Восемь наилучших мест для поиска жизни в Солнечной системе
Жизнь могла быть основана на кремнии вместо углерода, или на аммиаке вместо воды. Она могла создать информационную систему, отличную от ДНК и РНК. Она даже могла развиться по принципам, отличным от дарвиновской эволюции. Но одно качество должно быть присуще жизни в любом месте: термодинамическая неустойчивость. Без этого ничто не «живо» в нашем понимании. По сути, жизнь – это выработанная природой система для рассеивания энергии – для того, чтобы сделать что-нибудь с имеющейся у планеты энергией, будь то солнечный свет, падающий на поверхность, или химические реакции в камнях, морях или воздухе.
В учёных, разыскивающих жизнь в других местах Солнечной системы, такая мысль вселяет надежду. Большинство мест в Солнечной системе термодинамически неустойчивы. Добавив жидкий растворитель и сложную химию, вы создадите условия для жизни. Путешествия по Солнечной системе, мы находим множество окружений, в которых можно представить существование живых организмов. Если мы не обнаружим зародившейся в нашей Солнечной системе жизни где угодно, кроме Земли, это будет более странно, чем если мы её найдём.
Марс
Сегодня Красная планета – замёрзшая пустыня с такой тонкой атмосферой, что водяной лёд при нагревании испаряется, и она не может защитить поверхность от интенсивного солнечного и космического излучения. В ранней истории Марс мог быть более комфортным, там могли быть более густой воздух, приемлемая температура и текущая вода. Учёные считают, что в эти, более ранние годы, на Марсе могла возникнуть жизнь. В таком случае она может сохраняться под землёй. «Глубоко в коре ещё может существовать жидкая вода, так что, может быть, там есть примитивная жизнь, питающаяся водородом», – говорит Джонатан Люнин [Jonathan Lunine], директор Центра астрофизики и планетологии в Корнелловском университете. Существование этих организмов объяснило бы наблюдаемый в атмосфере Марса метан.
Астероиды
Крупнейшие астероиды настолько велики, что их классифицируют, как карликовые планеты. При формировании они нагреваются, в результате чего географические слои разделяются на ядро, мантию и внешний слой. Внутренний разогрев расплавляет лёд до жидкой воды, взаимодействующей с такими минералами, как оливин и пироксен, в результате чего выделяется дополнительное тепло. На самом деле, исходящее тепло может слишком сильно разогреть внутреннюю часть, и она станет слишком горячей для жизни и её предшествующих форм, по крайней мере, временно, хотя ближе к поверхности всё ещё могут происходить интересные химические реакции. «На поверхности Цереры есть минералы филлосиликаты [слоистые силикаты – прим. перев.], изменённые жидкой водой, и это очень здорово, – говорит Люнин. – Есть ли ещё внутри неё жидкая вода, нам неизвестно». Цереру сейчас изучает космический аппарат Dawn [Рассвет].
Венера
Средняя температура на поверхности Венеры составляет 460 ºC, а атмосферное давление в 90 превышает давление у поверхности Земли. Но, возможно, эта планета не всегда была такой жестокой. «Ранняя её история нам неизвестна», – говорит Пенелопа Бостон, директор Астробиологического института НАСА. «Была ли она раньше обитаема?» Да и сегодняшнее существование жизни на ней нельзя полностью исключать. Учёные исследовали возможность существования жизни в облаках Венеры. «Внутрь поступает огромное количество ультрафиолета, поэтому там происходит всяческая фотохимия», – говорит Калеб Шарф [Caleb Scharf], директор астробиологии в Колумбийском университете. «Не нужен даже фотосинтез; можно просто потреблять то, что формируется в атмосфере». В 2006-м научная группа НАСА заключила, что хотя полностью исключать возможность жизни в облаках Венеры нельзя, вероятность её существования крайне низка. Органические молекулы, не говоря уже о целых организмах, не смогли бы изолироваться от экстремальных условий на поверхности планеты, поскольку нисходящие воздушные потоки периодически стаскивали бы их ниже.
