Где скрывается жизнь во Вселенной
В этой статье мы рассмотрим места поиска внеземной жизни учеными, обсудим необходимость воды для существования живых организмов и выясним, обязана ли планета иметь атмосферу.
При поиске внепланетной жизни астрономы в первую очередь обращают внимание на наличие воды. Это вполне логично, поскольку мы не представляем себе жизнь без этого соединения. Ведь все известные нам формы жизни на Земле зависят от воды: она составляет значительную часть массы человека, участвует в транспортировке питательных веществ, регулирует температуру тела и защищает внутренние органы. Растения используют воду для фотосинтеза, а грибы – для получения необходимых им веществ. Однако возникает вопрос: возможно ли существование жизни без воды?
Что такое «зона обитаемости»
Поиски внеземной жизни наиболее часто осуществляются в так называемых «обитаемых зонах», — это области вокруг звезд, где условия позволяют воде существовать на поверхности планеты в жидком виде. Если планета находится слишком близко к звезде, вода испарится, а при удалении от светила она превратится в лед. Только на определенном расстоянии от звезды может образоваться жидкость, необходимая для возникновения жизни.
Однако На текущий момент поступающие сведения все больше опровергают данную упрощенную концепцию . Холодные спутники Юпитера и Сатурна, такие небесные тела, как Европа и Энцелад, находящиеся значительно за пределами так называемой «обитаемой зоны», вероятно, содержат под многокилометровой ледяной оболочкой микробные организмы. Кроме того, ученые активно изучают вероятность существования альтернативных форм жизни, не зависящих от наличия воды.
«Какие условия необходимы для поддержания жизни? Мы пока не располагаем точным ответом. Наш единственный образец – это Земля», — отмечает Нгок Труонг, планетолог из Центра космических полетов имени Годдарда при НАСА.
Как образовалась жизнь
Формирование нашей планеты произошло 4,5 миллиарда лет назад, а первые микроорганизмы появились спустя миллиард лет. Специалисты единогласно утверждают, что начало существования жизни на нашей планете произошло в водной среде, однако мнения относительно механизма этого процесса существенно расходятся.
Существует три главные гипотезы о зарождении жизни на Земле:
- Предполагается, что «строительные блоки» органической жизни, такие как аминокислоты и нуклеотиды, были переданы молодой Земле в составе метеоритного потока.
- По мнению ученых, формирование сложных органических соединений на нашей планете произошло спонтанно в результате воздействия электрических разрядов или солнечной радиации.
- Предполагается, что зарождение жизни связано с подводными гидротермальными источниками, где взаимодействие горячей, богатой минералами жидкости и холодной морской воды создавало уникальные условия.
Вне зависимости от точного механизма, определяющим фактором стало то, что важнейшие химические процессы, обусловившие возникновение жизни, происходили в водной среде, что сделало все живые организмы на Земле зависимыми от нее.
Для нормального протекания биохимических реакций клеткам необходима жидкая среда , что позволяло бы им получать необходимые для существования питательные вещества. Вода является эффективным средством для этой цели, поскольку она превосходит многие другие жидкости в качестве растворителя. К тому же, вода достаточно распространена в нашей галактике, Млечном Пути.
В связи с этим поиск внеземной жизни в так называемых «зонах обитаемости» представляется вполне обоснованным подходом. Однако даже если планета располагается на подходящем расстоянии от звезды, это не гарантирует ее пригодности для поддержания жизни. Например, в пределах «зоны обитаемости» звезды Альфа Центавра А вращается газовый гигант. В то же время, если у каменистой планеты, находящейся в «зоне обитаемости», атмосфера содержит избыточное количество парниковых газов, вода на ее поверхности может полностью испариться.
Жизнь за пределами «зоны обитаемости»
Существование жизни за пределами «зоны обитаемости» также не исключено. Вообразите себе холодную каменистую планету, расположенную на значительном удалении от своей звезды. У этой планеты отсутствует атмосфера и магнитное поле, что делает ее уязвимой для воздействия заряженных частиц, составляющих космические лучи. Проникая к поверхности, эти частицы инициируют процесс радиолиза— разрыв химических связей на молекулярном уровне. Этот процесс приводит к выделению водорода, выступающего в роли источника энергии для микроорганизмов, обитающих в земной коре, а также высвобождению отрицательно заряженных электронов.
Согласно недавним вычислениям, концентрация этих электронов на глубине всего двух метров под ледяной поверхностью Энцелада настолько высока, что способна обеспечить существование 700 000 бактерий в каждом кубическом сантиметре льда. Радиационное излучение на поверхности было бы губительным, однако подземное расположение обеспечивает защиту микроорганизмов от его разрушающего воздействия [ 1].
