Планета для експериментів: як вчені використовують Землю для пошуку інопланетного життя

Сьогодні пошуки інопланетного життя обмежені тільки технологічними можливостями людства. на

найближчий до Землі Марс недавно відправився зондInSight, посадку якого НАСА транслювала в прямому ефірі. Астробиологов цікавить в Сонячній системі не тільки Червона планета. У коло потенційно "населених" небесних тіл входить Венера, супутник Юпітера Європа, Енцелад і Титан, що обертаються навколо Сатурна - на них можуть бути живі мікроорганізми або сліди життя, яка колись існувала.

Умови на цих далеких сусідів Землі називаютьекстремальними. Венерианская температура не дозволяє досліджувати розпечену поверхню планети, яка прогріта до 470 ° C, а важкодоступність Європи, Енцелада і Титана стає ще більшою перешкодою для вчених: найближчий запуск зонда до Європи запланований на 2025 рік, а питання аналогічних проектів для інших супутників поки не вирішене зовсім.

Зонд InSight на поверхні Марса. Зображення: NASA

Надпотужні космічні телескопи відкрилилюдству планети, існуючі поза Сонячною системою. На зміну знаменитому Kepler прийшов удосконалений екзопланетних телескоп SPECULOOS, який отримає детальні зображення поверхонь найближчих екзопланет і дрібніших екзосупутник. Астрономічні об'єкти цього типу знаходять і за межами нашої галактики - вчені з Університету Оклахоми використовували мікролінзування, щоб виявити скупчення екзопланет на видаленні 3,8 млрд світлових років.

екзопланети - планети, що обертаються навколо інших світил, крімСонця. Сьогодні вчені знають про існування приблизно 100 млрд подібних екзопланет в галактиці Чумацький шлях, і до 20 млрд з них можуть бути подібні Землі.

Незважаючи на величезну кількість потенційнозаселених планет, завдання з пошуку позаземного житті не полегшується. Команда астрономів Вашингтонського державного університету на чолі з Дірком Шульце-Макуч розробила спеціальну схему класифікації екзопланет, покликану полегшити каталогізацію - формулу Індексу планетної населеності (PHI), що враховує твердість поверхні планети, її можливу атмосферу, джерело енергії і хімічний склад навколишнього середовища. Проблема в тому, що вчені не можуть отримати дані про атмосферу екзопланети або екзосупутник, наявності або відсутності рідкої води і, нарешті, можливих органічних елементах на поверхні об'єкта або під нею.

Проте, астрономи налаштовані позитивно івисувають гіпотези про швидкі сенсації космічного масштабу. Подібна впевненість - результат досліджень не космосу, а Землі. На рідній планеті людей вже є необхідні умови для імітації недружніх зовнішніх середовищ.

Знищити життя, одного разу з'явилася на планеті, складно. Вимоги для підтримки найпростіших форм прості: вода, постійне джерело енергії і знаходження в поясі планетного проживання.

Основний інтерес вчених звернений до домену архей, дояких відносяться живі організми екстремофили. Цей вид здатний виживати при екстремально низьких і високих температурах, в лужних і кислих середовищах. Такі бактерії живуть, наприклад, в підлідній озері «Схід», де тиск і температура порівнянні з аналогічними показниками в океані Європи.

Виживають чи екстремофили в космосі - відкритийпитання, але наявність води на астрономічних тілах обнадіює вчених. У найближче п'ятиріччя вчені не придбають дорогоцінних зразків льоду або ґрунту з потенційно населених світів, тому досліди з виявлення мікроорганізмів тривають там, де Землю легко сплутати з інопланетним світом.

Джети і стратостата для Венери

Вчені довели, що бактерії здатні літати абонавіть парити, наприклад, у другому шарі атмосфери Землі - стратосфері. Якщо людина виявиться в подібному просторі, навряд чи йому вдасться прожити довго - холодна і суха серед піднімаючих на 10-50 км від поверхні Землі. Температура -56 ° C і струменеві вітру швидкістю 160 км / год роблять стратосферу не придатною для життя. Дихати теж не вийде: озон вкриває весь земний світ від ультрафіолету з космосу, але вище озонового шару, на відстані 32 км від поверхні планети, відповідного захисту вже немає. Здається, що навіть Екстремофіли нічого робити в стратосфері Землі.

Біологи стверджують зворотне. Дослідження мікроорганізмів у верхніх шарах атмосфери ведуться з 30-х років, причому раніше вони вимагали значно більших і грошових, і людських ресурсів. Пілот Чарльз Ліндберг піднімався в небо над Атлантикою, щоб брати атмосферні зразки - під час таких «вилазок» монопланом керувала дружина авіатора. Літаки добре підходять для верхніх шарів атмосфери, але підніматися вище - в стратосферу і мезосферу - вони не можуть. Менш щільні потоки просто не утримують апарати.

У 70-х роках технології вивчення стратосфери буливдосконалені. В небо почали запускати кулі і ракети - вони буквально «брали мазки» повітряної оболонки, потім повертаючи їх на Землю. Ранні результати не були достовірними: прилади не стерилізували. Перед сучасними вченими стоїть завдання підтвердити й уточнити дані XX століття.

Девід Сміт, астробіолог з НАСА, досліджуєстратосферу і верхні шари атмосфери. Дані про середовище збираються за допомогою джета Gulfstream III, здатного підніматися на висоту стратосфери. Каскадний пробовідбірник пропускає повітря через тонкі ударні пластини з мікроскопічними отворами. Принцип такого методу нагадує решето: пил і мікроорганізми осідають на пластинах і доставляються вниз, на Землю.

