора, већ и у коришћењу јаког поларитета тог раствора у своју корист у смислу хидрофобних и хидрофилних веза, и користећи саму структуру воде да поравна молекуле. ' [ Екстремофили: Најчуднији живот на свету ]

Претпоставимо, међутим, да живот не мора бити ограничен хемијом на бази воде; да ли бисмо могли да препознамо потписе таквог живота и станишта у којима он живи? Из једне перспективе, вода изгледа тако добро за живот јер је то можда једино; ниједна друга течност нема својства или обиље које има вода. С друге стране, постоји још једно гледиште које говори да има више приче, и да живот једноставно функционише са материјалом који му је при руци.

На Земљи је тај материјал вода, али на другим планетама то може бити нешто друго. И већ смо открили још један свет у нашем Сунчевом систему у коме се реке и језера праве са сасвим другачијом течношћу.

Лажна слика површине Титана коју је НАСА-ина свемирска летелица Цассини снимила 22. јула 2006. Језера изгледају тамнија од околног терена због јединственог начина на који распршују радар, што је слично начину на који то раде водена језера на Земљи.(Кредит за слику: НАСА/ЈПЛ/УСГС)

Титанова течност за живот?

Сатурн, величанствена планета са прстеновима, налази се 870 милиона километара (1,4 милијарде километара) од Сунца. Сатурн је гасовити свет са атмосфером водоника и хелијума, а испод нема видљиве камените површине.

Међутим, међу његовом пратњом ледених месеци је и Титан, већи од планете Меркур и прекривен густим огртачем угљоводоничног смога суспендованог у атмосфери богатој азотом. Титан је једини месец у Сунчевом систему за који се зна да има атмосферу, и заинтригирао је астрономе од када је Герард Куипер тамо открио метан 1944.

Када је заједничка мисија НАСА-е и Европске свемирске агенције Цассини-Хуигенс 2004. стигла у Сатурнов систем, откривена је истина о Титану. Инфрацрвене камере и радар на Цассинију приказали су свет разорен црним, зауљеним рекама и језерима, док је сонда Хуигенс заронила кроз непрозирну атмосферу и слетела на влажну поплавну равницу, али не и једну влажну. [ Невероватне фотографије Титана ]

На Титану, где је температура само 94 степена изнад апсолутне нуле (минус 290 степени Фахренхеита; 179 степени Целзијуса), вода је чврста попут стене и течног метана који протиче кроз речне долине и улази у поларна језера великих географских ширина. Уместо циклуса воде, Титан има циклус метана и сложену молекуларну супу насталу реакцијама у горњој атмосфери између ултраљубичастог зрачења сунца и метана.

Претпоставимо да би живот могао постојати у оваквом окружењу - то би била потпуно нова категорија настањиве планете, она у којој течни метан замењује течну воду, што доводи до потпуно другачије настањиве зоне, оне која је удаљенија од звезде од течне воде зона.

МцКаи је већ испред игре. Заједно са Асхлеи Гиллиам из НАСА Амес и Универзитета у Калифорнији, Санта Цруз, у априлу је објавио чланак у часопису Планетари анд Спаце Сциенце који описује где би се свет са температурама погодним за течни метан могао наћи око звезде црвеног патуљка.

Метански светови

Црвени патуљци-названи и М-патуљци по класификацији на Хертзспрунг-Русселл дијаграму-звезде су мање и хладније од нашег Сунца. Због тога су планетарни системи око њих сходно томе смањени.

МцКаи и Гиллиам израчунавају да би планета имала површинску температуру од минус 290 степени Фахренхеита (179 степени Целзијуса) у зони између 0,63 и 1,66 астрономских јединица (61,5 милиона и 154 милиона миља, или 99 милиона и 248 милиона км) око звезде Глиесе 581, црвени патуљак типа М3 који се налази 20,5 светлосних година далеко.

