Sebelum tahun 1976, ketika Viking 1 dan 2 menjadi kapal angkasa yang pertama untuk berjaya mendarat dan beroperasi di permukaan Marikh, imaginasi global sangat merindukan planet merah yang memikul kehidupan. Pendaratan Viking direka untuk menguji mikrob, tetapi harapan yang sebenarnya, yang dipegang oleh ahli sains planet yang paling berpecah, adalah kapal angkasa NASA akan menemui kehidupan yang kompleks di Marikh-sesuatu yang menjengkelkan, atau mungkin semak scraggly. Mars sememangnya merupakan harapan terakhir kita, selepas para astronom (dan kapal angkasa Mariner 2) selama-lamanya mengalahkan tanggapan dinosaur yang melampau di lembab, lumpur Venus. Ia adalah Marikh atau dada; Mercury adalah terlalu dekat dengan matahari, dan di luar tali pinggang asteroid, ia dipercayai, meletakkan tanah gergasi gas mikro dan bulan beku.
Penjelajahan sistem suria sejak Viking telah mewakili dunia demi dunia yang menggenggam sesuatu-sesuatu-yang mungkin mencadangkan kehidupan seperti yang kita ketahui (atau hidup seperti yang kita lakukan). Hari ini lautan Bulan bulan Eropah adalah apa yang rawa Venus dan terusan Marikh adalah untuk abad ke-20: mungkin pilihan terbaik untuk menghapuskan kesepian manusia. Misi perdana planet luar NASA, Europa Clipper, akan cuba menentukan kebiasaan bulan berais. Beberapa pendatang masa depan atau perenang perlu mencari kehidupan jika ada di sana. Zon yang boleh dihuni sistem suria kini termasuk, berpotensi, setiap planet dalam sistem suria. Enceladus dan Titan, mengelilingi Saturnus, adalah calon yang baik, seperti Triton di sekitar Neptunus. Seperti air, kehidupan mungkin ada di mana-mana sahaja.
Namun, kita dapati ia hanya di sini, di mana ia mengagumkan - di mana ia kelihatan tidak dapat ditembusi, walaupun berlaku pelbagai peringkat kepupusan. Asteroid bertembung dengan Bumi dan menyapu hampir segalanya? Mikrob membuat rumah di retak yang disebabkan oleh impactor pembunuh, dan semuanya bermula sekali lagi. Berdasarkan sampel dunia tunggal, setelah hidup bermula, sangat sukar untuk pergi. Dan jadi kami terus mencari.
Mozik dari Europa, bulan keempat terbesar Jupiter, dibuat daripada imej yang diambil oleh kapal angkasa Galileo pada tahun 1995 dan 1998. Europa dipercayai mempunyai lautan bawah permukaan global dengan lebih banyak air daripada Bumi, menjadikannya salah satu tempat yang paling menjanjikan dalam sistem solar untuk ahli astrobiologi untuk mencari kehidupan. (NASA / JPL-Caltech / SETI Institute) Percikan nyawa dari kehidupan yang tidak bernyawa-dikenali sebagai abiogenesis-adalah satu proses yang hanya dimengerti para saintis. Ahli astronomi, ahli biologi, ahli kimia dan ahli sains planet bekerjasama untuk menyusun teka-teki bersama-sama teka-teki yang melintasi disiplin dan objek angkasa. Sebagai contoh, chondrite karbon-beberapa batu tertua dalam sistem solar-baru-baru ini didapati sebagai pelabuhan asid piruvat, yang penting untuk metabolisme. Apabila chondrites menyala di planet ini sebagai meteorit, mereka mungkin telah membuahkan bumi yang tidak bernyawa. Teori ini tidak menjawab soalan yang memakan semua, "Dari manakah kita berasal?" Tetapi ia mewakili petunjuk lain dalam mencari bagaimana ia bermula.
Abiogenesis tidak memerlukan DNA-atau sekurang-kurangnya, bukan DNA kerana ia wujud dalam semua bentuk kehidupan yang diketahui. DNA terdiri daripada empat pangkalan nukleotida, tetapi pada awal tahun ini, ahli genetik menghasilkan DNA sintetik menggunakan lapan pangkalan. (Mereka dijuluki ia hachimoji DNA.) Kod genetik aneh ini boleh membentuk heliks ganda yang stabil. Ia boleh menghasilkan semula. Ia juga boleh bermutasi. Para saintis tidak mencipta kehidupan; Walau bagaimanapun, mereka membuktikan bahawa konsep kita hidup adalah wilayah terbaik.