Юпитер
После того, как космический аппарат Pioneer в 1973 году прислал нам изображения Юпитера, астрономы Карл Саган и Эдвин Салпетер немного поразмышляли по поводу жизни на газовом гиганте. Атмосфера Юпитера настолько плотна и глубока, что больше напоминает океан. Соответственно, Саган и Салпентер представили себе морскую экосистему «плывунов», организмов с газовыми мешками (типа планктона), «ныряльщиков» (нечто типа рыбы) и «охотников» (вроде крупных хищников). Они подсчитали, что охотники могут вырастать до нескольких километров в длину. Их работа вдохновила Артура Кларка на рассказ «Встреча с Медузой», в котором описаны гигантская медуза, биолюминесцентный воздушный планктон и скаты размером с футбольное поле. А Бен Бова в новелле «Юпитер» описал существ, похожих на воздушные шары, и пауков, летающих на своей паутине. К сожалению, зонд Galileo, опустившись в атмосферу Юпитера в 1995 году, не нашёл никаких свидетельств существования сложной органики, необходимой для биологии.
Европа
Дёрк Шульц-Макух [Dirk Schulze-Makuch] из Технического университета в Берлине считает, что спутник Юпитера Европа – единственное место в Солнечной системе, кроме Земли, на которой может существовать сложная жизнь. Под его поверхностью существует океан и органические молекулы, которые могли соединяться в интересные комбинации. Интенсивное поле излучения Юпитера расщепляет молекулы воды на поверхности на водород и кислород, и последний может просачиваться в океан, подстёгивая химические реакции. Дёрк Шульц-Макух изучал выживание организмов в подводных гидротермальных источниках, использующих метаногенезиз. Они поглощают водород и диоксид углерода, и выделяют метан. Судя по размеру Европы – а её океан в два раза больше Земного – и большой вероятности существования на ней гидротермальных источников, учёный считает, что на спутнике есть достаточно ресурсов для поддержания пищевой системы «хищник/жертва». «Хищники будут размером с морскую креветку, и чтобы наестся, ему понадобится область размером с олимпийский бассейн», – говорит он. Но Джим Кливс, вице-президент международного сообщества изучения возникновения жизни, не так оптимистичен: «Подозреваю – это информированная догадка – что колебания энергии в ледяных мирах будут недостаточными для поддержки экосистемы с несколькими пищевыми уровнями, так что жизнь не сможет стать слишком сложной». Только зонд сможет ответить на все вопросы.
Титан
На затянутой смогом луне Сатурна энергии для жизни наберётся достаточно, несмотря на то, что средняя температура её поверхности составляет -180 ºC. Фотохимические реакции в атмосфере производят ацетилен и молекулярный водород. «При нормальной земной температуре, ацетилен и молекулярный водород – взрывоопасное сочетание», – говорит Шарф. «На Титане они реагируют, но это не взрывная реакция. Так что они могут быть основой потенциального метаболизма». Саган с коллегами опубликовали в 1986 году исследование о пребиотической химии, течение которой возможно на Титане – задолго до того, как миссия Cassini отправила зонд Гюйгенс на поверхность спутника. Зонд не был оборудован техникой для поисков жизни, но подтвердил, что жидкий метан и этан играют на Титане ту же роль, что вода на Земле. И хотя мы не нашли там свидетельств жизни, эта мысль продолжает будоражить воображение. Главный аппарат Cassini также обнаружил под поверхностью спутника океан, как на Европе.
Энцелад
Под поверхностью ледяной луны Сатурна, Энцелада, также существует океан объёмом примерно с озеро Верхнее, и с окрестностей южного полюса луны вода постоянно извергается в космос. Аппарат Cassini пролетел через этот гейзер семь раз, обнаружив песчинки кремниевого песка, а также крупицы ледяного льда с примесью песка – микстура, требующая энергичной геохимической системы на поверхности. «Единственное возможное объяснение – вода, циклически проходящая через камень на дне океана, – говорит Люнин. – Кремний вымывается из камня и попадает в горячую воду. Затем, когда вода попадает обратно в океан, она охлаждается, и кремний выпадает в осадок. Cassini продемонстрировал, что эта окружающая среда может быть обитаемой. Океан солёной воды с органическими молекулами, и вода, проходящая через горячий камень». Разрешение и диапазон работы инструментов Cassini не позволили обнаружить биомолекулы, поэтому Люнин хочет отправить ещё одну экспедицию, которая должна снова пролететь через гейзер. «Возможности поражают воображение, – говорит он. – Можно ожидать, что там есть жизнь. А если мы её там не найдём, это вызовет целый ряд вопросов. Слишком ли она маленькая? Промерзает ли океан? Является ли жизнь чем-то уникальным?»
