Možda je onima koji danas žive na Zemlji suđeno da saznaju odgovor na jedno od najstarijih pitanja koja zanimaju čovječanstvo: jesmo li sami u svemiru?
Čim robot za sve terene koji se zakači za podvodnu stranu ledene ploče u jednom od jezera na Aljasci primi signal iz NASA-inog laboratorija za mlazni pogon u Pasadeni u Kaliforniji, na njemu bljesne reflektor. "Upalilo je!" - uzvikuje inženjer John Leicty, zgrčen u šatoru na ledu. Vjerojatno se ovaj događaj ne može nazvati velikim tehnološkim korakom, ali kao prvi korak na putu istraživanja udaljenog satelita drugog planeta to će učiniti.
Više od sedam tisuća kilometara južno, u Meksiku, geomikrobiolog Penelope Boston luta do koljena u vodi neprobojnom tamom špilje. Poput ostalih znanstvenika iz svoje skupine, Boston je navukao snažni respirator i povukao zračni cilindar kako se ne bi otrovao sumporovodikom i ugljičnim monoksidom, koji prodiru u špilje, a podzemni tok koji joj pere čizme nosi sumpornu kiselinu. Odjednom, bostonska svjetiljka osvjetljava izduženu kapljicu guste prozirne tekućine koja curi iz poroznog vapnenačkog zida špilje. "Nije li lijepo?" Uzvikuje ona.
Možda će u zaleđenom arktičkom jezeru i tropskoj špilji ispunjenoj otrovnim isparenjima biti moguće pronaći tragove koji će vam pomoći odgovoriti na jedno od najneprihvatljivijih i drevnih pitanja na Zemlji: postoji li život na Marsu? (Pa, ili barem negdje izvan našeg planeta?) Život drugih svjetova, bilo u našem Sunčevom sustavu ili u blizini drugih zvijezda, možda se skriva pod ledom koji prekriva čitave oceane, kao na Europi, mjesecu Jupitera, ili u dobro zatvorenom i špilje napunjene plinom, kojih na Marsu vjerojatno ima mnogo. Ako naučite prepoznati i prepoznati oblike života koji uspijevaju u sličnim uvjetima na Zemlji, bit će lakše pronaći nešto slično izvan nje.
Teško je reći u kojem se trenutku potraga za životom među zvijezdama iz znanstvene fantastike pretvorila u znanost, ali jedan od ključnih događaja bio je susret znanstvenika u studenom 1961. godine. Organizirao ga je Frank Drake, mladi radioastronom, očaran idejom pronalaska radiovalova vanzemaljskog podrijetla.
"Tada je", prisjeća se Drake, danas 84-godišnjak, "potraga za vanzemaljskom inteligencijom [Potraga za vanzemaljskom inteligencijom - SETI] bila svojevrsni tabu." Međutim, uz podršku direktora svog laboratorija, Frank je okupio nekoliko astronoma, kemičara, biologa i inženjera kako bi razgovarali o pitanjima s kojima se astrobiologija - znanost o vanzemaljskom životu - danas bavi.
Drake je želio da ga kolege savjetuju o tome koliko bi pametno bilo posvetiti značajno vrijeme radio-teleskopa preslušavanju vanzemaljskih radio emisija i koji bi mogao biti najperspektivniji način traženja izvanzemaljskog života. Zanimalo ga je i koliko civilizacija naša galaksija, Mliječni put, može izbrojati, a prije dolaska gostiju Frank je na ploči napisao jednadžbu.
Promotivni video:
Ova danas poznata Drakeova jednadžba određuje broj civilizacija koje možemo otkriti na temelju brzine stvaranja zvijezda u Mliječnom putu, pomnožene s udjelom zvijezda s planetima, zatim s prosječnim brojem planeta s prikladnim uvjetima za život u jednom zvjezdanom sustavu (planeti moraju biti veličine o veličini Zemlje i biti u nastanjivoj zoni svoje zvijezde), zatim - na udio planeta na kojima bi život mogao nastati i na udio onih od njih gdje bi se mogla pojaviti inteligencija i, konačno, na udio onih u kojima inteligentni oblici života mogu postići takav nivo razvoja za slanje prepoznatljivih radio signala i za prosječno vrijeme tijekom kojeg ih takve civilizacije nastavljaju slati ili čak postoje.
