Historia astrobiologii, przedmiot badań i znaczenie

The astrobiologia lub egzobiologia Jest to gałąź biologii, która zajmuje się pochodzeniem, dystrybucją i dynamiką życia w kontekście zarówno naszej planety, jak i całego wszechświata. Moglibyśmy zatem powiedzieć, że astrobiologia jako nauka jest dla wszechświata, czym biologia dla planety Ziemi.

Ze względu na szerokie spektrum działania astrobiologii zbiegają się w niej inne nauki: fizyka, chemia, astronomia, biologia molekularna, biofizyka, biochemia, kosmologia, geologia, matematyka, informatyka, socjologia, antropologia, archeologia, między innymi..

Astrobiologia postrzega życie jako zjawisko, które może być „uniwersalne”. Zajmuje się ich kontekstami lub możliwymi scenariuszami; twoje wymagania i minimalne warunki; zaangażowane procesy; jego ekspansywne procesy; wśród innych tematów. Nie ogranicza się do inteligentnego życia, ale bada każdy możliwy typ życia.

Indeks

• 1 Historia astrobiologii
  • 1.1 Arystotelesowska wizja
  • 1.2 Wizja kopernikańska
  • 1.3 Pierwsze idee życia pozaziemskiego
• 2 Przedmiot badań astrobiologii
• 3 Mars jako model badawczy i eksploracja kosmosu
  • 3.1 Misje Marinera i zmiana paradygmatu
  • 3.2 Czy istnieje życie na Marsie? Misja Wikingów
  • 3.3 Misje Beagle 2, Mars Polar Lander
  • 3.4 Mission Phoenix
  • 3.5 Eksploracja Marsa trwa
  • 3.6 Na Marsie była woda
  • 3,7 marsjańskich meteorytów
  • 3.8 Panspermia, meteoryty i komety
• 4 Znaczenie astrobiologii
  • 4.1 Paradoks Fermiego
  • 4.2 Program SETI i poszukiwanie inteligencji pozaziemskiej
  • 4.3 Równanie Drake'a
  • 4.4 Nowe scenariusze
• 5 Astrobiologia i eksploracja krańców Ziemi
• 6 Perspektywy astrobiologii
• 7 referencji

Historia astrobiologii

Historia astrobiologii może sięgać początków ludzkości jako gatunku i jej zdolności do kwestionowania kosmosu i życia na naszej planecie. Stąd wyłaniają się pierwsze wizje i wyjaśnienia, które są nadal obecne w mitach wielu narodów.

Arystotelesowska wizja

Arystotelesowska wizja uważała Słońce, Księżyc, resztę planet i gwiazd za doskonałe kule, które okrążały nas, tworząc wokół nas koncentryczne kręgi.

Ta wizja stanowiła geocentryczny model wszechświata i była koncepcją, która naznaczyła ludzkość w średniowieczu. Prawdopodobnie w tym czasie nie miało to sensu, kwestia istnienia „mieszkańców” poza naszą planetą.

Wizja kopernikańska

W średniowieczu Mikołaj Kopernik zaproponował swój model heliocentryczny, który umieścił Ziemię jako jeszcze jedną planetę, która obracała się wokół Słońca.

To podejście głęboko wpłynęło na sposób, w jaki patrzymy na resztę wszechświata, a nawet na siebie, ponieważ umieszcza nas w miejscu, które może nie było tak „wyjątkowe”, jak sądziliśmy. Otworzyła wtedy możliwość istnienia innych planet podobnych do naszej, a wraz z nią życia innego niż to, które znamy.

Pierwsze pomysły na życie pozaziemskie

Francuski pisarz i filozof Bernard le Bovier de Fontenelle pod koniec XVII wieku zasugerował już, że życie może istnieć na innych planetach.

W połowie XVIII wieku wielu uczonych było związanych z Oświetlenie, pisali o życiu pozaziemskim. Nawet czołowi astronomowie tamtych czasów, tacy jak Wright, Kant, Lambert i Herschel, zakładali, że planety, księżyce, a nawet komety mogą być zamieszkane..