Кометы
Кометы, хотя их размер и невелик, обладают всем необходимым для жизни. Такие миссии, как Rosetta, обнаруживали на кометах аминокислоты и глицин, а также другие органические молекулы и биологически важные элементы, например, фосфор. У комет, возможно, были радиоактивные источники энергии, по крайней мере, в отдалённом прошлом. Кроме того, на поверхности комет, проходящих близко к солнцу, периодически тает вода. Разумеется, кометы – не самые уютные прибежища для жизни. «Проблема в том, что кометы долго не живут, – говорит Люнин. – Те, что проходят близко к солнцу, и обладают такими красивыми ядром и хвостом, исчезают после десятка или нескольких сотен оборотов. Так что маловероятно, что на кометах могут сформироваться условия для поддержания жизни в течение миллиардов лет».
Многообразие планет Солнечной системы не исчерпывает все возможности. Шульц-Макух отмечает, что поскольку Земля обращается вокруг звезды класса G, мы получаем свет в видимом спектре. Это привело к появлению зрения в людях и других животных, а некоторые из животных, например, пчёлы, могут видеть даже в ультрафиолете. У существ на других планетах точно также должны будут развиться чувства, соответствующие их окружению. И это только пример того, насколько сильно они могут отличаться от привычной для нас жизни. «Я представляю себе живые плавучие острова на водных мирах с большой гравитацией, выполняющие роль циклического обращения вокруг планеты из-за отсутствия тектоники, – говорит Бостон. – Я представляю миры с одной стороной, где всегда светло, и с другой, где темно – и вся экосистема живёт в сумерках на границе дня и ночи. Я могу представить жизнь, покрывающую всю планеты. То, что мы можем представить такие необычные вещи, означает, что если мы как-то когда-нибудь наткнёмся на них, мы сможем их распознать».
Наука 2.0 is live now: Найдена внеземная жизнь? Срочная пресс-конференция NASA.
Американское аэрокосмическое агентство анонсировало экстренную пресс-конференцию, посвященную экзопланетам за пределами Солнечной системы. Как ожидается, специалисты NASA поделятся результатами поиска внеземной жизни.
NASA пристально изучает десятки планет, которые обращаются вокруг звезд наподобие нашего Солнца. На сегодняшний день научно подтверждено существование 3563 экзопланет. При этом общее количество экзопланет в галактике Млечный Путь учеными оценивается не менее чем в 100 млрд. Около трети солнцеподобных звезд имеют в обитаемой зоне планеты, сопоставимые с Землей.
Сжимаем кулачки
Найдена внеземная жизнь за пределами Солнечной системы: NASA созвало экстренную пресс-конференцию, детали засекречены
Ученые нашли трактат Черчилля о существовании внеземной жизни
Историки открыли ранее неизвестную статью Уинстона Черчилля о внеземной жизни, в которой он заявил о возможности существования живых существ у далеких звезд, пишет журнал Nature.
"Недавно директор музея Черчилля в Фултоне всучил мне в руки 11-страничную статью "Одни ли мы во Вселенной?", которую написал сэр Уинстон. Мысли Черчилля во многом повторяют то, как сегодня рассуждают современные ксенобиологи. В целом, он строит свои идеи о внеземной жизни на современном принципе Коперника – представлении о том, что Земля не уникальна, и что она не играет особой роли в жизни Вселенной", — рассказывает Марио Ливио (Mario Livio), астрофизик из Института космического телескопа в Балтиморе (США).
"Одни ли мы во Вселенной?"
По словам Ливио, Черчилль всю жизнь интересовался последними достижениями науки, регулярно читал важнейшие трактаты своего времени и опубликовал в ранние годы несколько научно-популярных работ, посвященных эволюции жизни и устройству клеток. Позже он предсказал открытие термоядерной реакции и указал на ее важность для развития человечества. Черчилль был первым премьер-министром Великобритании, у которого был советник по науке. более того, он целенаправленно развивал ее, в том числе для борьбы с нацистской Германией.