Ako su takva društva sklona uništavanju sebe u nuklearnom ratu samo nekoliko desetljeća nakon izuma radija, tada će njihov broj vjerojatno biti vrlo malen u bilo kojem trenutku.
Jednadžba je sjajna, osim jedne nedosljednosti. Nitko nije imao ni maglovitu ideju čemu su sve te frakcije i brojevi jednaki, osim prve varijable, brzine stvaranja zvijezda sličnih suncu. Sve ostalo bilo je čisto nagađanje. Naravno, ako bi znanstvenici koji traže život u svemiru uspjeli otkriti nezemaljski radio signal, sve ove pretpostavke izgubile bi svoje značenje. No, u nedostatku takvih, stručnjaci za sve varijable Drakeove jednadžbe morali su pronaći njihove točne vrijednosti - kako bi otkrili koliko često zvijezde solarnog tipa imaju planete. Pa, ili otkriti tajnu podrijetla života na Zemlji …
Prošla je trećina stoljeća prije nego što su čak i približne vrijednosti mogle biti zamijenjene u jednadžbu. 1995. godine Michel Mayor i Didier Kelo sa Sveučilišta u Ženevi otkrili su prvi planet u drugom zvjezdanom sustavu solarne klase. Ovaj planet - 51 Pegasi b, udaljen od nas 50 svjetlosnih godina, ogromna je plinovita kugla, otprilike upola manja od Jupitera; njegova je orbita toliko blizu zvijezde da godina na njoj traje samo četiri dana, a temperatura na površini prelazi tisuću Celzijevih stupnjeva.
Nitko nije ni pomislio da bi život mogao nastati u tako paklenim uvjetima. Ali otkriće čak i jednog egzoplaneta već je postiglo ogroman uspjeh. Početkom sljedeće godine, tim koji je vodio Jeffrey Marcy, tada na Sveučilištu u San Franciscu, a sada na Berkeleyu, pronašao je drugi egzoplanet, a zatim i treći, a brana je pukla. Danas astronomi poznaju oko dvije tisuće najrazličitijih egzoplaneta - i većih od Jupitera i manjih od Zemlje; još nekoliko tisuća (većina je otkrivena ultraosjetljivim svemirskim teleskopom Kepler) čeka potvrdu otkrića.
Nijedan od udaljenih planeta nije točna kopija Zemlje, ali znanstvenici ne sumnjaju da će to biti pronađeno u bliskoj budućnosti. Na temelju podataka s nekoliko većih planeta, astronomi su izračunali da više od petine zvijezda solarnog tipa ima nastanjive planete slične Zemlji. Postoji statistička vjerojatnost da je najbliži od njih udaljen 12 svjetlosnih godina - prema kozmičkim mjerilima, u obližnjoj ulici.
To je ohrabrujuće. Međutim, posljednjih godina naseljeni svjetski lovci shvatili su da uopće nije potrebno ograničiti svoja traženja na zvijezde slične Suncu. “Kad sam bio u školi”, prisjeća se David Charbonneau, astronom s Harvarda, “rečeno nam je da se Zemlja vrti oko najobičnije, prosječne zvijezde. Ali to nije tako. Zapravo, 70 do 80 posto zvijezda na Mliječnom putu su mala, relativno hladna, slabašna, crvenkasta tijela - crveni i smeđi patuljci.
Kad bi se zemaljski planet okrenuo oko takvog patuljka na ispravnoj udaljenosti (bliže zvijezdi od Zemlje, kako se ne bi smrznuo), na njemu bi se mogli razviti uvjeti za nastanak i razvoj života. Štoviše, planet ne mora biti veličine Zemlje da bi bio nastanjiv. "Ako vas zanima moje mišljenje", kaže Dimitar Sasselov, drugi astronom s Harvarda, "tada je idealna bilo koja masa između jedne i pet Zemalja." Čini se da je raznolikost naseljivih zvjezdanih sustava mnogo bogatija nego što su Frank Drake i njegovi sudionici konferencije mogli pretpostaviti 1961. godine.