W ten sposób wiek XIX rozpoczął się od większości naukowców, filozofów i teologów akademickich, podzielających przekonanie o istnieniu życia pozaziemskiego na prawie wszystkich planetach. Uznano to wówczas za solidne założenie, oparte na rosnącym naukowym zrozumieniu kosmosu.

Przytłaczające różnice między ciałami niebieskimi Układu Słonecznego (w odniesieniu do ich składu chemicznego, atmosfery, grawitacji, światła i ciepła) zostały zignorowane.

Jednak wraz ze wzrostem mocy teleskopów i nadejściem spektroskopii, astronomowie mogli zacząć rozumieć chemię pobliskich atmosfer planetarnych. Można więc wykluczyć, że pobliskie planety były zamieszkane przez organizmy podobne do organizmów ziemskich.

Przedmiot badań astrobiologii

Astrobiologia koncentruje się na badaniu następujących podstawowych pytań:

• Czym jest życie?
• Jak doszło do życia na Ziemi?
• Jak rozwija się i rozwija życie?
• Czy istnieje życie gdzie indziej we wszechświecie?
• Jaka jest przyszłość życia na Ziemi iw innych miejscach we wszechświecie, jeśli taka istnieje?

Z tych pytań wynika wiele innych związanych z przedmiotem badań astrobiologii.

Mars jako model badawczy i eksploracja kosmosu

Czerwona planeta, Mars, była ostatnim bastionem hipotez życia pozaziemskiego w Układzie Słonecznym. Idea istnienia życia na tej planecie, początkowo pochodziła z obserwacji dokonanych przez astronomów z przełomu XIX i XX wieku.

Twierdzili oni, że znaki na powierzchni Marsa były faktycznie kanałami zbudowanymi przez populację inteligentnych organizmów. Te wzory są obecnie uważane za produkt wiatru.

Misje Mariner i zmiana paradygmatu

Sondy kosmiczne Mariner, stanowią one epokę kosmiczną, która rozpoczęła się pod koniec lat 50. Ta epoka pozwoliła nam bezpośrednio wizualizować i badać powierzchnie planetarne i księżycowe w układzie słonecznym; odrzucając tym samym afirmacje wielokomórkowych i łatwo rozpoznawalnych pozaziemskich form życia w Układzie Słonecznym.

W 1964 r. Misja NASA Mariner 4, Wysłał pierwsze bliskie zdjęcia marsjańskiej powierzchni, ukazujące zasadniczo pustynną planetę.

Jednak kolejne misje wysyłane na Marsa i na planety zewnętrzne pozwalały na szczegółowy widok tych ciał i ich księżyców, a zwłaszcza w przypadku Marsa, częściowe zrozumienie ich wczesnej historii.

W różnych scenariuszach pozaziemskich naukowcy znaleźli środowiska niepodobne do środowisk zamieszkałych na Ziemi.

Najważniejszym wnioskiem z tych pierwszych misji kosmicznych było zastąpienie spekulatywnych założeń dowodami chemicznymi i biologicznymi, co pozwala na obiektywne badanie i analizę.

Czy na Marsie jest życie? Misja Wiking

W pierwszej kolejności wyniki misji Mariner popierają hipotezę o nieistnieniu życia na Marsie. Musimy jednak wziąć pod uwagę, że szukał życia makroskopowego. Późniejsze misje zakwestionowały brak życia mikroskopowego.

Na przykład z trzech eksperymentów zaprojektowanych do wykrywania życia, wykonanych przez ziemską sondę misji Wiking, dwa przyniosły pozytywne wyniki, a jeden negatywny.

Mimo to większość naukowców uczestniczy w eksperymentach z sondą Wiking zgadzam się, że nie ma dowodów na życie bakterii na Marsie, a wyniki są oficjalnie niejednoznaczne.

Misje Beagle 2, Mars Polar Lander

Po kontrowersyjnych wynikach rzuconych przez misje Wiking, Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) rozpoczęła misję w 2003 roku Mars Express, specjalnie zaprojektowany do badań exobiologicznych i geochemicznych.

Ta misja obejmowała wezwanie sondy Beagle 2 (homonimiczny dla statku, którym podróżował Charles Darwin), przeznaczony do poszukiwania oznak życia na płytkiej powierzchni Marsa.