Как оказалось, интересы Черчилля не ограничивались теорией эволюцией и ядерной физикой. В прошлом году, как рассказывает Ливио, директор музея Черчилля в знаменитом американском Фултоне передал ему рукопись статьи премьера, которую тот написал в конце 1939 года, незадолго до начала Второй мировой войны.
Что сподвигло Черчилля написать такую статью в столь тяжелое время? Как считает Ливио, причиной было то, что в 1938 году радиостанции США и Британии начали транслировать радиоверсию знаменитой "Войны миров", романа Герберта Уэллса, написанного в 1898 году. Возможно, что Черчилль решил представить собственный ответ на вопрос "Одни ли мы во Вселенной?" для поддержания реноме любителя науки на волне популярности радиоромана.
Эта статья, по всей видимости, должна была появиться в одном из периодических изданий, где Черчилль публиковал свои колонки, но что-то помешало ему это сделать. Впоследствии он дополнил и переписал часть статьи в конце 1950 годов перед публикацией мемуаров, отдав рукопись своему другу Эмери Ривсу, который нигде ее не публиковал и не рассказывал о ней. О статье не было известно до мая 2016 года, пока ее случайно не нашел директор музея, Тимоти Рили.
Статья, первым рецензентом которой, по воле судьбы, стал Ливио, была очень серьезной для своего времени. Она вполне соответствует тому, что сегодня ученые думают о поисках внеземной жизни. Как и современные ксенобиологи, Черчилль увязывал существование жизни в первую очередь с наличием воды и умением живых организмов размножаться и делиться.
Викторианский космизм
Другая ключевая концепция современной науки о внеземной жизни, которой придерживался Черчилль – идея о существовании так называемых "зон жизни" у далеких звезд. Он понимал, что вода в жидком виде может существовать только на определенном расстоянии от звезды, и что поиски жизни нужно фокусировать именно на планетах, находившихся внутри этой "зоны жизни".
Черчилль корректно определил, до того, как этим вопросом заинтересовались серьезные ученые, что жизнь в Солнечной системе, помимо Земли, могла существовать только на Венере и Марсе, а в других ее регионах или слишком жарко, как на Меркурии, или слишком холодно, как за орбитой Марса. Он считал возможным путешествия к Луне, Венере и Марсу, тогда как межзвездные полеты он представлял себе гораздо более сложной вещью из-за больших задержек в работе систем связи.
С точки зрения наличия жизни вне пределов Солнечной системы, британский премьер также придерживался очень современных взглядов. Он считал Солнце заурядной звездой, и сомневался в справедливости популярной в его время теории о том, что планеты возникли в результате неудачной встречи Солнца и другой звезды, "вырвавшей" клок ее материи. Черчилль обращал внимание на то, что в нашей Галактике сформировались миллионы двойных звезд, что указывало на наличие столь же большого числа планетарных систем.
По его мнению, часть из этих планет окажется в "зоне жизни" и на их поверхности сложатся правильные условия для зарождения примитивных форм жизни. Поэтому, можно говорить, что Черчилль одним из первых серьезно задумался о существовании инопланетной жизни, хотя он и считал, что мы вряд ли когда-либо сможем ее увидеть.
"Учитывая существование сотен тысяч галактик, в которых живут миллиарды звезд, есть огромные шансы на то, что во Вселенной существует бесчисленное множество планет, где сложились условия, благоприятные для зарождения жизни. Я не готов поверить, что мы являемся вершиной космической эволюции и что только на Земле есть живые, разумные существа", — заключает Черчилль свою статью.
MiB уже здесь?
Шел на работу, увидел на микроавтобусе.
Сможете найти на картинке цифру среди букв?
Справились? Тогда попробуйте пройти нашу новую игру на внимательность. Приз — награда в профиль на Пикабу: https://pikabu.ru/link/-oD8sjtmAi
Неуглеродные формы жизни: кремний или азот?
Земная жизнь, единственная из известных нам в настоящее время, основана на огромном многообразии соединений углерода. Между тем, это не единственный химический элемент, который может лежать в основе жизни.
