Серия «Тайная жизнь Вселенной»

31

Тайная жизнь Вселенной (9)

Заканчиваем знакомиться с книжкой Натали Каброл.
Предыдущие части выложены в серии.

Обилие экзопланет даёт нам надежду, что мы уже в следующем десятилетии сможем детектировать первые биосигнатуры в виде биогенных газов или термодинамического неравновесия. Но нам этого мало. Мы хотим получить информацию от внеземного разума. Чем больше мы найдём свидетельств микроорганизмов, тем выше окажется вероятность обнаружения цивилизаций. Ещё в 1961 году Фрэнк Дрейк сформулировал своё уравнение (хотя это, скорее, формула), служащее интеллектуальным каркасом для оценки условий возникновения внеземных цивилизаций:

Тайная жизнь Вселенной (9) Книги, Обзор книг, Научпоп, Вселенная, Внеземная жизнь, Длиннопост

Уравнение Дрейка

Здесь N – число разумных цивилизаций, готовых вступить в контакт. Остальные члены включают в себя количество новых звёзд Галактики, появляющихся ежегодно, долю солнцеподобных с планетами, среднее количество планет с подходящими условиями, вероятности зарождения жизни и разума, долю цивилизаций, способных и желающих завязать контакт, а также время существования разумной жизни на планете.

С момента формулирования значение N по умолчанию равно единице: это мы сами. Новые данные говорят, однако, о том, что оно должно быть выше. Практически каждая звезда имеет свою планетную систему, и 10% из них подобны нашему Солнцу. Большинство открытых экзопланет расположено по массе между Марсом и Нептуном, и 20% из них каменные, они похожи на Землю и находятся в зонах обитаемости. Таким образом, в Галактике может быть в районе нескольких миллиардов таких планет. Мы просто не можем быть одиноки! Но увы, свидетельств внеземных цивилизаций у нас на данный момент нет.

Мы видим, что некоторые члены в формуле прояснились на данный момент. Однако трудно прикинуть, какой процент живых миров разовьётся до продвинутых цивилизаций. Ещё более усложняет задачу то, что мы не пришли к согласию по поводу того, что такое жизнь, что такое разум и, главное, сколько времени внеземная цивилизация будет посылать сигналы вовне. На Земле жизнь существует миллиарды лет, но лишь какую-то сотню из них нас можно заметить извне. Если это правило универсально, то некоторые выводы окажутся самоочевидны.

Жить в системе, подобной Солнечной, можно около 5,5 миллиардов лет. Нам на Земле остался всего миллиард лет, прежде чем планета потеряет весь кислород в процессе разогрева Солнца. Поиски цивилизаций стоит фокусировать на звёздах зрелого возраста: от 4,5 до 5,5 миллиардов лет. Да, мы смотрим по себе, но всё ещё имеет смысл прикинуть шансы развития разумной жизни. Первые звёзды нашего типа появились около 10 миллиардов лет назад, и живут они в среднем тоже 10 миллиардов. Так что у кое-кого есть солидный запас по времени по сравнению с нами. Но лишь часть из них можно обнаружить. Есть смысл исследовать звёзды примерно одного с Солнцем возраста. Одним из подходящих кандидатов может быть HD 162826 из нашей звёздной колыбели, возраст которой 4,6 миллиардов лет. У неё, по всей вероятности, тоже есть планетная система, и кто знает, может они, наши «одногодки», сейчас тоже ищут нас. Или наоборот, они умудрены опытом и постигли законы Вселенной, и только лишь слушают то, что приходит от нас, не подавая сигналов от себя.

Тайная жизнь Вселенной (9) Книги, Обзор книг, Научпоп, Вселенная, Внеземная жизнь, Длиннопост

Близнец нашего Солнца

Оценивать потенциальное число планет с цивилизациями само по себе сложное занятие. А ведь ещё есть его величество случай. Всяко может случиться, в том числе с нами. Среднее время жизни древних цивилизаций составляет всего 340 лет, коллапс – типичная их судьба. Даже технологически развитая цивилизация может оказаться необнаружимой по разным причинам. Общее число их в системах, подобных нашим, может быть в диапазоне от нескольких десятков до нескольких тысяч, в зависимости от используемой модели. Это число может вырасти многократно, если искать не только планетах, подобных Земле. Например, в системах красных или оранжевых карликов. Первые живут триллионы лет, но излучают рентгеновские лучи. А вторые в этом смысле поприятнее, и живут «всего лишь» в пару раз дольше нашего Солнца.

Если всё так благоприятно с уравнением Дрейка, то где они все, наши братья по разуму? Этот вопрос первым задал Энрико Ферми, а до него подобные мысли высказывал Циолковский. И он же выступил с «гипотезой зоопарка», согласно которой мы ещё не дозрели до диалога с космическим разумом, который смотрит нас сквозь решётку нашего вольера. Астрофизик Майкл Харт предложил другие решения: невозможность путешествовать в пространстве по биологическим и техническим причинам или сравнительная молодость других цивилизаций. Может, инопланетяне уже посетили Землю, а мы и не заметили. Может, вообще мы им не интересны.

А может, Земля настолько редкое событие, что мы – единственные разумные счастливчики: так называемая «гипотеза редкой Земли». Сравнительно немного звёзд находится в обитаемой зоне Галактики. Звёзды с подходящими планетными системами пока ещё слишком молоды. Крупные спутники планет – тоже достаточно редкий случай. Далее, эволюция жизни на Земле слишком своеобразна: кто знает, как бы пошла она, не будь наша планета покрыта льдом несколько раз в своей истории, не случись кислородной смерти или кембрийского взрыва. Одним словом, путь наш долог и сложен, а других возможных путей мы и не знаем. А они могут быть, эти пути. Не надо мерить по себе и искать, например, только углеродную жизнь.

В заключение можно упомянуть наиболее экзотические решения парадокса Ферми. Что если цивилизации неизбежно разрушают самих себя в короткий срок? Или молчат, боясь быть разрушенными пришельцами, которые сбегутся на шум? Или наоборот, в тайне готовятся нас уничтожить? А может быть, они заявляют о себе каким-нибудь недоступным для нас способом? И они просто могли бы обрабатывать информацию по-своему. Ещё одной возможностью является машинная сингулярность, в результате которой биология со временем уступает место технике. Машины могли бы стать настолько совершенными, что создали бы жизнь, неотличимую от естественной.  Наконец, внеземная разумная жизнь могла бы обнаруживать своё присутствие действием, которое мы сегодня приписываем действию тёмной материи.

Натали не сдаётся перед великим фильтром. Она пишет, что, скорее всего, инопланетяне есть, и что их должно быть много и заканчивает главу словами своего учителя Карла Сагана:

Отсутствие доказательств это не доказательство отсутствия.


Я не стал бы на месте Натали писать про коллапс цивилизаций. Ведь на развалинах одних цивилизаций довольно скоро вырастают новые. Но в целом расчёты по формуле Дрейка всё ещё остаются бесполезным занятием. Ведь пусть несколько членов получили внятную оценку, остальные всё ещё загадочны, начиная с процента разумных цивилизаций (интересно как предполагается собрать статистику на этот счёт?) и заканчивая вероятностью технологического развития разума.

А Карлу Сагану можно тоже возразить, что искать инопланетян с таким успехом можно вечно. Тогда зачем тратить деньги? С жиру беситься? Пожалуй, да. Существование дорогостоящих программ поиска жизни можно объяснить именно так. Бедные страны не отправляют межпланетных станций. В свете роста населения Земли и сокращения ресурсов будущее у подобных программ незавидное. Скоро не до жиру может стать и американцам. Впрочем, илоны наши маски могут закабалить всех остальных и продолжать тратить «свои кровные» денежки на Марс. Тоже вариант…

28

Тайная жизнь Вселенной (8)

Продолжаем знакомиться с книжкой Натали Каброл.
Предыдущие части выложены в серии.

Открытие экзопланет раздвинуло горизонты поиска жизни ещё дальше. Экзопланету можно определить несколькими способами. Можно воспользоваться методом радиальной скорости. Гравитация планет заставляет звезду колебаться из стороны в сторону. Эти колебания преобразуются в изменения цвета естественного спектра звезды, который слегка синеет или краснеет в соответствии с эффектом Доплера. Можно поискать тень от планеты. Можно регистрировать изменение яркости звезды в момент прохождения планеты между звездой и наблюдателем. Современные мощные телескопы позволяют также маскировать звезду шаблоном и непосредственно наблюдать отражение света звезды атмосферой планеты. Ещё можно воспользоваться теорией Эйнштейна, согласно которой свет далёких звёзд отклоняется действием гравитации. Если свет звезды становится ярче на какое-то время – значит, не обошлось без экзопланеты. Последним способом в списке автора является астрометрия. Это когда регистрируются изменения положения звезды в процессе вращения её вокруг центра тяжести планетной системы.