Ta sonda niestety straciła kontakt z Ziemią i nie mogła zadowalająco rozwinąć swojej misji. Podobny los miał sonda NASA ”Mars Polar Lander„W 1999 roku.

Misja Phoenix

Po tych nieudanych próbach w maju 2008 r. Misja Phoenix z NASA przybył na Marsa, uzyskując nadzwyczajne wyniki w ciągu zaledwie 5 miesięcy. Jego głównymi celami badawczymi były egzobiologiczne, klimatyczne i geologiczne.

Ta sonda może wykazać istnienie:

• Śnieg w atmosferze Marsa.
• Woda w postaci lodu pod górnymi warstwami tej planety.
• Podstawowe gleby o pH od 8 do 9 (przynajmniej w obszarze przy zejściu).
• Ciekła woda na powierzchni Marsa w przeszłości

Eksploracja Marsa trwa

Eksploracja Marsa trwa do dziś dzięki zaawansowanym technologicznie instrumentom automatycznym. Misje Rovers (MER-A i MER-B) dostarczyły imponujących dowodów, że na Marsie była aktywność wody.

Na przykład znaleziono dowody na istnienie świeżej wody, wrzących sprężyn, gęstej atmosfery i aktywnego obiegu wody.

Na Marsie uzyskano dowody, że niektóre skały zostały uformowane w obecności ciekłej wody, takiej jak Jarosite, wykrytej przez Rover MER-B (Szansa), która działała od 2004 do 2018 roku.

The Rover MER-A (Ciekawość), zmierzył wahania sezonowe metanu, które zawsze były związane z aktywnością biologiczną (dane opublikowane w 2018 r. w czasopiśmie Science). Odkryto również cząsteczki organiczne, takie jak tiofen, benzen, toluen, propan i butan.

Na Marsie była woda

Chociaż powierzchnia Marsa jest obecnie niegościnna, istnieją wyraźne dowody na to, że w odległej przeszłości marsjański klimat pozwalał gromadzić się na powierzchni ciekłej wody, niezbędnego składnika życia, jaki znamy..

Dane z Rover MER-A (Ciekawość), ujawniają, że miliardy lat temu, jezioro w kraterze Gale, zawierało wszystkie niezbędne składniki do życia, w tym składniki chemiczne i źródła energii.

Marsjańskie meteoryty

Niektórzy badacze uważają marsjańskie meteoryty za dobre źródło informacji o planecie, twierdząc, że zawierają naturalne cząsteczki organiczne, a nawet mikroskamieniałości bakterii. Podejścia te są przedmiotem debaty naukowej.

Te meteoryty z Marsa są bardzo rzadkie i stanowią jedyne próbki, które można analizować bezpośrednio z czerwonej planety.

Panspermia, meteoryty i komety

Jedną z hipotez, która faworyzuje badania meteorytów (a także komet), nazwano panspermią. Składa się z założenia, że ​​w przeszłości doszło do kolonizacji Ziemi przez mikroorganizmy, które weszły do ​​tych meteorytów.

Dzisiaj istnieją również hipotezy, że wody lądowe pochodzą z komet, które zbombardowały naszą planetę w przeszłości. Ponadto uważa się, że komety te mogły przynieść ze sobą pierwotne molekuły, co pozwoliło na rozwój życia lub nawet już rozwiniętego życia w nich zawartego.

Niedawno, we wrześniu 2017 r., Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) pomyślnie zakończyła misję Rozeta, rozpoczęła się w 2004 roku. Misja ta polegała na eksploracji komety 67P / Churyumov-Gerasimenko z sondą Philae który dotarł i krążył wokół, a następnie schodził. Wyniki tej misji są nadal badane.

Znaczenie astrobiologii

Paradoks Fermiego

Można powiedzieć, że pierwotnym pytaniem, które motywuje badanie Aastrobiology, jest: Czy jesteśmy sami we wszechświecie??

Tylko w Drodze Mlecznej są setki miliardów układów gwiezdnych. Ten fakt w połączeniu z wiekiem wszechświata prowadzi nas do przekonania, że ​​życie powinno być powszechnym zjawiskiem w naszej galaktyce.

