Kosmici na sąsiędnich skałkach. Poszukiwania życia w Układzie Słonecznym
Na przełomie 2024 i 2025 r. na pokładzie rakiety Electron firmy Rocket Lab ma wystartować misja na Wenus. Pracuje nad nią m.in. Sara Seager (1) z Massachusetts Institute of Technology (MIT), która wraz z zespołem opublikowała w „Proceedings of the National Academy of Sciences” (PNAS) artykuł naukowy na temat stabilności zasad kwasów nukleinowych w stężonym kwasie siarkowym i implikacji dla możliwości istnienia życia w chmurach Wenus. Badacze piszą, że kropelki kwasu siarkowego mogą być zaskakującą kryjówką dla biochemii życia, ale innej niż ta znana z Ziemi.
Zdjęcie: By Science History Institute, CC BY-SA 3.0, commons.wikimedia.org
W chmurach Wenus, 50 km nad powierzchnią, temperatura jest odpowiednia dla życia. Chmury na Wenus nie są jednak zbudowane z wody, jak chmury na Ziemi, ale z kwasu siarkowego, wysoce toksycznej i niszczącej nie tylko dla form żywych substancji chemicznej. Jednak Seager i jej współpracownicy odkryli, że zasady kwasu nukleinowego, kluczowe w strukturach życia cząsteczki, zachowują stabilność w stężonym kwasie siarkowym. Ich zdaniem, życie może wykorzystywać stężony kwas siarkowy jako rozpuszczalnik zamiast wody i mogło powstać w kropelkach składających się na wenusjańskie chmury. Autorzy wezwali do zaprojektowania misji, które bezpośrednio zbadają cząsteczki chmury pod kątem obecności materiału organicznego. „Do solidnej identyfikacji życia, jeśli jest tam obecne, może być niezbędne pobranie i przywiezienie próbki atmosfery Wenus”, wyjaśniają w artykule.
W ramach badania naukowcy zbadali dwadzieścia aminokwasów biogennych w stężeniach kwasu siarkowego, które odzwierciedlały warunki atmosferyczne na Wenus. Po czterech tygodniach naukowcy odkryli, że ponad połowa z nich nie reaguje na stężenia kwasu siarkowego. Te właściwości zależały do pewnego stopnia od zmian wprowadzanych w łańcuchach cząsteczkowych. Oprócz wykazania, że aminokwasy pozostają stabilne w tych stężeniach kwasu, w badaniu zauważono, że te badania dają również wskazówki o możliwym pochodzeniu życia na Wenus.
Ideę obecności w chmurach Wenus mikroorganizmów jako pierwsi wysunęli astronom Carl Sagan oraz biofizyk Harold Morowitz w 1967 r., na łamach „Nature”. Wyobrażali sobie tam okrągłe, cienkowarstwowe organizmy wypełnione wodorem, które wisiałyby w znośnej dla życia warstwie atmosfery, między warstwami zbyt gorącymi a zbyt zimnymi. Aby przetrwać, „istoty” te musiałyby pobierać minerały unoszące się z powierzchni planety i wchłaniać niesione wiatrem krople deszczu. Być może brzmi to dość ekscentrycznie, ale skoro mogą funkcjonować mikroorganizmy w ziemskiej stratosferze, to dlaczego nie w górnych warstwach atmosfery Wenus?
W styczniu 2024 r. na łamach „Astrobiology” badaczka klimatu z amerykańskiego Instytutu Southwest (SWRI), Kandis-Lea Jessup, przypomniała, że w chmurach Wenus już dawno zauważono tajemniczą absorpcję promieniowania ultrafioletowego. Na pierwszych fotografiach tej planety, zrobionych w Mount Wilson Observatory w Kalifornii w latach 20. ubiegłego wieku, widać było ciemne plamy - znajdujące się w miejscu stężeń siarki i niezidentyfikowanej substancji pochłaniającej światło.