На Земле уже зафиксированы случаи обнаружения бактерий, живущих на глубине нескольких километров в толще земной коры. Candidatus Desulforudis audaxviator. Эти организмы получают энергию посредством радиолиза, который обусловлен распадом радиоактивных элементов, содержащихся в горных породах. А психрофилы, живущие в вечной мерзлоте Антарктиды, научились создавать белки, препятствующие формированию кристаллов льда внутри клеток [ 2].
Теперь специалисты предлагают сосредоточить усилия на поиске жизни в так называемой «радиолитической зоне обитаемости», где космическое излучение воздействует на подземный лед . Согласно теоретическим расчетам, радиолиз способен поддерживать существование бактерий даже на планетах-изгоях, свободно перемещающихся в межзвездном пространстве. Однако для этого необходимо, чтобы внутри этих планет сохранялась достаточная тепловая энергия, обеспечивающая протекание химических процессов.
Жизнь без воды
Предполагается, что для возникновения жизни не обязательно наличие воды. . Группа ученых во главе с астрофизиком из Массачусетского технологического института сосредоточила внимание на так называемых ионные жидкости — ионных жидкостях, способных переходить в жидкое состояние при температурах ниже 100°C.
Хотя большая часть известных ионных жидкостей создана искусственно, исследователи пришли к выводу, что некоторые из них могут формироваться естественным путем на других планетах. В ходе попыток воспроизвести атмосферу Венеры в лабораторных условиях было обнаружено, что при испарении серной кислоты из газовой смеси на дне остается небольшое количество необычной жидкости [ 3].
Стало известно, что серная кислота взаимодействует с глицином — аминокислотой, ранее обнаруженной в атмосфере Венеры [ 4]. Серная кислота, проявляя высокую активность в химических процессах, склонна отдавать протоны и, следовательно, активно соединяется с молекулами, способными принять эти протоны. К ним относятся азотсодержащие органические соединения, включая аминокислоты и компоненты генетического кода.
В рамках исследований ученые проанализировали более тридцати образцов органических азотистых веществ. Задача заключалась в том, чтобы установить, способны ли эти вещества при взаимодействии с серной кислотой формировать ионные жидкости при различных температурах и давлениях. Подавляющее большинство протестированных соединений продемонстрировали положительный результат, причем реакция происходила даже на базальтовой поверхности — распространенной горной породе на других планетах. Это указывает на широкое распространение подобных жидкостей во Вселенной.
Получается, что Таким образом, в гипотетической ситуации инопланетная жизнь могла бы возникнуть не в водной среде, а в ионных жидкостях . Для этого необходим Наличие ограниченного запаса подземных вод и вулканическая активность, выбрасывающая в атмосферу серную кислоту, также являются важными факторами. . Помимо этого, атмосфера планеты не должна содержать водяные пары, поскольку ионные жидкости обладают свойством активно поглощать влагу, что приводит к изменению их характеристик. Необходимым элементом является присутствие азотсодержащих органических молекул, которые довольно распространены на твердых поверхностях тел Солнечной системы, особенно в тех областях, где велись поиски.
Следует подчеркнуть, что для поддержания биологической активности не требуются значительные объемы этих растворителей. Низкая летучесть ионных жидкостей позволяет даже небольшим скоплениям служить полноценной средой обитания для потенциальных микроскопических организмов.
Где искать внеземную жизнь
Тем не менее, большинство экспертов по-прежнему рассматривают «зону обитаемости» как полезный инструмент, хотя оно всегда представляло собой упрощенную модель: На практике ученые пока не располагают точными данными о количестве факторов, необходимых для возникновения жизни . Тем не менее, без подобной модели невозможно представить себе дальнейшие действия. При планировании строительства телескопов, стоимость которых достигает миллиарда долларов, астрономам необходимо определить наиболее перспективные области для наблюдений на небесной сфере.
Уже сейчас космические агентства разрабатывают масштабные проекты, такие как «Обсерватория обитаемых миров» или обсерватория LIFE, представляющая собой комплекс из четырех телескопов, функционирующих в согласованной сети. Цель этих систем – анализ химического состава атмосфер планет, расположенных на значительном удалении от Земли. Подобные исследования представляются более экономически целесообразными и перспективными по сравнению с проектами по бурению ледяных спутников Энцелада и Европы.
И все же, даже, В случае обнаружения внеземной жизни, удастся ли нам определить ее природу? Поскольку внеземная жизнь может иметь совершенно отличную от земной форму, существует вероятность того, что она использует химические соединения, которые мы не способны идентифицировать. Возможно, контакты с другими формами жизни уже имели место, но остались незамеченными. В таком случае вопрос о том, являемся ли мы единственными живыми существами во Вселенной, может оставаться без ответа на протяжении длительного времени.