I to nije sve: ispada da su temperaturna razlika i raznolikost kemijskog okruženja u kojem ekstremofilni organizmi (doslovno, „ljubitelji ekstremnih uvjeta“) mogu uspjeti, također širi nego što se moglo zamisliti prije pola stoljeća. Sedamdesetih godina prošlog stoljeća oceanografi, uključujući Roberta Ballarda, sponzoriranog od National Geographic Society, otkrili su super vruće izvore na dnu oceana - crne pušače, u blizini kojih postoje bogate bakterijske zajednice.
Mikrobi koji se hrane sumporovodikom i drugim kemijskim spojevima, pak, služe kao hrana složenijim organizmima. Uz to, znanstvenici su pronašli oblike života koji uspijevaju u gejzirima na kopnu, u ledenim jezerima skrivenim ispod sloja antarktičkog leda debljine stotine metara, u uvjetima visoke kiselosti, lužnatosti ili radioaktivnosti, u kristalima soli, pa čak i u mikropukotinama stijena duboko u utrobi Zemlje. … "Na našem su planetu to stanovnici uskih niša", kaže Lisa Kaltenegger, koja honorarno radi na Harvardu i Astronomskom institutu Max Planck u Heidelbergu u Njemačkoj. "Međutim, lako je zamisliti da na drugim planetima mogu prevladati."
Jedini faktor, bez kojeg, prema biolozima, život kakav znamo da ne može postojati je tekuća voda - moćno otapalo sposobno dostaviti hranjive sastojke u sve dijelove tijela. Što se tiče našeg Sunčevog sustava, nakon ekspedicije međuplanetarne stanice Mariner 9 na Mars 1971. godine, znamo da su nekada davno potoci vode tekli površinom crvenog planeta. Možda je tamo i život postojao, barem mikroorganizmi - i moguće je da bi jedan od njih mogao preživjeti u tekućem mediju ispod površine planeta.
Na relativno mladoj ledenoj površini Europe, Jupiterovom mjesecu, vidljive su pukotine, što ukazuje na to da se ocean talasa pod ledom. Na udaljenosti od oko 800 milijuna kilometara od Sunca, voda bi se trebala smrznuti, ali u Europi se pod utjecajem Jupitera i nekoliko njegovih drugih satelita neprestano javljaju plimni fenomeni zbog kojih se oslobađa toplina, a voda ispod sloja leda ostaje tekuća. U teoriji i tamo život može postojati.
2005. NASA-ino međuplanetarno vozilo Cassini otkrilo je vodene gejzire na površini Encelada, drugog Jupiterovog mjeseca; istraživanje koje je Cassini proveo u travnju ove godine potvrdilo je prisustvo podzemnih izvora vode na ovom mjesecu. Međutim, znanstvenici još ne znaju koliko vode skriva ledeni pokrov Encelada, niti koliko dugo voda ostaje u tekućem stanju da bi služila kao kolijevka života. Titan, najveći Saturnov mjesec, ima rijeke i jezera, a kiša pada. Ali ovo nije voda, već tekući ugljikovodici poput metana i etana. Možda tamo ima života, ali vrlo je teško zamisliti što je to.
Mars je mnogo sličniji Zemlji i puno joj je bliži od svih ovih dalekih satelita. I od svakog novog vozila za spuštanje očekujemo vijesti o otkrivanju tamošnjeg života. A sada NASA-in rover Curiosity istražuje krater Gale, gdje je prije milijardi godina bilo ogromno jezero, u uvjetima u kojima je, sudeći po kemijskom sastavu sedimenata, bilo povoljno za postojanje mikroba.