Aby sprawdzić te teorie, trzeba by jednak zebrać próbki wenusjańskiej atmosfery. Jednym z możliwych pojazdów, o których się obecnie mówi, a który miałby tego dokonać, jest Venus Atmospheric Maneuverable Platform, czyli VAMP, samolot budowany przez Northrop Grumman. We wspomnianej wyżej misji Rocket Lab ma zostać wykorzystany konfigurowalny statek kosmiczny Photon, który zostanie wyposażony w ważący kilogram instrument naukowy, którego celem jest świecenie laserem w chmury Wenus w celu wykrywania cząsteczek organicznych, które mogą tam występować. Inna projektowana przez NASA misja wenusjańska, DAVINCI+ (Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble gases, Chemistry, and Imaging Plus), przewiduje m.in. wysłanie sondy w głąb atmosfery Wenus.
Nie musi być powyżej zera, by woda ciekła
Dziś powszechnie zakłada się, że tam, gdzie występuje ciekła woda, zawsze jest podejrzenie, że może być życie. Największą aktywność w jej poszukiwaniu wykazujemy jak do tej pory na Marsie. Roboty na Marsie ślady po wodzie w stanie ciekłym, i to zdatnej do picia oraz do utrzymania życia, już odkryły. Odkryły też, a konkretnie łazik „Spirit”, który badał skały marsjańskie o wieku ok. 4 mld lat, że na planecie tej było kiedyś sporo tlenu. Zdaniem badaczy, tlen na Marsie powstał prawdopodobnie z wody, której cząsteczki były rozbijane na wodór i tlen przez twarde promieniowanie słoneczne.
Chiński łazik Zhurong mógł znaleźć dowody na istnienie współczesnej ciekłej wody na niskich szerokościach geograficznych Marsa, gdzie temperatury są stosunkowo wysokie. Dane z trzech instrumentów naukowych Zhuronga, których zadaniem była analiza cech powierzchni i składu wydm marsjańskich, sugerują, że ich warstwa wierzchnia jest bogata w uwodnione siarczany i krzemionkę, a także minerały tlenkowe. Sól ta pozwala na topnienie lodu lub śniegu w niższych temperaturach, sądzą badacze.
Z drugiej strony Mars sprawiał zawód, bo choć wody na nim sporo, to nie udawało się przez lata wykrywać w znaczących ilościach metanu. Gaz ten jest dla naukowców istotny, gdyż stanowi pozostałość po związkach i procesach organicznych. Po latach eksploracji przez kolejne łaziki z Marsa napłynęły jednak obiecujące (z punktu widzenia poszukiwań życia) wiadomości. Niedawne odkrycie jeziora pod południową polarną pokrywą lodową i metanu w marsjańskiej atmosferze (która zmienia się w zależności od pory roku, a nawet pory dnia) sprawia, że Mars znów nęci poszukiwaczy życia.
Jezioro wykryto pod południową pokrywą lodową planety za pomocą instrumentu radarowego Marsis. „Na pewno kwalifikuje się to jako zbiornik wodny”, powiedział Roberto Orosei z Włoskiego Narodowego Instytutu Astrofizyki. Marsis nie był w stanie określić, jak gruba może być warstwa wody, ale zespół badawczy szacuje, że ma minimum 1 m przy średnicy 20 km. Ocenia się, że w miejscu, w którym woda styka się z lodem, jej temperatura wynosi od –10 do –30°C. W tak zimnych warunkach woda prawdopodobnie zawiera bardzo dużo rozpuszczonych soli. Niewykluczone, że może być bardzo zimną, skoncentrowaną solanką, co byłoby dużym wyzwaniem dla życia. Jednak odkrycie może być impulsem do wysłania w ten rejon urządzenia podobnego do sondy InSight, która wylądowała na Marsie pod koniec 2018 r. Obszar z domniemanym zbiornikiem podpowierzchniowym porównuje się z jeziorem Wostok, które leży 4 km pod lodem Antarktydy.