Существование иных форм жизни, принципиально отличающихся от нашей земной наличием, расположением и количеством лап, глаз, зубов, когтей, щупалец и других частей тела — одна из излюбленных тем в фантастической литературе. Впрочем, фантасты не ограничиваются только этим — они придумывают как экзотические формы традиционной (углеродной) жизни, так и не менее экзотические ее основы — скажем, живые кристаллы, бестелесные энергетические полевые существа или кремнийорганические создания.
Помимо фантастов, обсуждением подобных вопросов занимаются и ученые, хотя они в своих оценках гораздо более осторожны. Ведь пока единственная основа жизни, которая точно известна науке, — это углеродная. Тем не менее в свое время известный астроном и популяризатор науки Карл Саган заявил, что обобщать утверждения о земной жизни в отношении жизни во всей Вселенной совершенно неправильно. Подобные обобщения Саган назвал «углеродным шовинизмом», при этом он сам в качестве наиболее вероятной альтернативной основы жизни рассматривал в первую очередь кремний.
Главный вопрос жизни
Что же такое жизнь? Казалось бы, ответ на этот вопрос очевиден, но как ни странно, о формальных критериях в научном сообществе до сих пор идут дискуссии. Тем не менее можно выделить ряд характерных признаков: жизнь должна самовоспроизводиться и эволюционировать, а для этого нужно соблюдение нескольких важных условий. Во-первых, для существования жизни необходимо большое количество химических соединений, состоящих в основном из ограниченного числа химических элементов. В случае органической химии это углерод, водород, азот, кислород, сера, причем число подобных соединений огромно. Во-вторых, эти соединения должны быть термодинамически стабильными или хотя бы метастабильными, то есть время их жизни должно быть достаточно продолжительным для осуществления различных биохимических реакций. Третье условие — должны существовать реакции для извлечения энергии из окружающей среды, а также ее накопления и высвобождения. Четвертое — для самовоспроизводимости жизни требуется механизм наследственности, носителем информации в котором выступает крупная апериодическая молекула. Эрвин Шрёдингер предполагал, что носителем наследственной информации может быть апериодический кристалл, а позднее была открыта структура молекулы ДНК — линейный сополимер. Наконец, все эти вещества должны находиться в жидком состоянии, чтобы обеспечить достаточную скорость реакций метаболизма (обмена веществ) за счет диффузии.
Традиционные альтернативы
В случае с углеродом все эти условия выполняются, а вот даже с ближайшей альтернативой — кремнием — дело обстоит далеко не так радужно. Кремнийорганические молекулы могут быть достаточно длинными, чтобы нести наследственную информацию, но их многообразие слишком бедно по сравнению с углеродной органикой — из-за большего размера атомов кремний с трудом образует двойные связи, что сильно ограничивает возможности присоединения различных функциональных групп. Кроме того, предельные кремнийводороды — силаны — и вовсе нестабильны. Конечно, существуют и стабильные соединения, такие как силикаты, но большинство из них — твердые при нормальных условиях вещества. С другими элементами, такими как бор или сера, дело обстоит еще печальнее: борорганика и высокомолекулярные соединения серы крайне нестабильны, а их разнообразие слишком бедно, чтобы обеспечить жизнь всеми необходимыми условиями.
Под давлением
«Азот никогда всерьез не рассматривался как основа для жизни, поскольку при нормальных условиях единственным стабильным азотоводородным соединением является аммиак NH3, — говорит Артем Оганов, руководитель лаборатории компьютерного дизайна материалов МФТИ, профессор Нью-Йоркского университета Стоуни-Брук и Сколковского института науки и технологий (Сколтех). — Однако недавно, проводя моделирование различных азотоводородных систем при высоких давлениях (до 800 ГПа) с помощью нашего алгоритма USPEX (Universal Structure Predictor: Evolutionary Xtallography, Универсальный предсказатель структур: эволюционная кристаллография, см. «ПМ» № 10'2010), наша группа обнаружила удивительную вещь. Оказалось, что при давлениях свыше 36 ГПа (360?000 атм) появляется целый ряд стабильных азотоводородов, таких как длинные одномерные полимерные цепи из звеньев N4H, N3H, N2H и NH, экзотические N9H4, образующие двухмерные листы атомов азота с присоединенными катионами NH4+, а также молекулярные соединения N8H, NH2, N3H7, NH4, NH5. Фактически мы обнаружили, что при давлениях порядка 40−60 ГПа азотоводородная химия по своему разнообразию значительно превосходит химию углеводородных соединений при нормальных условиях. Это позволяет надеяться, что химия систем с участием азота, водорода, кислорода и серы также более богата по своему разнообразию, чем традиционная органическая при нормальных условиях».