Три четверти обнаруженных экзопланет удалось установить методом прохода, главным образом потому, что его использовали орбитальные телескопы Кеплер и теперь TESS, специально предназначенные для поиска. На момент издания книги было известно 5573 экзопланеты и 4151 планетных систем в крошечном квадранте нашей Галактики. И эти числа растут почти ежедневно! Ещё свыше 10 тысяч обнаружений ждут подтверждения. Короче, по индукции можно сказать, что на каждую звезду нашей Галактики приходится, по меньшей мере, одна планета. То есть от 100 до 400 миллиардов планет, и это нижняя оценка! Число потенциальных их спутников ещё больше: от 20 до 80 триллионов на Галактику.

Конечно, издали легче всего обнаружить так называемые горячие юпитеры: планеты-гиганты на близкой к светилу орбите. Ещё в 1989 году был найден первый подобный объект на орбите, который 13 лет считали коричневым карликом. В 1990 году в полёт отправился телескоп Хаббл, с помощью которого можно было искать экзопланеты в числе прочих задач. В 1992 году удалось найти твёрдые свидетельства наличия экзопланет в системе пульсара на расстоянии в 2300 световых лет от Солнечной системы. В 2001 году удалось определить и проанализировать атмосферу одной из экзопланет в 150 световых годах от нас.

Дальше – больше. Последовали открытия первых планетных систем. По мере совершенствования техники научились определять и более мелкие объекты, включая экзоспутники. Можно даже судить о присутствии углекислого газа в атмосфере.

Тайная жизнь Вселенной (8) Книги, Обзор книг, Космос, Космические исследования, Экзопланеты, Внеземная жизнь, Научпоп, Нон-фикшн, Длиннопост

Определение потенциального экзоспутника методом прохода по данным телескопа Хаббл

В 2003 году в космос ушёл канадский MOST, специализирующийся на астросейсмологии. С помощью его удалось обнаружить горячий юпитер HD 209458 b, у которого нашли водородную атмосферу с примесями углерода, кислорода и водяного пара. Там даже удалось зарегистрировать крупнейший вихрь. Данные наблюдения позволили даже начертить карту других экзопланет. 2009 год стал годом обнаружения первой экзопланеты, состоящей не из газа, а, подобно Земле, камней и металлов. Это сделал французский CoRoT, проработавший с 2006 по 2013 годы.

Ну а потом случилась революция: в полёт отправился Кеплер. Несмотря на все предыдущие успехи, планет, сравнимых с нашей Землёй по составу, размеру и орбите, на тот момент не нашли. За время работы с 2009 по 2018 годы Кеплер нашёл 2662 экзопланеты, и некоторые из них оказались как раз «нашего» типа. И, как уже говорилось ранее, всё это – в крошечном фрагменте нашей Галактики в созвездиях Лебедя и Лиры. Несмотря на поломку телескопа в 2013 году телескоп удалось стабилизировать и продолжить дальнейшие поиски.

В 2018 году в космос ушёл TESS. Он уже ищет в широкой области, составляющей 85% неба. За два десятка лет он должен каталогизировать тысячи экзопланет, включая сотни, размером меньше Земли. С помощью его мы сможем точнее судить о «населённости» планетных систем. В семейство орбитальных телескопов, занимающихся экзопланетами, недавно добавились европейский Хеопс и JWST. Последний разрабатывали аж четверть столетия, закончив в 2021 году. Он является самым амбициозным и сложным орбитальным телескопом, плодом сотрудничества американцев, канадцев и европейцев. Помимо первых галактик и рождающихся звёзд, он ищет и экзопланеты, пригодные для жизни.

Тайная жизнь Вселенной (8) Книги, Обзор книг, Космос, Космические исследования, Экзопланеты, Внеземная жизнь, Научпоп, Нон-фикшн, Длиннопост

Изображение экзопланеты HIP65426 b в различных инфракрасных диапазонах, полученные JWST

В разработке находится Нэнси Грейс Роман, который запустят не позже 2027 года, который будет работать по принципу гравитационной микролинзы (то есть с помощью теории Эйнштейна).  Этот проект позволит детектировать экзопланеты, размером лишь в несколько раз превышающие Луну. Также можно попытаться поискать так называемые скитающиеся меж звёздами небольшие планеты-сироты.

Найденные экзопланеты можно разделить на пять групп. Нас, конечно, в первую очередь интересуют каменные планеты землеподобного типа. Если масса такой планеты существенно превышает земную (вплоть до десяти раз), то её называют супер-Землёй или мини-Нептуном. По всей вероятности, такие планеты чаще всего являются океаническими или каменными с тонкой атмосферой. Если планета имеет ещё большую массу, вплоть до массы Нептуна, её называют гикеанами. Название кодирует их состав: это чаще всего водяные океаны с водородной атмосферой. Они являются неплохими кандидатами на поиск биосигнатур в их атмосферах. Следующая группа – нептуноподобные планеты с каменным ядром и водородо-гелиевой атмосферой. И, наконец, многочисленная группа газовых гигантов, состоящих, в основном, из водорода и гелия. Горячие юпитеры на ближних орбитах составляют подгруппу. По-видимому, они образовались за снеговой линией, где аммиак и метан замерзают, а потом дрейфовали на ближнюю траекторию.

Наш Юпитер тоже совершил подобный дрейф, но сформировавшийся за ним Сатурн оттянул его обратно. В процессе своих перемещений он разрушил раннее поколение каменных планет и запустил формирование Меркурия, Венеры и Земли, а также не дал дорасти Марсу. Эти давние события могут сигнализировать о том, что Солнечная система является исключением из общего правила. И действительно, пока мы находим очень мало систем, похожих на нашу. И всё же по новым оценкам мы можем расчитывать на существование воды в жидком виде на каменных планетах как минимум в половине систем звёзд, одного класса с Солнцем. А это 2-3 миллиарда планет!

Кроме звёздных систем, планеты можно найти скитающимися в межзвёздном пространстве. Первую такую одинокую планету обнаружили в 2012 году в районе сотни световых лет от нас. После этого нашли ещё много таких, суммарное число исчисляется сотнями. Как правило, они в несколько раз крупнее Юпитера, весьма молоды и потому достаточно горячи, чтобы их можно было бы обнаружить простым наблюдением в инфракрасном диапазоне. Казалось бы, жизнь невозможно представить себе вне окрестности какой-нибудь звезды. Но даже в Солнечной системе приемлемые условия были обнаружены в самых неожиданных местах. Пока планета-сирота ещё не потеряла своё тепло, на ней может быть и океан, и другие условия для жизни. В такой одним из важных вопросов является, как быстро может появиться жизнь. Можно представить себе планету с плотной водородной атмосферой, которая не выпускает тепло и держит воду в жидком состоянии. Вращающийся вокруг планеты массивный спутник мог бы обеспечить приток тепла путём приливных возмущений. В таких мирах потенциально возможен даже фотосинтез, даже если расстояние от галактического ядра измеряется сотнями световых лет.

Тайная жизнь Вселенной (8) Книги, Обзор книг, Космос, Космические исследования, Экзопланеты, Внеземная жизнь, Научпоп, Нон-фикшн, Длиннопост

Одинокая планета CFBDSIR 2149-0403 (тусклая голубая точка в середине)

Всё меняется: активность звёзд, потоки энергии в их системах и зоны обитаемости. В этом смысле шансы на жизнь у кандадатов-экзопланет не равны. На данный момент известно около шестидесяти планет в обитаемых зонах их родительских звёзд, одна – размером с Марс, а другие – с Землю и больше. Кого-то обжигает излучение и радиация, как, например Kepler-438b в окрестностях красного карлика. Однако жизнь могла бы развиваться в окрестностях типа звёзд, на который до недавнего времени никто не обращал внимания: умирающие звёзды. Когда на нашем Солнце выгорит водород, оно превратится в белого карлика. Оно сильно уменьшится в размерах, но продолжит светить. В 117 световых годах от нас есть подобная звезда: WD1054-226. Регулярные колебания её светимости заставляют задуматься о присутствии в её системе планеты, которая была бы в пределах зоны обитаемости. Если это так, то это молодая планета, поскольку на предыдущих стадиях развития звёзды раздуваются и поглощают близлежащие планеты. Поскольку зона обитаемости у белого карлика уже и ближе к звезде, у этой планеты есть добрых два миллиарда лет для того, чтобы породить жизнь. Наша Земля справилась быстрее.