Z danych przesłanych przez laboratorium MSL na łaziku Curiosity, w marsjańskim kraterze Gale znajdowało się kiedyż duże jezioro wypełnione wodą. Zbocza góry Sharp zaś, na którą pojazd się wspinał, pokryte są osadami powstałymi w tym zbiorniku wodnym, który w przeszłości mógł się w tym miejscu utrzymywać przez dziesiątki milionów lat. Naukowcy z zespołu MSL zauważyli w warstwach skał osadowych ślady zalewania wodą i parowania. Widać tam warstwowe struktury nieomal identyczne z tymi, które znamy ze skał poddawanych działaniu wody na Ziemi.
Zawartość wody w marsjańskiej glebie, według pomiarów dokonanych przez MSL, wynosi 2 proc. Oznacza to, że w każdym kilogramie marsjańskiego gruntu można znaleźć 20 ml wody, zaś z jednego metra sześciennego można uzyskać około 30 litrów. Naukowcy wykryli w marsjańskiej glebie także między innymi sole nadchloranowe, o których wiadomo, że obniżają temperaturę zamarzania wody. Zatem mimo panującego na Czerwonej Planecie zimna występowanie wody w stanie ciekłym jest możliwe. Dodatkowo naukowcy ze szwedzkiego Uniwersytetu Lulea, studiując marsjańskie zjawiska pogodowe, doszli do wniosku, że woda paruje tam w regularnych cyklach, np. dzień-noc, z gleby, aby do niej wracać i przebywać w warstwie do pięciu centymetrów pod powierzchnią. Według ich publikacji w „Nature Geoscience”, gdy spada temperatura, a woda powraca do gruntu, to miesza się z nadchloranem wapnia i rozpuszcza w roztwór solankowy. Gdy ponownie przygrzeje słońce, paruje do atmosfery, nadając jej wilgotność.
Przed laty łazik Opportunity odkrył na Marsie minerały, które zdaniem badaczy, dowodzą, że występowała tam nie tylko słona, ale również woda zdatna do picia. Chodzi o bogate w aluminium gliny wykryte w marsjańskiej skałce nazwanej Esperance. Z punktu widzenia poszukiwań śladów życia, to także ważne odkrycie, gdyż neutralna chemicznie woda jest środowiskiem znacznie lepiej sprzyjającym biologii niż środowiska kwaśne czy zasadowe.
Podlodowe oceany
Pięćdziesiąt kilometrów pod powierzchnią Enceladusa, księżyca Saturna, w okolicach jego bieguna południowego, znajduje się wielki zbiornik wody - dziś uczeni z NASA i ESA właściwe już w to nie wątpią. Pierwsze wskazały na to badania geofizyczne wykonane przez sondę Cassini w 2005 roku, która wykryła wielkie gejzery tryskające z lodowej powierzchni księżyca. Według NASA wybuchy są tak potężne, że ich materiał tworzy jeden z pierścieni Saturna. Dalsze analizy wykazały, że strumienie zawierały metan, dwutlenek węgla, amoniak, kwas cyjanowodorowy i proste związki organiczne zawierające chemiczne elementy budulcowe niezbędne do rozwoju życia. Jak twierdzi międzynarodowy zespół naukowców w publikacji na łamach „The Planetary Science Journal”, jest nawet możliwe, że niektóre z tych gazów zostały wyprodukowane przez samo życie, wydalające metan głęboko pod powierzchnią Enceladusa.
Teleskop Jamesa Webba (2) zauważył niedawno po raz kolejny gigantyczny gejzer, wystrzeliwujący z jego powierzchni, wyrzucający wodę setki kilometrów w kosmos. Szersza perspektywa i wyższa czułość teleskopu pokazały, że strumienie pary wystrzeliwują znacznie dalej w przestrzeń kosmiczną, niż wcześniej sądzono, na odległość wielokrotnie przekraczającą średnicę samego Enceladusa. Niestety, nie ma jasności, czy i kiedy w dającej się przewidzieć przyszłości ruszy jakakolwiek misja w kierunku Enceladusa, by podążać za dotychczasowymi odkryciami. NASA planowała budowę urządzenia SELFIE (Submillimeter Enceladus Life Fundamentals Instrument), którego zadaniem miało być poszukiwanie śladów życia na tym skutym lodem świecie przez analizę pary wodnej i lodu wyrzucanego przez gejzery znajdujące się na południowym biegunie Enceladusa. Jednak dziś losy tego projektu są mgliste. Choć nie słychać obecnie o żadnej konkretnej misji, Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA testuje od pewnego czasu wężopodobnego robota nazwanego Exobiology Extant Life Surveyor (EELS), który miałby pewnego dnia wśliznąć się do lodowych szczelin Enceladusa i zanurzyć się w jego hipotetycznym podpowierzchniowym oceanie, aby szukać śladów życia.