Сам Сміт вважає, що мікроорганізми не можутьрости або розмножуватися на висоті стратосфери: занадто холодно і сухо. Зате це середовище добре підходить для «консервації»: організми виживають в 10-50 км від Землі. Залишаючись на одному місці, подорожуючи в потоках розрідженого повітря, добираючись до тропосфери мікроорганізми «чекають» повернення в комфортне середовище планети.

Дослідити верхні шари атмосфери можна і без джета. Стратостат - спеціальний пристрій на кшталт аеростата, здатне піднімати людину на висоту стратосфери.

Перший стратостаті був спроектований швейцарцемОгюстом Пікаром для вивчення космічних променів. Вчений здійснив перший політ на новому пристрої в 1931 році, але майже за 100 років своєї історії пристрій до сих пір не вийшло з дослідницького інструментарію.

Вчені з Університету Шеффілда виявилимікроорганізми, принесені на Землю зі стратосфери. У 2013 році команда дослідників запустила спеціальний повітряна куля на висоту 27 км, причому прямо в той час, коли над Землею проходив метеоритний дощ Персеїди.

Розмір принесених стратостата частинок виявивсянастільки великим, що їх виявлення на висоті стратосфери стало несподіванкою. Те, що їх занесло з Землі, практично неможливо: за останні три роки не відбувалося настільки сильних вивержень вулканів. Біолог Мілтон Уейнрайт вважає, що гіпотеза про інопланетне походження цих мікроорганізмів цілком можлива.

теорія панспермії - гіпотеза виникнення земного життя. Пояснює появу живого на Землі завдяки якоїсь комети, яка принесла перші мікроорганізми на планету.

Результати, отримані командою Уейнрайта, моглизмінити уявлення про життя - вона продовжує прибувати на Землю з космічного простору. Підсумки ізотопного фракціонування не підтвердили обнадійливих висновків: співвідношення ізотопів мікроорганізмів виявилося таким же, як у земних зразків. І все-таки цей досвід доводить: бактерії виживають в стратосфері.

венерианская атмосфера

На хвилі загальної космічної лихоманки в 60-хпопуляризатор науки і астроном Карл Саган припускав, що верхня атмосфера Венери може приховувати залишкові мікроорганізми, колись існували на прохолодною поверхні планети. Сьогодні бактерії не виживуть на поверхні, постійно розпеченій через венеріанського парникового ефекту - температура досягає 465 ° С, а атмосферний тиск в 92 рази більше земного.

Зате земні експерименти в стратосфері допомагаютьобґрунтувати гіпотезу про існування життя на Венері. Але в хмарах. Недавнє дослідження, опубліковане в журналі Astrobiology, повідомляє, що температура, тиск і хімічний склад атмосфери в 48 км від поверхні планети підходять для виживання величезних колоній інопланетних бактерій.

Температура в стратосфері Венери досягає 60 ° C - гаряче, але прийнятно для життя. Тиск зупиняється на позначці в 775 мм рт. ст.

При цьому хімічний склад верхніх шарів ВенериКислотність земного: сірчана кислоти, вуглекислий газ і краплі води. Для екстремофіл, подібних до земних, навіть такі умови не здадуться смертельними. Якщо життя на Землі щось і довела, так це те, що вона виживає в найнесподіваніших місцях - в киплячих джерелах і під льодами вічної мерзлоти. Ракеш Могул, співавтор статті про життя на Венері, заявляє: «На Землі життя може процвітати в украй кислотних умовах, може харчуватися вуглекислим газом або виробляти сірчану кислоту самостійно». Тому здогад про інопланетне походження прописалися на Землі мікробів чи не здається фантастикою.

Знімки Венери показують темні плями в атмосферіпланети. Вони змінюють форму, розмір і положення, але не зникають повністю. Сучасні аналізи показують: плями зроблені з точок, відповідних земним бактеріям за розміром. Спектри світла, що поглинаються частинками Венери, також схожі на спектри тих же земних бактерій.

підводні дослідження

Користь в дослідженні інопланетного життя приносятьне тільки антарктичні підлідні озера, але і льодовикові водойми Чилі. В Андах, на озерах Лагуна Негра і Ло Енкасадо, вчені тестують пристрої виявлення мікроорганізмів. У андських водах мало поживних речовин, а сонце пронизує водойми ультрафіолетовими променями. Ці озера - справжні кладовища, тому що сліди колись живих мікроорганізмів осідають на дні як біомолекули. Недавнє дослідження, опубліковане в журналі Astrobiology, розповідає, як мікроостанкі допоможуть виявити бактерії на Марсі або Титані.

Високогірні озера Анд переносять дослідників вминуле Марса, де, як вважається, озера з рідкою водою піддавалися такому ж впливу УФ-випромінювання. Значить, марсіанські бактерії могли пристосовуватися до променів так само, як чилійські мікроорганізми.

Для отримання біомолекул використовують LDChip -біосенсорний чіп з 450 антитілами, який виявляє білки або ДНК древньої або сучасного життя. Це основна деталь апарату Signs of Life Detector (SOLID), що збирає до 2 г грунту і льоду. Їх досліджують на біоматеріали. Інструмент зручний тим, що розшифровувати результати можна в польових умовах.

В опадах з дна знайшли сульфат-відновлюючі бактерії, археї, що утворюють метан, і екзополімерние речовини - продукти гамма-протеобактерий.

Професор Дон Коуен, дослідник мікробноїекології з Університету Преторії в Південній Африці, вважає: «Всі результати досліджень можуть допомогти ідентифікувати такі ж елементи в астробіологіческіх зразках з Марса, що стане доказом інопланетного життя». Чим ширше стає бібліотека біомаркерів, тим вище точність досліджень інопланетних зразків. Визначаються універсальні результати: як зберігаються бактерії, як вони реагують на радіацію і навколишнє середовище. Нова інформація використовується для вдосконалення тестів, що виявляють життя.