"Seperti Bumi"
Walaupun kerja di makmal akan membantu menentukan bagaimana kehidupan dapat bertahan dari benda mati, ruang teleskop seperti Kepler, yang mengakhiri operasi tahun lepas, dan TESS, yang dilancarkan tahun lepas, mencari planet baru untuk belajar. Pencarian kapal angkasa ini untuk exoplanets menggunakan kaedah transit, mengesan minit menurun dalam cahaya bintang ketika planet berlalu di antara kami dan kami. Dua puluh lima tahun lalu, kewujudan planet yang mengorbit bintang-bintang lain adalah hipotetikal. Sekarang exoplanets adalah sama seperti yang mengelilingi matahari kita. Kepler sahaja menemui sekurang-kurangnya 2, 662 exoplanets. Kebanyakannya tidak menyedihkan untuk kehidupan seperti yang kita tahu, walaupun segelintirnya dicirikan sebagai "Bumi-seperti".
"Apabila kita berkata, 'Kami mendapati planet yang paling seperti Bumi, ' orang kadang-kadang bermaksud bahawa jejari itu betul, jisimnya betul, dan ia perlu berada di zon yang boleh dihuni, " kata John Wenz, pengarang Planet Hilang, kisah usaha memburu eksoplanet awal, yang akan diterbitkan lewat tahun ini oleh MIT Press. "Tetapi kita tahu bahawa kebanyakan mereka yang menemui exoplanet berada di sekitar bintang kerdil merah. Persekitaran mereka tidak terikat untuk menjadi sangat Bumi, dan ada peluang yang baik banyak daripada mereka tidak akan mempunyai atmosfera. "
Bukannya Bumi adalah planet paling istimewa di seluruh alam semesta. Dalam sistem suria kita, Venus akan mudah mendaftar untuk pemburu eksoplanet asing sebagai kembar bumi. Tetapi planet benar-benar seperti Bumi lebih sukar dicari, baik kerana mereka lebih kecil daripada gergasi gas, dan kerana mereka tidak mengorbit bintang tuan rumah mereka seiring dengan planet-planet di sekitar kerdil merah.
"Mungkin planet sejati seperti Bumi sangat biasa, tetapi kita tidak mempunyai sumber untuk didedikasikan untuk pencarian mereka, " kata Wenz. Eksoplanet Earth 2.0 paling menjanjikan yang dijumpai sejauh ini ialah Kepler-452b, yang agak lebih besar daripada Bumi, dengan sedikit lebih banyak, dan mempunyai orbit 385-hari yang menyenangkan di sekeliling bintang seperti matahari. Masalahnya ialah ia mungkin tidak wujud, seperti kajian yang dicadangkan pada tahun lepas. Ini mungkin hanya bunyi statistik, kerana pengesanannya adalah pada keupayaan kepler Kepler, dan kapal angkasa itu mati sebelum pemerhatian lanjut dapat dijalankan.
Konsep keperibadian Kepler-186f, sebuah eksoplanet berukuran Bumi kira-kira 500 tahun cahaya jauh yang mengorbit dalam zon yang boleh dihuni bintangnya. Planet ini kurang daripada sepuluh peratus lebih besar daripada Bumi dan bintang tuan rumahnya adalah kira-kira separuh saiz dan jisim matahari. (NASA Ames / JPL-Caltech / T. Pyle) Sebaik sahaja ia dilancarkan pada awal tahun 2020, Teleskop Angkasa James Webb akan menargetkan banyak exoplanet yang ditemui oleh Kepler dan TESS. Ia hanya boleh menyelesaikan dunia jauh ke piksel atau dua, tetapi ia akan menjawab soalan-soalan mendesak dalam sains eksoplanet, seperti sama ada planet yang mengarahkan bintang kerdil merah dapat memegang atmosfernya walaupun suar dan letusan yang kerap dari bintang. JWST juga boleh membuktikan tidak langsung lautan asing.
"Anda tidak akan melihat benua, " kata Wenz. "[Tetapi] anda mungkin melihat sesuatu dan melihat titik biru, atau jenis gas yang anda bayangkan dari kitaran penyejatan berterusan."
Zon Abiogenesis
Katalog Exoplanet Habitable kini menyenaraikan 52 dunia di luar sistem suria kita yang mungkin menyokong kehidupan, walaupun berita itu mungkin tidak begitu mendebarkan seperti itu. Menjadi jarak yang betul dari bintang untuk suhu permukaan untuk melayang di atas beku dan di bawah mendidih bukan satu-satunya keperluan untuk hidup-dan tentunya bukan satu-satunya keperluan untuk memulakan kehidupan. Menurut Marcos Jusino-Maldonado, seorang penyelidik di University of Puerto Rico di Mayaguez, jumlah cahaya ultraviolet (UV) yang betul yang memukul planet dari bintang tuan rumahnya adalah salah satu cara hidup dapat naik dari molekul organik dalam persekitaran prebiotik (walaupun tidak satu-satunya cara).