W związku z tym pytanie postawione przez fizyka Nobla, Enrico Fermiego, jest znane: „Gdzie oni wszyscy są?”, Które sformułował w kontekście lunchu, gdzie omówiono fakt, że galaktyka powinna być pełna życia.

Pytanie zakończyło się powstaniem Paradoksu, który nosi jego imię i jest wyrażone w następujący sposób:

„Wiara, że ​​wszechświat zawiera wiele zaawansowanych technologicznie cywilizacji, w połączeniu z naszym brakiem dowodów obserwacyjnych na poparcie tej wizji, jest niespójna”.

Program SETI i poszukiwanie inteligencji pozaziemskiej

Możliwą odpowiedzią na paradoks Fermiego może być to, że cywilizacje, o których myślimy, faktycznie, jeśli tam są, ale nie szukaliśmy ich.

W 1960 roku Frank Drake i inni astronomowie rozpoczęli pozaziemski program poszukiwania inteligencji (SETI)..

Program ten podjął wspólne wysiłki z NASA w poszukiwaniu oznak życia pozaziemskiego, takich jak sygnały radiowe i mikrofale. Pytania, jak i gdzie szukać tych sygnałów, doprowadziły do ​​wielkich postępów w wielu dziedzinach nauki.

W 1993 r. Kongres Stanów Zjednoczonych anulował finansowanie NASA w tym celu w wyniku błędnych przekonań na temat znaczenia tego, co implikuje wyszukiwanie. Obecnie projekt SETI jest finansowany ze środków prywatnych.

Projekt SETI doprowadził nawet do powstania hollywoodzkich filmów, takich jak Kontakt, z udziałem aktorki Jodie Foster i zainspirowanej powieścią homonimiczną napisaną przez światowej sławy astronoma Carla Sagana.

Równanie Drake'a

Frank Drake oszacował liczbę cywilizacji o zdolności komunikacyjnej, wyrażając jego imię:

N = R * x f_str x n_e x f_l x f_i x f_c x L

Gdzie N reprezentuje liczbę cywilizacji zdolnych do komunikowania się z Ziemią i wyraża się jako funkcję innych zmiennych, takich jak:

• R *: tempo powstawania gwiazd podobne do naszego słońca
• f_str: ułamek tych układów gwiezdnych z planetami
• n_e: liczba planet podobnych do Ziemi przez układ planetarny
• f_l: część wspomnianych planet, na których rozwija się życie
• f_i: ułamek, w którym wyłania się inteligencja
• f_c: część pasujących do siebie planet
• L: oczekiwanie „życia” tych cywilizacji.

Drake sformułował to równanie jako narzędzie do „zmierzenia” problemu, a nie jako element do dokonania konkretnych szacunków, ponieważ wiele jego warunków jest niezwykle trudnych do oszacowania. Istnieje jednak zgoda co do tego, że liczba, która ma tendencję do rzucania, jest duża.

Nowe scenariusze

Powinniśmy zauważyć, że kiedy sformułowano równanie Drake'a, było bardzo mało dowodów na istnienie planet i księżyców poza naszym układem słonecznym (egzoplanety). W dekadzie lat 90. pojawiły się pierwsze dowody egzoplanet.

Na przykład misja Kepler NASA wykrył 3538 kandydatów na egzoplanety, z których co najmniej 1000 uważa się za znajdujące się w „strefie nadającej się do zamieszkania” rozpatrywanego systemu (odległość, która umożliwia istnienie ciekłej wody).

Astrobiologia i eksploracja krańców Ziemi

Jedną z zalet astrobiologii jest to, że zainspirowała ona, w dobrej części, pragnienie odkrywania naszej własnej planety. To z nadzieją na zrozumienie przez analogię funkcjonowania życia w innych scenariuszach.

Na przykład badanie źródeł hydrotermalnych w dnie oceanicznym pozwoliło nam po raz pierwszy zaobserwować życie niezwiązane z fotosyntezą. Oznacza to, że badania te pokazały nam, że mogą istnieć systemy, w których życie nie zależy od światła słonecznego, które zawsze uważano za niezbędny wymóg..