За эволюцией обитаемости нескольких планет можно наблюдать на примере системы TRAPPIST-1, находящейся от нас на расстоянии 41 светового года в созвездии Водолея. Так вокруг маленького холодного красного карлика, размером с Юпитер, обращаются семь планет, три из которых находятся в зоне обитаемости. Размеры и сравнимы с Землёй и Марсом. Надо сказать, что вероятность образования подобных систем вокруг сверххолодных карликов чрезвычайно высока: от 30 до 45 процентов. Так вот, все семь планет уместились бы между Солнцем и Меркурием. Дальше от звезды – вода замёрзнет. Ближе – всё сожжёт радиация, а ультрафиолет выдует атмосферу.

Тайная жизнь Вселенной (8) Книги, Обзор книг, Космос, Космические исследования, Экзопланеты, Внеземная жизнь, Научпоп, Нон-фикшн, Длиннопост

Сравнение плотности, размеров и освещённости планет в системе TRAPPIST-1

Больше всех на Землю похожа планета e. Вполне возможно, что на ней есть атмосфера. Да, условия не столь роскошные, как у нас, но учитывая долгое время жизни её звезды, которая в 12 раз меньше Солнца, времени на эволюцию у неё гораздо больше чем у нас: 12 триллионов лет. Так что она – ближайший претендент на то, чтобы стать второй версией нашей Земли.

Мы убедились, что горизонты для поисков внеземной жизни необозримы. Облегчить задачу нам может искусственный интеллект, который поможет сравнить земные условия с тем, что предлагает нам на выбор Вселенная. Он сегодня не только помогает нам профильтровать огромные объёмы данных от телескопов, но и направляет наши будущие поиски и опыты. Схватить жизнь в её разнообразии – непростая задача, требующая комплексного подхода, комбинирующего данные астрономии, биологии, космологии и других отраслей знания. Уже настоящее поколение инструментов невероятно мощное, а завтрашний день принесёт ещё более эффективные средства исследования.

Показать полностью 4
31

Тайная жизнь Вселенной (7)

Продолжаем знакомиться с книжкой Натали Каброл.
Предыдущие части выложены в серии.

Коротко для ЛЛ: вода в жидком виде, а следовательно среда для появления жизни весьма вероятнане только на крошечной Церере, но и на Плутоне. Да что Плутон, есть где поковыряться даже на Меркурии. Значит, нам туда дорога!

Раз уж обитаемая среда может присутствовать на крошечном Энцеладе, то почему бы не поискать где-нибудь ещё, кроме спутников газовых гигантов? Химический состав Цереры говорит о том, что она сформировалась не в районе астероидного пояса, а где-то возле орбиты Нептуна. Это подтверждается обнаружением солей аммония и карбонатов натрия в районе 92-километрового кратера Оккатор. В принципе, Церера и сегодня находится под влиянием гравитации крупных планет, что выражается в колебании наклона оси вращения. Это позволяет ей сохранять лёд миллиарды лет: кратеры, остающиеся в тени, служат холодными ловушками.

В своей ранней истории Церера была теплее, так что часть воды была в жидком состоянии. Правда, это не точно. Если бы это было так, то Dawn обнаружил бы на ней толстый слой льда. Вместо этого на ней могут присутствовать полости с солёной жидкой водой. Об этом свидетельствуют, например, колебания гравитации и водяные пары, обнаруженные европейской обсерваторией Гершель. Потухшие криовулканы со слоями соли вблизи поверхности говорят о геологической активности карликовой планеты. В центре Оккатора американский зонд открыл яркие пятна из солей, которые могли образоваться только в присутствии жидкой воды в результате гидротермальной активности.

Тайная жизнь Вселенной (7) Обзор книг, Книги, Планета, Плутон, Меркурий, Церера, Космос, Внеземная жизнь, Космические исследования, Научпоп, Нон-фикшн, Длиннопост

Раскрашенное фото кратера Оккатор

Церера – уникальный мир. Они замерзает, но всё ещё не замёрзла и выполняет все условия потенциально обитаемого окружения. Некоторые минералы, обнаруженные на ней, подобны тем, которые имеются в окрестностях гейзеров Энцелада, и их состав говорит о наличии на планете источников энергии. Есть и органика, которую, по-видимому, занесли кометы. Одним словом, нашли там, где не ждали.

В 2015 году учёных ждал новый сюрприз, когда автоматическая станция НАСА Новые горизонты добралась до Плутона. Долгие годы эту «бывшую» планету считали далёким куском льда, пока в 1978 году у неё не обнаружили огромный спутник, названный Хароном. Плутон остаётся одним из фрагментов пояса Койпера, которому ранняя миграция Нептуна не дала собраться в ещё одну планету. Так и болтается этот триллион камней и комет вокруг Солнца.

Ещё до старта миссии НАСА на Хаббле были получены интригующие снимки Плутона, свидетельствующие о сложной поверхности с регионами разной яркости.  Есть и азотная атмосфера (плюс немножко метана), хоть и в 100 тысяч раз более разреженная, чем земная. Также были обнаружены другие спутники Плутона, так что общее их число достигло пяти. Орбита планеты сильно вытянута, так что иногда во время 249-летнего обращения Плутон даже оказывается ближе к Солнцу, чем Нептун. Подобно Венере и Урану, Плутон вращается в обратную сторону, и делает это на боку: наклон оси составляет 120 градусов.

Поскольку азот из атмосферы медленно уплывает в космос, запасы его должны пополняться из недр. До старта Новых горизонтов учёные предполагали, что Плутон был холодным с самого начала, постепенно разогреваясь в процессе. Однако результаты наблюдений убеждают в обратном процессе с океаном на ранних стадиях. Этот океан потом замёрз, а поскольку плотность льда меньше воды, то внешнюю кору планеты раздуло, породив ту картину, которую заснял зонд НАСА. Никто не ожидал там найти горы и ледники с многоугольными узорами равнины, неформально названной Спутник.

Тайная жизнь Вселенной (7) Обзор книг, Книги, Планета, Плутон, Меркурий, Церера, Космос, Внеземная жизнь, Космические исследования, Научпоп, Нон-фикшн, Длиннопост

Огромные фрагменты азотного льда на плутонской равнине Спутник

Эти фрагменты свидетельствуют о температурной конвекции в результате сублимации азота или притока тепла изнутри. Есть на Плутоне и горы, покрытые текстурами изо льда. Эти кромки, длинные и острые, являются продуктом сублимации азота и ветра.

На Хароне не было найдено свидетельств активности. Этот кусок льда вращается с периодом в 153 часа вокруг Плутона, глядя на него, подобно как Луна на Землю, всегда одной стороной. Учитывая то, что Харон лишь вдвое меньше Плутона, правильнее будет сказать, что он вращается вокруг центра общего тяжести.

Существование жизни на ужасно холодной поверхности Плутона исключено. Но мы уже знаем, на что намекает автор: глубоко внутри может присутствовать жидкий океан. Как ни удивительно, исследователи сегодня не исключают того, что Плутон не только мог быть обитаем не только когда-то давно, но и сегодня, и даже в будущем! В рамках модели «горячего» старта у него имелся 150-километровый слой воды в то время, когда Земля была горячим шаром магмы. Там, глубоко на дне, древняя жизнь могла получить укрытие. Астероидные удары сформировали трещины и полости, служащие каналам сообщения с поверхностью. Тела комет привнесли органику и питательные вещества для первобытного бульона. Пока трудно сказать, что осталось сегодня от того океана. Есть определённые свидетельства в пользу недавней криовулканической активности.

Замёрзший Плутон переживёт своё второе рождение, когда Солнце через 7 миллиардов лет превратится в красного гиганта. Большинство планет перестанет существовать, а на Плутоне будет комфортных 27 градусов. Хоть этот благоприятный период продлится всего пару миллионов лет, этот маленький океанный мирок может послужить последним прибежищем для жизни в Солнечной системе.