Четири планете су већ потврђене у орбити око Глиесе -а 581, али ниједна у „насељеној зони течног метана“. За још две планете се тврдило да постоје у систему, а једна од њих би пала у зону, на 0,76 астрономских јединица, али докази о постојању овог света су доказани веома контроверзно . Алтернативно, зона настањива течним метаном око хладнијег црвеног патуљка типа М4 била би још ближа, између 0,084 и 0,23 астрономских јединица (7,8 милиона до 21,4 милиона миља, или 12,6 милиона до 34,4 милиона км).

Хладни светови у којима доминира метан лако би могли постојати око звезда налик сунцу, а Титан је то доказ. Али уместо тога проналажење ових светова око црвених патуљака има предности. Прво, њихови мали орбитални радијуси олакшавају детекцију, било т ранситс или путем радијалне брзине Допплерова промена. Друго, Титанова атмосфера је непрозирна за плаву и ултраљубичасту светлост, али прозирна за црвену и инфрацрвену светлост, а црвени патуљци производе више потоњег од првих. Ако би Титан обишао црвеног патуљка, више црвеног светла би продирало на његову површину, загревајући планету и проширивши опсег настањиве зоне са течним метаном.

(Занимљиво, а црвени џин , која је близу крајње тачке у животном циклусу звезде сличне сунцу, производи светлост сличних црвених таласних дужина. Када се наше сунце за око пет милијарди година прошири у надувеног црвеног џина, захватајући све планете до Земље и вероватно Марса, Титан ће можда убрати плодове - бар на кратко, пре него што се црвени џин повуче и остави за собом звезда белог патуљка.)

Црвени патуљци су такође често високо магнетски активни и доживљавају велике звездасте бакље које емитују снажне налете ултраљубичастог зрачења. Иако ове бакље не би требале неповратно оштетити атмосферу егзопланета, према истраживању које је водила Антигона Сегура са Универсидад Национал Аутонома де Мекицо, оне би могле имати другачију врсту утјецаја на атмосфере у стилу Титана, раздвајајући молекуле и стварајући измаглицу какву видимо како обавија највећу Сатурнову планету месец. Што је активнији црвени патуљак, атмосфера планете налик Титану постаје магловитија. Што је измаглица дебља, површина је хладнија и зона за становање течног метана мора бити ближа звезди.

Већа или мања измаглица такође би променила спољашњи изглед таквог света. Ако ћемо једног дана тражити настањиве планете у зони настањивој течним метаном, мораћемо да знамо како ће изгледати, као и које биосигнатуре тражити. Управо ту лежи главни камен спотицања.

'Једноставно не знамо који би знаци живота били у таквој атмосфери, јер се толико разликује од нашег', рекла је Лиса Калтенеггер, која спроводи истраживање настањивих егзопланета на Институту Мак Планцк у Немачкој и на Харварду –Смитхсониан Центер фор Астропхисицс. 'Упркос томе, то ће се променити у трену ако Цхрис [МцКаи] пронађе живот на Титану и може нам рећи шта производи и шта бисмо могли даљински тражити телескопом.' [ 5 храбрих тврдњи о ванземаљском животу ]

Орбите планета у систему Глиесе 581 упоређују се са орбитама нашег Сунчевог система. Звезда Глиесе 581 има око 30 процената масе нашег Сунца, а најудаљенија планета је ближа својој звезди него ми Сунцу. Глиесе 581д би могао да одржи течну воду на својој површини.(Кредит за слику: Зина Деретски, Национална научна фондација)

Доказ о животу

МцКаи већ има неколико сугестија и, застрашујуће, можда чак постоје и поткрепљујући докази Титана. Године 2005. објавио је рад са Хеатхер Смитх са Међународног свемирског универзитета у Стразбуру, надовезујући се на рад Стевена Беннера са Универзитета у Флориди, описујући како би облици живота засновани на метану на Титану ('метаногени') могли конзумирати водоник, ацетилен и етан , и издахните метан уместо угљен -диоксида. Да постоји такав облик живота, могао би се открити исцрпљивањем водоника, ацетилена и етана на површини.