Naravno, špilja u Meksiku nije Mars, a jezero na sjevernoj Aljasci nije Europa. No, potraga za vanzemaljskim životom dovela je NASA-in astrobiologa Kevina Handa i članove njegovog tima, uključujući Johna Laketyja, do jezera Sukok na Aljasci. Zbog toga se Penelope Boston i njezine kolege više puta penju u otrovnu špilju Cueva de Villa Luz u blizini meksičkog grada Tapihulape.
Astrobiolog Kevin Hand priprema se za lansiranje robota pod ledom jezera Sukok na Aljasci.
I tamo i tamo, znanstvenici ispituju nove tehnologije za pronalaženje života u uvjetima koji su barem djelomično slični onima u kojima se mogu naći svemirske sonde. Oni posebno traže "tragove života" - geološke ili kemijske znakove koji ukazuju na njegovu prisutnost, sada ili u prošlosti.
Uzmimo na primjer meksičku špilju. Orbiti su dobili informacije da na Marsu postoje šupljine. Što ako su mikroorganizmi tamo preživjeli nakon što je planet prije oko tri milijarde godina izgubio atmosferu i vodu na površini? Stanovnici marsovskih špilja morali bi pronaći izvor energije osim sunčeve svjetlosti, baš poput kapi sluzi koja je oduševila Boston. Znanstvenici ove neprivlačne crte nazivaju snotitima po analogiji sa stalaktitima. [Na ruskom jeziku ovaj bi izraz mogao zvučati poput "prljav". - Cca. prevoditelj.] U špilji ih ima na tisuće, duge od centimetra do pola metra, i izgledaju neprivlačno. Zapravo je ovo biofilm - zajednica mikroba koji tvore viskozni, viskozni mjehurić.
"Mikroorganizmi koji stvaraju snotite su kemotrofi", objašnjava Boston. "Oksidiraju sumporovodik, jedini izvor energije koji im je na raspolaganju, i oslobađaju ovu sluz." Snotiti su samo jedna od lokalnih zajednica mikroorganizama. Boston, istraživač s Instituta za rudarstvo i tehnologiju iz Novog Meksika i Nacionalnog instituta za istraživanje špilja i krša, kaže: „U špilji postoji desetak takvih zajednica. Svaka ima vrlo prepoznatljiv izgled. Svaka je ugrađena u drugačiji prehrambeni sustav. " Jedna od tih zajednica posebno je zanimljiva: ne stvara kapljice ili mjehuriće, već prekriva zidove špilje uzorcima mrlja i crta, sličnih hijeroglifima.
Astrobiolozi su ove uzorke nazivali biovermama, od riječi "vermicule" - ukras izrađen od kovrča. Ispada da takvi obrasci "crtaju" ne samo mikroorganizme koji žive u svodovima špilja. "Tragovi poput ovih pojavljuju se na najrazličitijim mjestima gdje je prehrana rijetka", kaže Keith Schubert, inženjer i stručnjak za slikovne sustave sa sveučilišta Baylor koji je otputovao u Cueva de Villa Luz kako bi postavio kamere za dugoročno praćenje u špilji. … - korijenje trave i drveća također stvara bioverme u sušnim regijama; isto se događa tijekom stvaranja pustinjskih tla pod utjecajem bakterijskih zajednica, kao i lišajeva."
Danas su tragovi života koje astrobiolozi traže uglavnom plinovi, poput kisika, koje odaju živi organizmi na Zemlji. Međutim, zajednice kisika mogu biti samo jedan od mnogih oblika života. "Za mene su", kaže Penelope Boston, "bioverme zanimljive jer, unatoč različitom opsegu i prirodi manifestacije, ti su obrasci svugdje vrlo slični."
Boston i Schubert vjeruju da pojava biovermi, uvjetovana jednostavnim pravilima razvoja i borbe za resurse, može poslužiti kao pokazatelj života karakterističnog za čitav Svemir. Štoviše, bioverme se zadržavaju i nakon smrti samih mikrobnih zajednica. "Ako rover pronađe nešto slično u svodovima marsovske špilje", rekao je Schubert, "odmah je jasno na što se treba usredotočiti."