Недавние открытия раздвинули зону потенциальной обитаемости далеко в пояс Койпера, и потому НАСА продумывает новые миссии наподобие Персефоны, в рамках которых можно было бы поискать океан в недрах Плутона. Да что там Плутон, почему бы не поискать где-нибудь поближе, например, на Луне! Когда-то и там была своя атмосфера, улетучившаяся за 70 миллионов лет. И даже могла быть жидкая вода. Кирпичики для жизни могли принести планеты и астероиды, не говоря уже об «импорте» материала с Земли, свидетельства которого уже есть. Исследования Луны могут позволить сделать выводы о ранних этапах существования земной жизни, ведь древние камни на самой Земле давно погребены под слоем новых скал.

Что-то можно поискать и на Меркурии, где найдены определённые типы местности, свидетельствующие о медленном распаде нестабильных элементов коры посредством сублимации материалов с содержанием серы… или жидкой воды. Одним словом, пару миллиардов лет какие-то ниши для обитаемой жизни могли существовать и на ближайшей к Солнцу планете. Пусть этот период уже далеко в прошлом, следы первобытной химии и примитивной жизни, могли сохраниться в этих регионах. Как ни удивительно, сегодня на Меркурии в областях вечной тени присутствует лёд. Самое место для будущей миссии астробиологов.

Тайная жизнь Вселенной (7) Обзор книг, Книги, Планета, Плутон, Меркурий, Церера, Космос, Внеземная жизнь, Космические исследования, Научпоп, Нон-фикшн, Длиннопост

Одна из концепций будущей миссии на Меркурий

Как видим, границы для поисков раздвигаются всё шире. Этот процесс поощряется разнообразием потенциальных сценариев распространения жизни в Солнечной системе. Автор их сводит к трём основным. Согласно первому, жизнь, после зарождения остаётся на той же планете. Но она могла бы также передаться с одной планеты на другую вместе с материалом, которым эти планеты обмениваются. Первой на ум в этой связи приходит связка Земля-Марс. В принципе, жизнь могла независимо появиться на обоих планетах, которые потом обменивались биоматериалом. И третий сценарий: панспермия как уникальный осеменяющий агент во всей системе. Все три сценария могут, конечно, комбинироваться друг с другом.

Показать полностью 3
84

Тайная жизнь Вселенной (6)

Продолжаем знакомиться с книжкой Натали Каброл.
Предыдущие части выложены в серии.

Коротко для ЛЛ: Спутник Сатурна Титан удивил землеподобными пейзажами, обилием органических веществ и жидкой водой в толще своих глубин.

14 января 2005 года произошло знаменательное событие в истории исследования Солнечной системы. Европейский зонд Гюйгенс совершил посадку на спутнике Сатурна Титане. В процессе своего двухчасового снижения космический аппарат отправил сотни снимков местности, недоступной для обзора человеческому глазу из-за постоянно окутывающего Титан тумана. Пейзажи оказались разительно похожи на земные: холмы, русла рек, береговые линии. Единственное, чего не хватало – это растительности. После посадки Гюйгенс проработал ещё 72 минуты, прежде чем у него закончилось питание. Этим временем зонд воспользовался для исследования своих окрестностей и, прежде всего, атмосферы.

Тайная жизнь Вселенной (6) Книги, Обзор книг, Космос, Внеземная жизнь, Сатурн, Титан, Космические исследования, Научпоп, Нон-фикшн, Длиннопост

Снимок поверхности Титана, присланный Гюйгенсом

Атмосфера Титана породила много вопросов ещё во время пролётов мимо него Пионеров и Вояджеров. Гюйгенс помог ответить на многие из них. Спутник Сатурна окутан оранжевым туманом, температура которого колеблется между -87°С  и -203°C. На поверхности было зарегистрировано -180 градусов с давлением примерно в полторы земных. Во время снижения зонд снесло ветром на 160 километров. Измерения подтвердили данные о составе атмосферы: 97% азот, 2,7% метан плюс следы других газов. Похоже на то, что этот азот пришёл не из системы Сатурна, а из облака Оорта, состоящего, в основном, из замёрзших и неактивных комет. Как известно, метан может быть продуктом жизнедеятельности микроорганизмов, но изотопный состав его не указал на биологическое происхождение. Этот газ разрушается под действием солнечного света, и через несколько десятков миллионов лет его не должно было остаться. А он есть. Почему? Очень вероятно, что имеется источник его пополнения. Например, вулканизм.

Кроме метана, в атмосфере Титана много органики. Углеводороды производятся цепью химических реакций в верхних слоях атмосферы. На большой высоте свет и радиация расщепляют молекулы азота и метана, что предоставляет материал для синтеза сложных соединений, которые опускаются под действием своего веса в нижние слои и формируют, в конечном счёте, тот самый оранжевый туман. Ещё с Земли удалось установить наличие на Титане полициклической ароматики, которая сыграла в своё время важную роль при синтезе РНК. Эти кирпичики жизни проливаются на поверхность Титана дождями! Вполне логичным было заставить Гюйгенс детектировать электрические разряды. Но результат оказался отрицательным. Зато были обнаружены низкочастотные сигналы, что позволило заключить о существовании солёного океана из воды и аммиака на глубине свыше 50 километров.

Исследования этого океана могут стать темой последующих миссий, а Гюйгенс занимался, в основном, атмосферой Титана. Из-за тумана выбрать место посадки не представлялось возможным, и пришлось рассчитывать зонд на самые разные обстоятельства. Гюйгенс сел на поверхность из плотного песка или льда. Местность представлялась странной, но знакомой: равнина с округлыми булыжниками на переднем плане.

После того, как Гюйгенс отправил сотни мегабайт на Землю и прекратил свою работу, исследования продолжил Кассини – орбитальная часть этой пары космических аппаратов. 13 лет он мотался вокруг Сатурна, уделяя основное внимание Титану. Была картирована его поверхность и изучена атмосфера. Открытие больших приливных эффектов подтверждало существование глубинного слоя жидкой воды, которая поддерживается в агрегатном состоянии гравитацией Сатурна и других его спутников. Кроме того, метан может служить в определённой степени антифризом. Титанический океан сильно солён, а переменная его глубина может свидетельствовать о процессе его замерзания.

Титан имеет свой цикл конденсации и испарения, и как результат – систему рек, озёр и морей. Крупнейший «водоём» назвали Морем Кракена, размером оно с Каспийское море и состоит из жидкого метана, а также частично из этана и азота. Озёра и моря испаряются, ледяные вулканы извергаются, в атмосфере появляются облака. Всё, как на Земле. Правда, вместо воды – метан. Год на Титане длится 30 земных лет, есть времена года с пылевыми бурями, муссонами и ливнями. Также есть горы, холмы и долины, а также широкие пространства дюн, состоящих не из силикатов, а изо льда, покрытого слоем углеводородов, образующихся под действием солнечного излучения.

Тайная жизнь Вселенной (6) Книги, Обзор книг, Космос, Внеземная жизнь, Сатурн, Титан, Космические исследования, Научпоп, Нон-фикшн, Длиннопост

Полярный циклон на Титане, снятый Кассини

Если есть в известной нам природе воплощение «первобытного супа» - то оно там, на Титане. Метаногенная жизнь могла зародиться в водородной среде вместо кислородной, реагировать с ацетиленом вместо глюкозы и производить метан вместо углекислоты. Но чтобы выжить там, нужно было бы выработать другие мембраны вместо липидных, например, на основе местного акрилонитрила. Однако при -180 градусах молекулы организуются в кристаллоподобные структуры. Так что живые молекулы на Титане могли бы вообще перепрыгнуть мембранную стадию и цепляться друг за друга и за скалы в ожидании, пока ветер принесёт им еду. Сегодня исследователи привыкают к идее этой необычной «холодной жизни» в столь суровом окружении.

По-иному выглядит среда в толще титанического океана. Там есть вода, там приемлемые для жизни температуры. Осталось понять механизм, при помощи которого органика с метановых озёр поверхности могла бы попасть в эту воду. Например, будучи включённой в ледяные глыбы. А может быть, органикой богато дно океана. Ведь Титан сформирован, в том числе, и из комет. Контакт океанской воды со скалами породил бы градиент окисления, дав возможность появиться биосфере, подобной той, что существует на земной океанической коре. Тамошние экосистемы существуют в полной темноте. Своей активностью они изменяют химический состав океана. Если что-то подобное есть на Титане, то судить о его существовании можно было бы по материалу, выходящему наружу из криовулканов.