Warto pamiętać, że w orbicie zainteresowań badaczy są także inne obiekty Układu Słonecznego, np. lodowe księżyce Jowisza, Europa, Ganimedes i Kalisto, a nawet wulkaniczny Io, gdzie niektórzy upatrują możliwości utrzymania się żywych organizmów w bogatych w minerały środowiskach wokół rur lawowych, jak to zdarza się na Ziemi. Jeszcze bardziej kusi naukowców, choć jest bardzo odległy, Tryton, przechwycony przez Neptuna obiekt pochodzący z Pasa Kuipera. Na Trytonie występuje być może ocean wody i amoniaku, pod powierzchnią składającą się z zamrożonego azotu.
Jak wiadomo, Europejska Agencja Kosmiczna z powodzeniem rozpoczęła wiosną 2023 r. misję JUICE, której celem jest badanie lodowych księżyców Jowisza, które są uważane za jedne z najlepszych miejsc do poszukiwania życia pozaziemskiego w całym naszym Układzie Słonecznym ze względu na oceany wody, jak się zakłada, w stanie ciekłym, pod grubymi warstwami lodu. Europa jest nieco mniejsza od ziemskiego Księżyca i okrąża gazowego giganta w cyklu 3,5, dniowym na dystansie około 670 tys. km. Księżyc ten jest uważany za świat geologicznie aktywny, podobnie jak Ziemia, ponieważ silne wpływy grawitacyjne nagrzewają jego skaliste i metaliczne wnętrze, utrzymując go w stanie częściowego stopienia. Wielu naukowców uważa, że pod zamarzniętą, lodową powierzchnią znajduje się warstwa ciekłej wody, globalny ocean, któremu ciepło nie pozwala zamarznąć i który może mieć ponad 100 km głębokości. Dowodem na istnienie tego oceanu są m.in. gejzery wybucha-jące przez pęknięcia w powierzchni lodu, słabe pole magnetyczne i chaotyczna rzeźba powierzchni, która mogła zostać zdeformowana przez wirujące pod nią prądy oceaniczne. Ocean ten może być podgrzewany przez wulkanizm i oddziaływania pływowe Jowisza, co zapewniać może źródło energii także dla życia. Lodowa osłona izoluje ocean podpowierzchniowy od ekstremalnego zimna i próżni kosmicznej, a także od promieniowania Jowisza.
Jeśli znajdziemy (i uda nam się je rozpoznać) życie na powierzchni Tytana, to raczej powstałoby ono niezależnie, jeśli chodzi o pełną węglowodorów strefę powierzchniową, bo w głębi, jak się szacuje, znajdują się zasoby wody znacznie przekraczające ziemskie. Sam fakt powstania dwóch zupełnie innych gałęzi życia w jednym Układzie Słonecznym sugerowałby, że życie we Wszechświecie jest powszechne. Udowodnienie istnienia życia na Tytanie nie będzie jednak łatwe. Prawie na pewno potrzebna byłaby misja z lądowaniem i eksploracją, co stawia, ze względu na warunki tam panujące, ogromne wyzwania techniczne. Tytan jest jedynym ciałem niebieskim poza Ziemią, na którym występują ciekłe zbiorniki na powierzchni, choć są one złożone z węglowodorów, a nie z wody. Naukowcy z NASA potwierdzili istnienie w jego atmosferze cyjanku winylu, związku organicznego, potencjalnie zdolnego do tworzenia błon komórkowych dla drobnoustrojów, które do życia wcale nie potrzebują H2O. Ziemskie membrany komórkowe zbudowane są z białek i fosfolipidów, ale jedną z możliwych alternatyw dla fosfolipidów jest właśnie cyjanek winylu. W niskich temperaturach na Tytanie, sięgających –179°C, cząsteczki organiczne w atmosferze tworzą kropelki, które opadają na jeziora metanowe w cyklu pogodowym podobnym do cyklu wodnego Ziemi. Tam mogą teoretycznie tworzyć proste, mikroskopijne formy życia.