To pozwala nam przypuszczać możliwe scenariusze życia na planetach, na których można uzyskać płynną wodę, ale pod grubymi warstwami lodu, które uniemożliwiłyby dostanie się światła do organizmów.

Innym przykładem jest badanie suchych dolin Antarktydy. Tam przetrwały bakterie fotosyntetyczne, które były osłonięte w skałach (bakterie endolityczne).

W tym przypadku skała służy zarówno jako podpora, jak i ochrona przed niekorzystnymi warunkami tego miejsca. Strategię tę wykryto również w mieszkaniach solnych i gorących źródłach.

Perspektywy astrobiologii

Dotychczasowe naukowe poszukiwania życia pozaziemskiego nie zakończyły się sukcesem. Ale staje się coraz bardziej wyrafinowany, ponieważ badania astrobiologiczne dostarczają nowej wiedzy. Następna dekada eksploracji astrobiologicznej będzie świadkiem:

• Większe wysiłki w celu zbadania Marsa i lodowych księżyców Jowisza i Saturna.
• Bezprecedensowa zdolność do obserwacji i analizy planet pozasłonecznych.
• Większy potencjał w projektowaniu i badaniu prostszych form życia w laboratorium.

Wszystkie te postępy niewątpliwie zwiększą nasze prawdopodobieństwo znalezienia życia na planetach podobnych do Ziemi. Ale może życie pozaziemskie nie istnieje lub jest tak rozproszone w całej galaktyce, że prawie nie mamy szansy go znaleźć.

Nawet jeśli ten ostatni scenariusz jest prawdziwy, badania astrobiologii coraz bardziej poszerzają naszą perspektywę życia na Ziemi i jej miejsce we wszechświecie.

Referencje

1. Chela-Flores, J. (1985). Ewolucja jako zjawisko zbiorowe. Journal of Theoretical Biology, 117 (1), 107-118. doi: 10.1016 / s0022-5193 (85) 80166-1
2. Eigenbrode, J.L., Summons, R.E., Steele, A., Freissinet, C., Millan, M., Navarro-Gonzalez, R., ... Coll, P. (2018). Materia organiczna zachowana w mulitach sprzed 3 miliardów lat w kraterze Gale na Marsie. Science, 360 (6393), 1096-1101. doi: 10.1126 / science.aas9185
3. Goldman, A. D. (2015). Astrobiologia: przegląd. W: Kolb, Vera (eds). ASTROBIOLOGIA: Podejście ewolucyjne CRC Naciśnij
4. Goordial, J., Davila, A., Lacelle, D., Pollard, W., Marinova, M., Greer, C. W., ... Whyte, L. G. (2016). Zbliża się do zimnych i suchych granic życia mikrobiologicznego w wiecznej zmarzlinie górnej suchej doliny, Antarktydy. The ISME Journal, 10 (7), 1613-1624. doi: 10.1038 / ismej.2015.239
5. Krasnopolsky, V. A. (2006). Niektóre problemy związane z pochodzeniem metanu na Marsie. Icarus, 180 (2), 359-367. doi: 10.1016 / j.icarus.2005.10.015
6. LEVIN, G. V. i STRAAT, P. A. (1976). Eksperyment biologii wydany przez Viking: tymczasowe wyniki. Science, 194 (4271), 1322-1329. doi: 10.1126 / science.194.4271.1322
7. Ten Kate, I. L. (2018). Organiczne cząsteczki na Marsie. Science, 360 (6393), 1068-1069. doi: 10.1126 / science.aat2662
8. Webster, C.R., Mahaffy, P.R., Atreya, S.K., Moores, J.E., Flesch, G.J., Malespin, C., ... Vasavada, A.R. (2018). Poziomy tła metanu w atmosferze Marsa wykazują silne wahania sezonowe. Science, 360 (6393), 1093-1096. doi: 10.1126 / science.aaq0131
9. Whiteway, J.A., Komguem, L., Dickinson, C., Cook, C., Illnicki, M., Seabrook, J., ... Smith, P. H. (2009). Chmury i opady deszczu na Marsie z lodem. Science, 325 (5936), 68-70. doi: 10.1126 / science.1172344