Drhtavi znanstvenici i inženjeri rade na jezeru Sukok sa sličnom svrhom. Jedno od ispitivanih područja jezera nalazi se uz kamp od tri mala šatora, koji su nazvali "NASAville", drugi - s jednim šatorom - udaljen je oko kilometar. Budući da mjehurići metana koji se oslobađaju na dnu jezera ometaju vodu, na njemu se stvaraju polinije, a da biste motornim sanjkama dolazili iz jednog kampa u drugi, morate krenuti kružnim putem - inače nećete dugo pasti kroz led.
Zahvaljujući metanu 2009. godine znanstvenici su prvi put skrenuli pozornost na Sukok i druga obližnja jezera na Aljasci. Ovaj plin oslobađaju bakterije koje stvaraju metan, razgrađujući organske tvari, i tako služi kao jedan od znakova života koji astrobiolozi mogu otkriti. Međutim, metan se oslobađa, na primjer, tijekom vulkanskih erupcija, prirodno nastalih u atmosferi divovskih planeta poput Jupitera, kao i u atmosferi Saturnovog mjeseca Titana. Stoga je važno za znanstvenike razlikovati metan od bioloških izvora od metana od nebioloških izvora. Ako je predmet istraživanja Europa prekrivena ledom, poput Kevina Handa, jezero Sukok je daleko od najgoreg mjesta za pripremu.
Hand, nositelj National Geographic Grant-a za mlade istraživače, favorizira Europu nad Marsom iz jednog razloga. "Pretpostavimo", kaže on, "idemo na Mars i pronađemo žive organizme ispod njegove površine i oni imaju DNK, kao na Zemlji. To bi moglo značiti da je DNA univerzalna molekula života, a to je vrlo vjerojatno. Ali to bi također moglo značiti da život na Zemlji i na Marsu ima zajedničko podrijetlo."
Izvjesno je poznato da su fragmenti stijena izbijeni s površine Marsa udarcima asteroida dospjeli u Zemlju i pali u obliku meteorita. Vjerojatno su i ulomci kopnenih stijena stigli do Marsa. Da je unutar ovih svemirskih lutalica bilo živih mikroorganizama koji bi mogli preživjeti putovanje, rađali bi život na planeti gdje su "sletjeli". "Ako se pokaže da se Marsov život temelji na DNK", kaže Hand, "bit će nam teško utvrditi je li nastao neovisno o Zemlji." Ovdje se Europa nalazi mnogo dalje od nas. Ako se tamo nađe život, to će ukazivati na njegovo neovisno podrijetlo - čak i s DNA.
Europa nesumnjivo ima uvjete za život: puno vode, a na dnu oceana mogu postojati vrući izvori koji mogu opskrbiti mikrohranjivima. Na Europu ponekad padnu kometi koji sadrže organske tvari, što također pridonosi razvoju života. Stoga se ideja o ekspediciji na ovaj Jupiterov mjesec čini vrlo privlačnom.
Ispod ispucale ledene ploče Europe, koju vidimo na ovoj slici svemirske letjelice Galileo, krije se ocean u kojem se mogu naći svi uvjeti neophodni za život.
Nažalost, lansiranje svemirske letjelice, za koje je američko Nacionalno vijeće za istraživanje procijenilo da iznosi 4,7 milijardi dolara, ocijenjeno je, premda znanstveno opravdano, preskupim. Tim u Laboratoriju za mlazni pogon, pod vodstvom Roberta Pappalarda, vratio se nacrtima i razvio novi projekt: Europa Clipper će orbitirati oko Jupitera, a ne oko Europe, što će potrošiti manje goriva i uštedjeti novac; istodobno će se približiti Europi 45 puta kako bi znanstvenici mogli vidjeti njezinu površinu i odrediti kemijski sastav atmosfere, a neizravno i oceana.
Pappalardo je rekao da će novi projekt koštati manje od dvije milijarde dolara. "Ako se ova ideja odobri", kaže on, "mogli bismo pokrenuti početkom ili sredinom 2020-ih." Lansiranje Atlas V pomoći će mu da stigne u Europu za šest godina, a ako je novi sustav lansiranja, koji NASA trenutno razvija, uključen, za samo 2,7 godine.