Поиском биосигнатур и исследованиями метанового цикла займётся грядущая миссия НАСА под названием Dragonfly, которая отправится в полёт в 2028 году. В рамках её запланированы атмосферные полёты полутонного дрона на радиоизотопном приводе. В течение трёх лет он будет отбирать пробы с поверхности и искать знаки биологической активности в одном из кратеров Титана. На борту его будут размещены несколько спектрометров, разнообразные камеры и прочая интересная аппаратура. Есть и другие идеи по исследованию Титана, включая погружаемый модуль для анализа органики. Хоть Кассини и Гюйгенс позволили ответить на многие вопросы, тринадцать лет исследований породили гораздо больше новых.

51

Тайная жизнь Вселенной (5)

Продолжаем знакомиться с книжкой Натали Каброл.
Предыдущие части выложены в серии.

Коротко для ЛЛ: На спутниках газовых гигантов есть жидкие океаны, а значит может быть и жизнь.

Помимо зоны обитаемости, жизнь в Солнечной системе можно поискать и подальше от светила. Ещё Вояджеры установили, что поверхность спутников газовых гигантов является активной. Снимки, сделанные Галилео, заставили задуматься о возможном наличии океана на спутнике Юпитера Европе. Кассини же обнаружил сотни ледяных гейзеров на Энцеладе. Большинство спутников Юпитера и Сатурна выглядят как бы застывшими во времени. Но под мёрзлой коркой могут сложиться условия для жизни. Так чёрные курильщики на Земле служат прибежищем для огромного количества микроорганизмов. Конечно, кроме воды, нужно искать ещё энергию, питательные вещества, укрытия и источники углерода. И не забыть про убийственный уровень радиации в окрестностях газовых гигантов.

Тайная жизнь Вселенной (5) Книги, Обзор книг, Научпоп, Космос, Внеземная жизнь, Планета, Нон-фикшн, Энцелад, Юпитер, Сатурн, Длиннопост

Снимок Европы с борта Джуно

Энергию там можно брать только изнутри: Солнце слишком далеко. Приливные силы постоянно дестабилизируют внутренние слои спутников Юпитера и Сатурна, создавая тепло. Потенциально возможен и радиолиз, который тоже мог бы обеспечить снабжение питанием. Необходимым элементом устойчивой биосферы является связанность между поверхностью и глубинными слоями. Сам океан, если он существует, должен перемешиваться термальной конвекцией и силами вращения. Увидеть его невозможно, поэтому о нём судят лишь косвенно, по вариациям температуры поверхности, которые указывают на наличие горячих точек. Также о наличии воды позволяют судить гейзеры.

Кандидатов у нас достаточно много, и в первую очередь это Энцелад, Европа, Титан, Ганимед и Каллисто. Каллисто в два с половиной раза меньше Земли и имеет поверхность, изрытую кратерами, что говорит о весьма низкой геологической активности. Атмосфера её весьма разрежена, своего магнитного поля нет, но похоже на то, что в  глубинах имеется слой, проводящий электричество. Например, таким слоем может быть солёный океан, скрытый на глубине свыше 250 километров. Если в нём есть экосистема, то она полагается на исключительно внутренние ресурсы: горные породы, лёд, вода и теплообмен между ними. В таком сочетании ресурсы расходовались бы быстрее, чем при открытой системе. Так что здесь ещё есть много непонятного.

На Ганимеде ситуация несколько лучше. Этот самый крупный из спутников Солнечной системы имеет своё магнитное поле. По его флуктуациям в процессе обращения вокруг Юпитера удалось установить влияние чего-то, очень похожего на солёный океан под коркой льда толщиной 150 километров. Глубина океана составляет ни много, ни мало – 90 километров. Морфология поверхности подтверждает эти выводы, сделанные с помощью орбитального телескопа Хаббл. Есть тонкая кислородная атмосфера, порождаемая солнечной радиацией, расщепляющей лёд. Есть и энергия, происходящая из приливных тектонических возмущений. Но достаточно ли этого всего для жизни – сказать трудно. 150 километров – это много, так что не факт, что атмосферный кислород мог бы доставить энергию для подлёдной жизни. В запасе остаются гидротермальные источники и минералы, которые рано или поздно истощились бы. Одним словом, вряд ли там можно ожидать богатого биоразнообразия. Но кто знает, может, нас ждут приятные сюрпризы. Их нам может предоставить текущая миссия Европейского космического агентства JUICE, которая три года будет мотаться вокруг Юпитера и его спутников.

Тайная жизнь Вселенной (5) Книги, Обзор книг, Научпоп, Космос, Внеземная жизнь, Планета, Нон-фикшн, Энцелад, Юпитер, Сатурн, Длиннопост

Кратер на поверхности Ганимеда, снятый Джуно

Одним из наиболее перспективных кандидатов на наличие жизни является спутник Сатурна Энцелад, который фонтанирует льдом из своих многочисленных гейзеров. Выброшенные частички льда улетают в кольцо Е или падают обратно. Или попадают на другие спутники Сатурна. Несмотря на свой диаметр всего в полтысячи километров, Энцелад имеет кремниевое ядро и богатую водой мантию. Композиция солей и силикатов, извергаемых гейзерами, говорит о формировании их посредством контакта горячей воды и камней. А вот поверхность у Энцелада очень холодная – почти 200 градусов мороза днём. Она изрыта трещинами и утёсами. Причину этого помог раскрыть зонд Кассини, обнаруживший гейзеры. Трещины раскрываются и закрываются посредством гравитационных воздействий по мере удаления и приближения Энцелада к Сатурну в процессе обращения вокруг планеты. Но непосредственно приливные силы – не единственный источник энергии. Похоже, у Энцелада пористое ядро, которое пронизывает вода. Сжатие и растяжение этого ядра разогревает воду и запускает её циркуляцию, и вместе с ней – теплопередачу и, в конечном счёте, извержения гейзеров. Так, во всяком случае, объясняет видимую картину модель, опубликованная исследователями университета Нанта в 2017 году.

Пролетая через гейзеры, Кассини установил, что внутренний океан Энцелада слегка солёный, а на дне его поддерживается гидротермальная активность. Была также обнаружена сложная органика, которая, вероятно, производится в результате этой активности. Эта органика поднимается к корке льда в пузырьках газа, которые разрушаются при контакте. Когда трещины раскрываются, она попадает в тело гейзера. Кроме органики, удалось ещё найти серу и азот, причём в формах, пригодных для использования жизнью. Очень интересным открытием стал высокий уровень метана в гейзерах. На данный момент пока не ясно, в результате каких процессов он мог там появиться в таком количестве. Есть вероятность, что без микробов там не обошлось. Ну, или работает какой-то пока не известный нам процесс небиологического происхождения.

Тайная жизнь Вселенной (5) Книги, Обзор книг, Научпоп, Космос, Внеземная жизнь, Планета, Нон-фикшн, Энцелад, Юпитер, Сатурн, Длиннопост

Фото гейзеров Энцелада, снятое Кассини в 2007 году

Итак, пригодность океана Энцелада для жизни установлена, нужно искать дальше. Перспективным средством являются микророботы. С их помощью можно будет попытаться пробиться через активный гейзер в океан или поискать биомаркеры.

Первой системой, которая займётся неземным океаном, будет Europa Clipper, который достигнет орбиты Юпитера в 2030 году. Да, один из галилеевых спутников Юпитера Европа тоже имеет гейзеры и потенциальный океан. Вскоре компанию Клипперу составит европейский космический аппарат JUICE. Правда, выбросы водяного пара на Европе не столь постоянны и ярко выражены, как на Энцеладе. Их трудно словить, но телескопу Хаббл это удалось в 2012 и 2014 годах. Крупные выбросы могут случаться, подобно как на Энцеладе, в процессе взаимодействия с океаном. Более мелкие могут происходить из локальных водяных карманов. Осцилляция в процессе обращения вокруг Юпитера порождает периодические сбросы напряжения горных пород посредством формирования разломов и трещин. Небольшое количество кратеров подтверждает тезис о молодой поверхности Европы.

И всё-таки самые крупные разломы не вписываются в теорию приливных возмущений и могут быть объяснены через тектонику движения литосферных плит. А это значит, что под ними скользко. Океан служит наиболее логичным объяснением. Эту гипотезу подтверждают и возмущения магнитного поля в окрестностях Европы. То есть если это океан, то это солёный океан глубиной до 160 километров. Источник его разогрева может иметь приливную или радиоактивную природу, и мощности его может хватить для генерации течений. Со временем ледяная корка может подвергнуться эрозии, дав путь воде к поверхности. Возможен также альтернативный сценарий периодического катастрофического обновления поверхности, как на Венере.