Шаг к жизни
Эта гипотеза группы Артема Оганова открывает совершенно неожиданные возможности в плане неуглеродной основы жизни. «Азотоводороды могут образовывать длинные полимерные цепи и даже двухмерные листы, — объясняет Артем. — Сейчас мы изучаем свойства подобных систем с участием кислорода, потом добавим к рассмотрению в наших моделях углерод и серу, а это, возможно, откроет путь к азотным аналогам углеродных белков, пусть для начала и самых простых, без активных центров и сложной структуры. Вопрос об источниках энергии для жизни, основанной на азоте, пока остается открытым, хотя это вполне могут быть какие-то пока неизвестные нам окислительно-восстановительные реакции, идущие в условиях высоких давлений. В реальности такие условия могут существовать в недрах планет-гигантов типа Урана или Нептуна, хотя температуры там слишком высоки. Но пока мы не знаем точно, какие реакции могут там происходить и какие из них важны для жизни, поэтому не можем достаточно точно оценить необходимый температурный диапазон».
Условия «обитания» живых существ на основе азотных соединений могут показаться читателям чрезвычайно экзотичными. Но достаточно вспомнить тот факт, что распространенность планет-гигантов в звездных системах как минимум не меньшая, чем каменистых земплеподобных планет. А это означает, что во Вселенной именно наша, углеродная жизнь может оказаться куда большей экзотикой.
Артем Оганов, руководитель лаборатории компьютерного дизайна материалов МФТИ, профессор Нью-Йоркского университета Стоуни-Брук и Сколковского института науки и технологий (Сколтех):
«Азот — седьмой по распространенности элемент во Вселенной. Его довольно много в составе планет-гигантов, таких как Уран и Нептун. Считается, что там азот находится в основном в виде аммиака, но наше моделирование показывает, что при давлениях свыше 460 ГПа аммиак перестает быть стабильным соединением (каким он является при нормальных условиях). Так что, возможно, в недрах планет-гигантов вместо аммиака существуют совсем другие молекулы, и именно эту химию мы сейчас исследуем».
Азотная экзотика
На рисунке — структуры N4H, N3H, N2H, NH, N9H4 (розовые — атомы водорода, синие — азота). В розовой рамке — мономерные звенья.
При высоких давлениях азот и водород образуют множество стабильных, сложных и необычных соединений. Химия этих азотоводородов гораздо более разнообразна, чем углеводородная при нормальных условиях, так что есть надежда, что азото-водородо-кислородо-сернистые соединения могут превзойти по богатству возможностей органическую химию.
Жизненное пространство
Вполне возможно, что в поисках экзотической жизни нам не придется лететь на другой конец Вселенной. В нашей собственной Солнечной системе присутствуют две планеты с подходящими условиями. И Уран, и Нептун окутаны атмосферой, состоящей из водорода, гелия и метана, и, по-видимому, имеют силикатно-железо-никелевое ядро. А между ядром и атмосферой находится мантия, состоящая из горячей жидкости — смесь воды, аммиака и метана. Именно в этой жидкости при нужных давлениях на соответствующих глубинах может происходить предсказанный группой Артема Оганова распад аммиака и образование экзотических азотоводородов, а также более сложных соединений, включающих кислород, углерод и серу. Нептун к тому же обладает внутренним источником тепла, природа которого до сих пор точно не выяснена (предполагается, что это радиогенный, химический или гравитационный нагрев). Это позволяет значительно расширить «зону обитаемости» вокруг нашей (или другой) звезды далеко за пределы, доступные для нашей хрупкой углеродной жизни.