Запањујуће, ово су студије овог месеца заправо показале, али сам Мекеј је сумњив да ова мерења нужно значе да на Титану постоји живот. Уместо тога, он указује на друга, вероватнија објашњења, укључујући грешке у моделовању Титанове атмосфере на основу којих су та мерења делимично изведена, на непознате физичке процесе који се дешавају на Титану који нису повезани са животом. Што се тиче коришћења ове формуле за тражење живота на другом месту, исцрпљивање водоника, ацетилена и етана на површини магловите планете није погодно за удаљено спектроскопско снимање са удаљености од много светлосних година.

'Није јасно да бисмо могли видети исцрпљивање водоника на међузвезданим растојањима', рекао је МцКаи. 'На Земљи, наравно, велики биосигнат који је видљив на међузвезданим растојањима је накупљање кисеоника, али чак ни то није недвосмислен показатељ живота, јер је током већег дела Земљине историје било живота, али није било накупљања кисеоника.'

Ипак, Јонатхан Лунине са Универзитета у Аризони спекулисао је да постоји много више егзо-Титана него егзо-Земља. Ако је МцКаи у праву у вези са животом на бази метана, таква станишта би могла знатно надмашити број планета са животом на бази воде. Проблем је у томе што би ниске температуре на којима постоји течни метан резултирале животним формама са веома спорим метаболизмом. Живот би био спор. Постоји ли начин да се загреје?

'Морали бисте да изазовете велики притисак да бисте задржали течност метана на вишим температурама', рекао је Калтенеггер. „А ако размислите о томе, воде и угљеника има изузетно у изобиљу. Дакле, ако загрејете планету, већа је вероватноћа да ћете добити угљен -диоксид од метана, а метан би изашао из течне фазе како не бисте имали троструку тачку [где за дату температуру и притисак може постојати материјал као течност, чврста материја или гас] попут троструке тачке воде на Земљи. ' [Најчудније ванземаљске планете]

Ова илустрација приказује свих 1.235 потенцијалних кандидата ванземаљских планета које је НАСА -ина мисија Кеплер до сада пронашла. Планете су приказане како прелазе испред својих звезда домаћина, које су све представљене у размери.(Кредит за слику: Јасон Рове и Кеплер тим)

Друга решења

Ако топли течни метан не долази у обзир, које друге потенцијалне замене за воду постоје? Водоник -флуорид се приближава својствима течне воде, али је флуорид релативно редак у свемиру па је мало вероватно да ће играти велики фактор у животу. Чешћа је со: ако су температуре довољно високе, соли ће постати течне.

'Могу да замислим свет у којем постоји течност натријум хлорида, а со је некако основа за живот', рекао је МцКаи, али признаје да је то спекулативно. Уместо да троши превише времена на необичне идеје, он верује да је боље прво потражити окружење, а затим питати: Може ли ту нешто живети?

Калтенеггер дели исту филозофију. 'Прво морамо помоћу модела схватити шта је потребно да би планета била настањива, а затим погледамо податке који долазе о таквим свјетовима и видимо колико далеко можемо растегнути дефиницију настањивости.'

Ипак, од скоро 700 до сада потврђених егзопланета (не рачунајући све непотврђени светови кандидата откривена НАСА -ином мисијом Кеплер), само су две потенцијално погодне за течну воду, и то само под условом да су околности на самим планетама савршене. Што се тиче течног метана, без неких чврстих података о својствима живота заснованог на метану, астрономи ће погрешити због опреза. Чак и МцКаи и даље преферира тражење живота и станишта на воденој основи.

Знамо да ради вода; то је нешто што ми разумемо “, рекао је. „Иако тврдим да бисмо требали размотрити течни метан, не знамо да ли функционише. У том смислу још нагађамо. '

Можда ћемо нагађати до следећег мисија на Титан , што се може догодити тек 2030 -их. Као што је Земља шаблон за станишта на воденој основи, тако је и Титан шаблон за станишта на бази метана. Међутим, осим ако се може доказати да тамо постоји живот, зоне настањиве течним метаном ће се увек прелазити у корист водених зона. Нажалост, можда нам у том процесу недостаје огроман део живота.

Ову причу обезбедио је Часопис Астробиологи , веб-публикација спонзорисана од стране НАСА-е програм астробиологије .