Тайная жизнь Вселенной (5) Книги, Обзор книг, Научпоп, Космос, Внеземная жизнь, Планета, Нон-фикшн, Энцелад, Юпитер, Сатурн, Длиннопост

Поверхность Европы, снятая Джуно в 2022 году

На момент своего формирования Европа имела уже достаточно необходимых химических компонент жизни, начиная с углерода и заканчивая серой. Ещё что-то могли привнести кометы и астероиды. Океанские течения могут обеспечить циркуляцию воды и питательных веществ между корой и океаном, поддерживая пригодную для обитания среду. В подобной среде на Земле обитают полчища микробов. Более того, недавние исследования выдвигают идею, что в океане Европы достаточно кислорода, чтобы обеспечить существование более крупной ихтиофауны.

Если нам посчастливится найти жизнь на Европе, это будет интереснейшим источником нового знания, ведь обмен веществом с этими далёкими мирами практически исключён: слишком далеко. Даже в случае постоянного потока материала с Земли или Марса время путешествия исчислялось бы миллионами лет, что не выдержит ни один микроб. А если бы и выдержал, то врезался бы в поверхность со скоростью до 112 тысяч километров в час. Одним словом, туземная жизнь была бы совершенно независимым, оригинальным продуктом со своей уникальной эволюцией.

Показать полностью 4
48

Тайная жизнь Вселенной (4)

Продолжаем знакомиться с книжкой Натали Каброл.
Предыдущие части выложены в серии.

Коротко для ЛЛ: есть ли жизнь на Марсе - науке пока не известно. Может, когда-то и была.

На противоположной стороне зоны обитания находится Марс. Его ось вращения, подобно земной, имеет существенный наклон. Наклон этот, в отличие от земного, испытывал значительные колебания за миллиарды лет существования планеты: от 15 до 35 процентов. Марсианский год длится 687 земных суток, и потому времена года на Марсе пропорционально длиннее. На полюсах бывает -125 градусов, а на экваторе +20.

Жизнь на Марсе стали искать ещё Викинги в семидесятых. Ландшафты, которые они исследовали, весьма похожи на земные: высохшие русла рек и ложа озёр, дюны, вулканы, замёрзшая лава. Американские зонды исследовали марсианский грунт на наличие органических молекул. Газовый хроматограф в связке с массовым спектрометром не нашли существенного количества органики. Но введение радиоактивного питательного раствора в образец  (эксперимент LR) немедленно показало изменение радиоактивности углекислоты в прилегающем воздухе. После нагрева образца выделение углекислого газа значительно уменьшилось или вообще прекратилось. Пиролитическое высвобождение (PR) также показало фиксацию в грунте определённого количества углерода-14 биологическим, а не химическим образом. Ура? Но как быть с данными хроматографа? Команда исследователей пришла к выводу, что в последних экспериментах LR и PR всё-таки работали химические механизмы. Современные учёные с ними в большинстве своём согласны, объясняя результаты действием коротковолнового ультрафиолетового излучения. Эта версия нашла подтверждение с открытием на Марсе перхлоратов в рамках миссии Феникс в 2008 году. Эти вещества являются продуктом реакций окисления, запускаемых солнечным светом в атмосфере Марса.

Тайная жизнь Вселенной (4) Книги, Научпоп, Обзор книг, Марс, Внеземная жизнь, Планета, Космические исследования, Космос, Нон-фикшн, Длиннопост

Марсианские дюны

Противоречивость экспериментов 1975 года озадачила учёных. Явно не хватало контекста для того, чтобы сделать однозначный вывод. Это побудило НАСА запустить новую программу исследования Марса, которая продолжается и сегодня. На начало тридцатых планируется транспортировка марсианского материала для исследования на Земле. Уже сегодня марсоход Персеверанс собирает образцы и складывает их в своём алюминиевом брюхе. Привезти марсианский грунт хотят также китайцы. Кроме этого, ведётся подготовка исследования Марса непосредственно человеком.

С точки зрения астробиологии очень важно знать об обитаемости Марса, начиная с его образования. Предыдущие миссии, которые шли по следам воды, добавили ясности в этот вопрос. Марсоходы Спирит и Оппортьюнити были первыми, которые изучали обитаемость на поверхности, потом был европейский Марс-экспресс, потерявший, к сожалению, свою спускаемую часть. После были новые миссии из Европы, Индии, Китая и США. Все они собрали много материала, в том числе определили изменяющуюся эмиссию метана. Все эти миссии позволяют твёрдо судить о том, что Марс на ранних этапах своего существования был вполне обитаем для жизни в том виде, в котором мы её знаем. Но что случилось с этой гипотетической жизнью потом, после потери атмосферы, прихода ультрафиолета и радиации, а также ужесточения климата – мы не знаем. А это надо знать, чтобы знать, где искать, и что искать.

Молодой Марс имел всё для жизни: место, воду, энергию, углерод, питание и плотную атмосферу. Но потом многое изменилось, а мы не знаем и не можем судить на основе наших данных, что. Мы, по сути, имеем лишь разрозненные снимки из прошлого планеты. Что произошло между ними – не видно из космоса. А марсоходы достаточно тихоходны. И всё же мы знаем о Марсе больше, чем о всех других планетах. У нас даже есть в распоряжении марсианские камни в виде метеоритов наподобие Чёрной красавицы.

Тайная жизнь Вселенной (4) Книги, Научпоп, Обзор книг, Марс, Внеземная жизнь, Планета, Космические исследования, Космос, Нон-фикшн, Длиннопост

NWA7034 aka Black Beauty

Её исследования показали, что Марс очень быстро затвердел после своего образования – ещё за 100 миллионов лет до Земли. Этот самый ранний период существования – самый загадочный, потому что мы не можем судить о нём, как о трёх последующих эпохах, по кратерам. Изрытое кратерами северное полушарие у Марса не похоже на низменное южное, и эту асимметрию объясняют либо мегаимпактом, либо продавливанием коры под весом вулканического материала.

Конец древнейшего периода истории Марса был отмечен утратой магнитного поля 4,1 миллиардов лет назад. Ещё полмиллиарда лет – и Марс стал той пустыней, которую он представляет собой сегодня. Но до того там была и вода в жидком виде, и активный вулканизм. Однако эти периоды долго не длились, вероятно, по причине переориентации оси вращения планеты. Далее, вследствие изменений орбиты Марс получал иногда больше тепла и даже больше воздуха в свою атмосферу. Наличие тёплых периодов подтверждается в том числе обилием глин, которые, как известно, образуются посредством взаимодействия воды и вулканических скал. Гигантские вулканы Тарсис и Элизий продолжали извергаться и расти, а ландшафты оказались изрезаны линиями катастрофических наводнений.

Последнее извержение вулкана Олимп состоялось не позднее 25 миллионов лет назад, и потому он считается всё ещё спящим.  Регулярно случаются марсотрясения, которых, начиная с 2018 года, зарегистрировали свыше пятиста. Иногда на Марсе течёт вода, которую связывают с просачиванием грунтовых вод, таянием снега, выходом углекислого газа, потоками пыли или геотермальной активностью. Вокруг Олимпа замечены следы относительно недавнего оледенения. Случаются и снегопады. Но самым активным преобразователем ландшафта является, конечно, ветер, который порой закрывает марсианское небо пылевыми бурями.

Поиски жизни связаны не только с водой, но и с углеродным следом. Невозможно представить себе земную жизнь без углерода. Ещё одним подобным элементом является сера. Можно точно утверждать, что на Марсе всё ещё производится метан. Если бы не производился, его бы давно уже расщепило ультрафиолетовое излучение. Он может получиться в результате окисления железа в древних вулканических скалах или в процессе серпентизации. Но кто знает, 40% метана на Земле имеют биогенное происхождение. Анализ камней со дна древнего озера, отобранных марсоходом Кьюриосити в 2022 году в кратере Гейл, показал аномально высокий процент углерода-12, который предпочитают в своём обмене веществ земные живые организмы. Но и в этом случае биология является лишь одним из возможных объяснений, наряду с галактической пылью и взаимодействием ультрафиолета с углекислотой.