U NASA-inom Laboratoriju za mlazni pogon znanstvenici ispituju sondu sličnu onoj koja će uskoro moći prodrijeti u led Jupiterovog mjeseca Europe.
Vjerojatno Clipper neće moći pronaći život na Europi, ali prikupit će podatke kako bi opravdao sljedeću ekspediciju, već spušteno vozilo, koje će uzimati uzorke leda i proučavati njegov kemijski sastav, kao što su to činili roveri. Osim toga, Clipper će identificirati najbolja mjesta za slijetanje. Sljedeći korak nakon slijetanja - slanje sonde u Europu radi proučavanja oceana - može biti puno teži: sve će ovisiti o debljini ledenog pokrivača. Znanstvenici također nude zamjenski korak: istražiti jezero koje se može nalaziti blizu površine leda. "Kad se naša podmornica konačno rodi", kaže Hand, "to će biti Homo sapiens u usporedbi s australopitecima koje testiramo na Aljasci."
Uređaj, koji će se testirati na jezeru Sukok, puzi donjom stranom ledene ploče od 30 centimetara, privijajući se uz nju, a njegovi senzori mjere temperaturu, razinu slanosti i kiselosti te ostale parametre vode. Međutim, on ne traži izravno žive organizme - to je zadatak znanstvenika koji rade s druge strane jezera. Jedan od njih je John Priscu sa Sveučilišta u Montani, koji je prošle godine otkrio žive bakterije u jezeru Willians, smještenom 800 metara ispod ledene ploče zapadne Antarktike. Zajedno s geobiologinjom Alison Murray s Instituta za istraživanje pustinje u Renu u državi Nevada, Priscu otkriva kakvi uvjeti hladne vode moraju biti za život i tko tamo živi.
Koliko god je proučavanje ekstremofila korisno za razumijevanje prirode života izvan našeg planeta, ono pruža samo zemaljske tragove za razotkrivanje vanzemaljskih misterija. Međutim, uskoro ćemo imati i druge načine kako pronaći nestale varijable Drakeovih jednadžbi: NASA je za 2017. godinu planirala početak teleskopa - TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite, ili satelit za proučavanje prolazećih egzoplaneta, odnosno onih koji prolaze na pozadini diska svoje zvijezde). TESS neće tražiti samo planete u blizini nama najbližih zvijezda, već će prepoznati i tragove plinova u njihovoj atmosferi, što ukazuje na prisustvo života. Iako je starac Hubble dopustio otkrivanje oblaka na nad-zemlji - GJ 1214b.
Međutim, fascinacija potragom za tragovima života i ekstremofilima implicira da molekule živih bića na svim planetima sadrže ugljik, a voda služi kao otapalo. To je sasvim prihvatljivo jer ugljika i vode ima u cijeloj našoj galaksiji. Osim toga, jednostavno ne znamo na koje znakove tražiti život bez ugljika. "Ako krenemo iz takvih prostorija u našoj potrazi, možda nećemo naći ništa", kaže Dimitar Sasselov. "Morate zamisliti barem neke od mogućih alternativa i razumjeti na što još trebate obratiti pažnju prilikom proučavanja vanzemaljske atmosfere." Zamislite, na primjer, umjesto da na Zemlji prevladava ciklus ugljika, ciklus sumpora …
Među tim polufantastičnim projektima potpuno se gubi ideja s kojom je astrobiologija započela prije pola stoljeća. Frank Drake, iako službeno umirovljen, nastavlja tražiti izvanzemaljske signale - potraga koja će, ako uspije, zasjeniti sve ostalo. Unatoč činjenici da je financiranje SETI-a gotovo stalo, Drake je pun entuzijazma za novi projekt - traženje bljeskova svjetlosti koje emitiraju nezemaljske civilizacije umjesto radio signala. "Moramo isprobati sve mogućnosti", kaže on, "budući da nemamo pojma što i kako vanzemaljci zapravo rade."
National Geographic srpanj 2014