Spośród najbardziej „obiecujących” miejsc w Układzie Słonecznym wymienia się jeszcze Ganimedesa, największego z satelitów Jowisza, który ma czapy polarne i jest w dużej mierze zbudowany z lodu, Kalisto, innego satelitę Jowisza, który także jest złożony w dużej mierze z zamarzniętej wody, pod którą może kryć się ciekły ocean, i w końcu także Io, gdzie, według najnowszych symulacji, ogrzewanie pływowe utrzymuje magmę w stanie płynnym pod powierzchnią planety, a szczeliny, przez które wydostaje się ta lawa, mogłyby być miejscem, gdzie ukrywa się obce życie, tym bardziej obce, że nie należy tam się spodziewać wody - alternatywą dla niej, według niektórych uczonych, mogłaby być siarka, co teoretycznie umożliwiałoby istnienie ekosystemów mikrobiologicznych.
A to nie koniec katalogu potencjalnych siedlisk życia w Układzie Słonecznym. W czterdziestoletnich danych o naenergetyzowanych cząstkach plazmy, które pochodzą jeszcze z sondy Voyager 2, badacze odkryli dowody istnienia oceanów na księżycach Urana, co zostało opisane na łamach „Geophysical Research Letters”. Podobne sygnały wskazywały wcześniej na wewnętrzne oceany na Europie i Enceladusie. Tym razem dotyczyć to może księżyców Ariela i Mirandy.
Planetolodzy z Centrum Lotów Kosmicznych im. Goddarda wskazują na najnowsze badania warunków, w jakich są w stanie przetrwać i żyć niektóre mikroorganizmy. Co mogłoby oznaczać, że nawet na Księżycu mogą istnieć swoiste nisze, w których część znanych nam mikroorganizmów byłoby w stanie egzystować, choć w tym kontekście mówi się raczej o organizmach pozaziemskich wprawdzie, ale pochodzenia ziemskiego. Na powierzchnię Księżyca na przestrzeni eonów mogły bowiem docierać skały wybite z Ziemi podczas zderzeń z planetoidami. Mogły teoretycznie zawierać mikroorganizmy zdolne do przetrwania w niektórych obszarach Księżyca. O możliwości przetrwania życia w podobnych warunkach, zacienionych kraterach i zagłębieniach, mówi się także w odniesieniu do planety Merkury, choć w tym przypadku raczej nie ziemskiego pochodzenia.
W miejscach Układu Słonecznego, które eksplorujemy, sukcesywnie odkrywamy wodę, a następnie cząsteczki określane jako „cegiełki życia”. Polecieliśmy do Ceres, znaleźliśmy je na Ceres. Badaliśmy z bliska kometę - wykryliśmy na niej organiczną glicynę. Ledwo sonda OSIRIS-REx weszła na orbitę wokół asteroidy Bennu, zidentyfikowała na niej wodę. Ocean wodny jest najprawdopodobniej nawet we wnętrzu Plutona, w którego pobliżu też zameldowaliśmy się z aparaturą na sondzie New Horizons. Miejsc, do których można by wysłać misje poszukujące życia, jest Układzie Słonecznym więc mnóstwo. Niestety budżety agencji kosmicznych nie są z gumy. Dlatego trudno prognozować szybkie znalezienie „obcych”, którzy nie są przecież tak daleko.
Mirosław Usidus