Сегодня мы достаточно представляем себе окружение Марса и его геохимию, чтобы судить о возможных биосигнатурах, оставшихся на этой планете. Марс остаётся в списке кандидатов на существование жизни, которая могла спрятаться под поверхностью, на льду или даже в воде, источники которой можно было бы ещё поискать. Персеверанс отправили рыться в дельте древней реки, но по факту история гидрогеологии оказалась весьма динамичной и сложной с многочисленными «перезагрузками». Случалось, что сорокапятикилометровый кратер заполнялся стометровым слоем воды. Потоки двигали огромные камни и преобразовывали ландшафт быстро и эффективно. Кто знает, может такие катастрофы смогли законсервировать древнюю жизнь.

Тайная жизнь Вселенной (4) Книги, Научпоп, Обзор книг, Марс, Внеземная жизнь, Планета, Космические исследования, Космос, Нон-фикшн, Длиннопост

Древняя речная дельта в кратере Джезеро, снятая Perseverance

Ответить на вопрос, была ли когда-нибудь жизнь на Марсе, нелегко. Времени на поиски остаётся немного ввиду неминуемого прибытия на эту планету человека, который неизбежно заразит её земными микробами. Схожие условия Марса и Земли, обмен материалов в результате выброса камней после ударов комет, заставляют задуматься об экспорте жизни с одной планеты на другую. Если мы вспомним, что Марс охладился на 100 миллионов лет раньше Земли, а также о более-менее сносных условиях в древности, то сценарий зарождения жизни сначала на Марсе нельзя исключать. Прилетев с метеоритом на Землю, примитивные марсианские микробы смогли бы прижиться в более благоприятных для них условиях. Тем более интересным может оказаться анализ древних скал на Марсе, которые сохранились, в отличие от земных.


Натали упустила один фактор в своём изложении. Если жизнь на Марсе могла быть лишь в самом начале существования планеты, то как быть с более тусклым молодым Солнцем в этот период? Марс и сегодня-то находится на внешнем крае зоны обитаемости, а тогда он вполне мог быть за её пределами.

У нашего автора увлекательная профессия, бесспорно. Она пытается найти жизнь в космосе, или хотя бы её следы. Кто знает, может быть ей когда-нибудь улыбнётся удача. Однако любознательность эта дорого стоит. НАСА тратит крупные суммы на свои научные проекты. Даст ли это практическую отдачу когда-нибудь? Вряд ли. Я лично не стал бы отдавать на визит нового Армстронга на Марс последнюю рубашку. Для этого есть Маск с его капиталами. Но даже он мог бы распорядиться своими деньгами с большей пользой для человечества. А искать жизнь во Вселенной – достойная задача для многих поколений исследователей. Не стоит торопиться и забирать у них хлеб.

Показать полностью 3
57

Тайная жизнь Вселенной (3)

Продолжаем знакомиться с книжкой Натали Каброл.
Предыдущие части выложены в серии.

Коротко для ЛЛ: Жизни на Венере, скорее всего, нет. На поверхности точно нет. А в облаках собираются поискать. Вообще, раньше там могло быть прохладно, так что жизнь когда-то в прошлом там могла существовать.

Первой планетой, с которой стоит начать заняться поисками жизни, является Венера. Она находится на внутреннем крае зоны обитаемости Солнечной системы. В этой зоне находятся три планеты, и у каждой своя уникальная эволюционная траектория. В то время, как Земля обитаема, а Марс находится в списке первых кандидатов, с Венерой дела обстоят сложнее.

Тайная жизнь Вселенной (3) Книги, Обзор книг, Планета, Венера, Солнечная система, Научпоп, Нон-фикшн, Космос, Длиннопост

Зоны обитаемости системы TRAPPIST-1 и Солнечной

Поверхность её вряд ли обитаема – слишком уж там жарко. Но недавние исследования обнаружили спектральный след фосфина в атмосфере на высоте 60 километров. Этот газ является биосигнатурой, поскольку он продукт жизнедеятельности анаэробных микробов. Есть, конечно, определённая вероятность, что он производится в результате какого-то неизвестного нам процесса. Также не исключена ошибка детектирования, в результате чего за фосфин могло быть принято какое-то другое химическое соединение. Натали не питает большого оптимизма в этом отношении: на Земле микроорганизмы не обитают в атмосфере, а попадают туда с поверхности. Но сторонники фосфиновой гипотезы не сдаются, указывая, что, помимо серной кислоты, там может быть и вода. Но это на высоте там дуют хорошие ветры (около 360 километров в час). У поверхности же скорость их снижается до нескольких километров в час, что вряд ли позволяет поднять ощутимое количество какого-нибудь материала в воздух.

Фосфины могли бы попасть высоко в атмосферу Венеры из продуктов извержения вулканов, которых там около 1600. Правда, мы не знаем точно, активны ли они сегодня: слишком толстое одеяло облаков не позволяет вести наблюдения. Можно лишь косвенно судить по химическому составу и температуре верхних слоёв атмосферы, и определённую активность можно таким способом подтвердить. Но это не является неопровержимым доказательством наличия активного вулканизма на планете. Короче, неплохо бы туда отправить зонд на разведку!

Венера является привлекательной целью для исследований не только по этому поводу. Это странный мир: наклон оси очень невелик, планета вращается в обратную сторону, да ещё так медленно, что день там длится дольше года: 243 против 224 земных суток. Отсутствие наклона оси вращения имеет следствием отсутствие времён года. Поверхность у Венеры горячее, чем у Меркурия, что вызвано катастрофическим парниковым эффектом углекислотной атмосферы, не выпускающей солнечную энергию вовне.

Но не факт, что так было всегда. На раннем этапе своего развития планета могла иметь жидкую воду или даже целые океаны из неё на своей поверхности. Ведь четыре миллиона лет назад Солнце светило лишь в 75% своей сегодняшней мощности, так что Венера находилась ближе к центру зоны обитаемости. Но со временем наша звезда становилась всё ярче, и океаны стали испаряться. А надо сказать, что водяной пар – парниковый газ. Он внёс положительную обратную связь в динамику климата, так что испаряться скоро стало нечему. Без «океанской смазки» замедлилась тектоника континентальных плат, которая двигала углерод вглубь литосферы. В результате он вышел с извержениями вулканов в атмосферу. Усугубило ситуацию отсутствие у планеты магнитного поля. Так что условия для жизни на планете пропали уже через два миллиарда лет после её появления.

По другому сценарию Венера всегда была горячей, начиная с состояния океана магмы, так что вода на ней всегда находилась в газообразном состоянии, и облака не дали шанса появиться океанам с самого начала. В этом смысле молодое Солнце позволило нашей Земле избежать подобной судьбы. По третьему сценарию океаны на Венере испарились совсем недавно в результате одновременного извержения большого количества вулканов. Эти извержения могут объяснить относительную молодость поверхности планеты: всего 300-700 миллионов лет. Парниковый эффект быстро сделал своё дело. Выяснить. какой из сценариев случился на самом деле, помогут новые миссии на планету. Но в самом благоприятном случае с обитаемостью было покончено сотни миллионов лет тому назад.

Тайная жизнь Вселенной (3) Книги, Обзор книг, Планета, Венера, Солнечная система, Научпоп, Нон-фикшн, Космос, Длиннопост

Колоризованный пейзаж, снятый «Венерой-9» 22 октября 1975 года

Сегодня условия на планете таковы, что углекислота находится там в состоянии сверхкритичной жидкости, которая эффективно обеспечивает постоянство высокой температуры во всех уголках планеты. Если ещё прибавить к этому обилие серной кислоты, то существование биохимических процессов, подобных земным, можно исключить.

НАСА запланировала две миссии для исследования Венеры. Начиная с  2031 года, радар зонда VERITAS будет картировать поверхность планеты. Вдобавок будут собраны данные о гравитационном поле, чтобы судить о её геологии. Годом позже в полёт отправится DAVINCI, который займётся венериной атмосферой, а также опустится на короткое время на поверхность. Возможно, он поможет прояснить вопрос с наличием океаном в далёком прошлом. Европейское космическое агенство, со своей стороны, собирается запустить EnVision, примерно в то же время. Европейский зонд будет изучать атмосферу и геологию планеты с высоты в несколько сот километров. Его радар будет сканировать поверхность, а спектроскоп займётся её химическим составом. Но ещё до них до Венеры может добраться частник. Компания Rocket Lab собирается искать жизнь на планете с помощью лазеров своего зонда Venus Life Finder, которые бы смогли найти следы сложной органики или даже жизни в облаках, чтобы подтвердить или опровергнуть фосфиновую гипотезу.

58

Тайная жизнь Вселенной (2)

Продолжаем знакомиться с книжкой Натали Каброл.

Предыдущие части выложены в серии.

Коротко для ЛЛ: жизнь могла зародиться сама собой, и к тому же неоднократно. Молодая Земля, возникшая после столкновения с планетоидом, заметно отличалась от того, что мы видим сегодня. А может, она прилетела к нам из космоса, где предостаточно исходных материалов для зарождения. Так или иначе, это довольно тёмная история, и недостатка в гипотезах нет.

Происхождение жизни на Земле имеет давнюю и, надо сказать, туманную историю. Следы биогенного углерода находятся на горных породах, возрастом до 4,28 миллиардов лет. Правда, это открытие ещё требует подтверждения. В отложениях подводных гидротермальных источников следы древних одноклеточных имеют возраст «всего» в 3,5 миллиарда лет. В ту горячую эпоху наша планета часто бомбардировалась астероидами и кометами и обильно дышала вулканами, и как могла тогда зародиться жизнь – мы доподлинно не знаем. Религии ссылаются на сверхъестественные события. Учёные, в свою очередь, не исключают, что у жизни могли быть несколько источников. Может быть, жизнь появлялась и исчезала много раз, перед тем, как окончательно закрепиться: обстановка была уж слишком неспокойная. Также не исключено, что было сразу несколько параллельных линий жизни.

Сцену для появления жизни сформировало столкновение прото-Земли с Тейей – планетоидом, размером с Марс, что произошло всего каких-то 30 миллионов лет после формирования Солнечной системы. Так, во всяком случае, объясняет появление Луны модель мегаимпакта. В результате часть материала оказалась выброшенной и сформировала спутник нашей планеты, а также земная ось получила свой современный наклон. Температура Земли резко поднялась, и вся вода снова испарилась.

Тайная жизнь Вселенной (2) Книги, Обзор книг, Биология, Астрономия, Происхождение жизни, Луна, Научпоп, Нон-фикшн, Длиннопост

Появление системы Земля-Луна согласно гипотезе мегаимпакта

Молодая Луна доминировала на небосводе: ведь расстояние до неё было всего 25 тысяч километров, а не 384 тысячи, как сейчас. И обращалась она вокруг Земли всего за пять часов. Но и земной день длился тоже недолго: 2-3 часа. С течением времени вращение Земли замедляется, и вращательная энергия передаётся Луне, которая продолжает удаляться от нашей планеты на три сантиметра каждый год. Длительность земных же суток возрастает в это время на 15 микросекунд, так что через 180 миллионов лет в сутках будет уже 25 часов. Точные данные об исторической длине земных суток и продолжительности лунного месяца дают нам древние коралловые отложения. Наступление дня и ночи можно проследить по ширине накопившихся меловых слоёв.

Не стоит недооценивать влияние древней Луны на биосферу. Каждые шесть часов приливы, высотой в триста метров! Они смягчили колебания климата посредством перемешивания океанических вод. Быстро меняющиеся зоны прилива-отлива представили собой область эволюционного давления, которые подстегнули эволюцию.

Возможно, жизнь пришла на нашу планету из космоса. Панспермию упоминал ещё древний грек Анаксагор. Согласно этой теории, кирпичики жизни путешествуют в пространстве с камнями и пылью. В наши дни жизнь вполне может прилететь на чужие планеты на борту космического корабля. Так или иначе, семена жизни прорастут там, где они найдут подходящую среду для обитания. Для земных экстремофилов это было бы по силам. Вероятность переноса биоматериала с одной планеты на другую в целости и сохранности, однако, весьма скромна: уж очень силён стресс, начиная с разгона при старте и заканчивая входом в атмосферу при приземлении. С другой стороны, вероятность умножается на число потенциальных событий, которое велико. Так или иначе, панспермия не раскрывает нам секрета происхождения жизни, а всего лишь перемещает его в пространстве.

Тайная жизнь Вселенной (2) Книги, Обзор книг, Биология, Астрономия, Происхождение жизни, Луна, Научпоп, Нон-фикшн, Длиннопост

Упрощённая диаграмма гипотезы панспермии

Первую биохимическую модель зарождения жизни представил Александр Опарин в 1923 году. Он не видел принципиальной разницы между живым организмом и материей и считал жизнь продуктом эволюции последней. Химия преобразовалась в биологию. С похожей моделью выступил англичанин Джон Холдейн, который считал океан населённым органикой «первобытным супом». В 1953 году модель Опарина-Холдейна была проверена экспериментально: через разогретую смесь воды и газов, составлявших древнюю атмосферу Земли, пропускали электрические разряды, которые должны были имитировать грозу. Таким образом удалось произвести некоторые органические кирпичики жизни. Из этих кирпичиков, обособленных в коацерваты, происходила бы доклеточная эволюция, включавшая элементы обмена веществ. И всё же без воспроизводства это всё ещё не была бы жизнь. Переход от химии к биологии случился в океане по мере накопления органики, которая бы могла делиться почкованием, подобно бактериям. Этот процесс и привёл бы со временем к образованию РНК, ДНК и сложных белков.

Первые организмы не могли производить для себя еду, беря её из «первобытного супа». Впоследствии автотропы смогли сформировать цепи химических превращений хемо- и фотосинтеза. Накопление кислорода в атмосфере привело к тому, что на службу жизни было поставлено окисление углерода. Появилась «рыночная экономика» поставщиков и потребителей пищи.

Альтернативная биохимическая теория предполагает, что жизнь появилась сначала в мире РНК. РНК может жить и делиться без посторонней помощи, что подтверждается современными экспериментами, в которых удалось создать молекулу, способную размножаться, диверсифицироваться и развиваться в рамках дарвиновой эволюции.

Касательно условий, в которых развилась первая жизнь, в учёном мире нет согласия. Химические реакции протекают быстрее при высоких температурах, и при них же регистрировалось более высокое разнообразие органики в эксперименте 1953 года. Но при низких температурах органика не так быстро распадается. Не будем забывать, что и Солнце раньше тусклее светило, так что многометровый слой льда над океанами был скорее правилом, чем исключением. Прохлада помогла бы РНК сохранять свою форму дольше. Многих исследователей привлекает идея развития жизни в окрестностях горячих источников, на земле или под водой. В 2019 году команда Ника Лейна в Лондоне успешно генерировала протоклетки в щелочной горячей среде, похожей по составу на окружение чёрного курильщика.

Тайная жизнь Вселенной (2) Книги, Обзор книг, Биология, Астрономия, Происхождение жизни, Луна, Научпоп, Нон-фикшн, Длиннопост

Активный гидротермальный источник

Но, в принципе, горячие лужи вокруг наземных вулканов ничем не хуже. Джон Бернал указывал на возможную роль глины как катализатора в процессе концентрации органических смесей. По мере накопления наших знаний о Вселенной появляются новые гипотезы. В 2012 году удалось продемонстрировать, что в условиях газопылевого облака на этапе формирования планет органические смеси являются естественным побочным продуктом эволюции планетарного диска. Древняя Земля, таким образом, могла получить кирпичики жизни уже при образовании.

Строительные блоки для жизни находятся повсюду. А это значит, что поиски внеземной жизни – не напрасное занятие. Это значит также, что сценариев появления жизни может быть несколько. Джереми Ингленд предположил в 2013 году, что появление жизни неизбежно с точки зрения термодинамики, поскольку биологические системы рассеивают энергию более эффективно. Как органы зрения появились независимо друг от друга в процессе эволюции у самых разных организмов, так и жизнь могла бы развиться параллельно в разных уголках. Быть может, где-то на Земле существует теневая биосфера микроорганизмов, живущих по совсем иным принципам. Конечно, её ещё не открыли, иначе мы бы об этом быстро узнали. Эти организмы могли бы иметь другие аминокислоты или правую геометрию молекул. Хотя находка левых аминокислот в толще Мурчисонского метеорита побуждает думать о том, что строительные блоки ДНК образовались ещё задолго в глубинах космоса.

Тайная жизнь Вселенной (2) Книги, Обзор книг, Биология, Астрономия, Происхождение жизни, Луна, Научпоп, Нон-фикшн, Длиннопост

Фрагмент Мурчисонского метеорита с изолированными частицами в пробирке

Даже открытие теневой биосферы не избавило бы нас от загадок понимания процесса перехода от химии к биологии. Шансы у нас останутся невелики, до тех пор, пока мы не обратим свой взор на другие небесные тела, туда, где следы зарождения жизни не погребены безжалостной тектоникой материковых плит, как на Земле.

Показать полностью 4
Отличная работа, все прочитано!