"Untuk reaksi yang membolehkan abiogenesis muncul, planet mesti berada di dalam zon yang boleh dihuni kerana ia memerlukan air permukaan cecair, " kata Jusino-Maldonado. "Menurut teori sup supernatural, molekul dan air asin bereaksi dan akhirnya hidup." Tetapi reaksi-reaksi tersebut dipercayai mencetuskan hanya di tempat yang disebut zon abiogenesis. "Ini adalah kawasan kritikal di sekeliling bintang di mana molekul-molekul pendahulu penting untuk hidup boleh dihasilkan oleh tindak balas fotokimia."
Radiasi UV mungkin menjadi kunci untuk mencetuskan reaksi yang membawa kepada pembentukan blok bangunan hidup di Bumi, seperti nukleotida, asid amino, lipid dan akhirnya RNA. Penyelidikan pada 2015 mencadangkan bahawa hidrogen sianida-mungkin dibawa ke Bumi apabila karbon dalam meteorit bertindak balas dengan nitrogen di atmosfera-mungkin merupakan bahan penting dalam tindak balas ini didorong oleh cahaya UV.
Untuk menguji teori selanjutnya, tahun lepas, seperti yang dilaporkan dalam jurnal Kemajuan Sains dan Komunikasi Kimia, saintis menggunakan lampu UV untuk menyinari campuran hidrogen sulfida dan ion hidrogen sianida. Reaksi fotokimia yang terhasil kemudiannya dibandingkan dengan campuran bahan kimia yang sama dengan tiada cahaya UV, dan para penyelidik mendapati bahawa sinaran UV diperlukan untuk reaksi-reaksi untuk menghasilkan prekursor kepada RNA yang diperlukan untuk kehidupan.
RNA (asid ribonukleat) dan DNA (asid deoksiribonucleic) adalah asid nukleik yang, bersama-sama dengan karbohidrat, lipid dan protein, adalah penting untuk semua bentuk kehidupan yang diketahui. (Sponk / Roland1952 melalui Wikicommons di bawah CC BY-SA 3.0) Untuk fotokimia UV untuk menghasilkan blok bangunan selular ini, panjang cahaya UV mestilah sekitar 200 hingga 280 nanometer. Jusino-Maldonado mengatakan bahawa dalam karyanya, konsep ini digunakan untuk model eksoplanet yang boleh dihuni. "Daripada semua eksoplanet yang boleh dihuni, hanya lapan daripada mereka dijumpai dalam zon yang boleh dihuni dan zon abiogenesis."
Walaupun semua lapan berada di kedua zon habitat dan zon abiogenesis, tidak ada yang sangat baik untuk kehidupan, kata Jusino-Maldonado. Setiap lapan dunia adalah "super-Bumi" atau "mini-Neptunus." Calon-calon yang paling mungkin ialah Kepler-452b (jika ada) dan mungkin τ Cet e (jika radiusnya sesuai). Tiada dunia berukuran bumi yang masih belum dapat ditemui di zon yang boleh dihuni dan abiogenesis.
Menetapkan Piawai
Ketika mencari dunia alien yang benar-benar diduduki, ahli astrobiologi berusaha untuk membuat kerangka untuk mengkategorikan, membincangkan dan mengkaji planet-planet ini. Upaya saintifik yang besar untuk bekerja memerlukan standard definisi dan pengukuran. Astrobiologi adalah bidang pengajian yang muda, secara relatifnya, dan salah satu daripada soalan-soalan yang mendesak, tidak penting yang dihadapi, bagaimana anda menentukan kebiasaan? Bagaimana anda menentukan kehidupan?
"Saya telah menyelesaikan masalah ini selama sepuluh tahun, " kata Abel Mendéz, ahli astrobiologi planet dan Pengarah Laboratorium Habitability Planetary di University of Puerto Rico di Arecibo. "Saya tahu masalah kebiasaan yang diperlukan kerja. Setiap orang berurusan dengan cara untuk menentukannya. "Pada awal tahun ini, pada tahun ke-50 Persidangan Sains Lunar dan Planetarium di Houston, Texas, Mendéz membentangkan kerja-kerja baru-baru ini mengenai model habitat permukaan global yang terpakai bagi planet-planet di dalam sistem solar kita dan di luarnya .
Selepas menyelitkan kesusasteraan, beliau menyedari bahawa ahli astrobiologi bukanlah yang pertama yang menghadapi masalah definisi, pengkategorian dan keseragaman berkaitan dengan kebiasaan. Empat puluh tahun yang lalu, para ahli ekologi menghadapi cabaran yang sama. "Semua orang menentukan kebiasaan seperti yang mereka inginkan dalam kertas yang berbeza, " kata Mendéz. Pada tahun 1980-an, ahli ekologi datang bersama-sama untuk mencipta definisi rasmi. Mereka terbenam purata untuk mengukur kebolehgunaan, membangun sistem dengan julat dari 0 hingga 1, dengan 0 tidak dapat didiami, dan 1 sangat dihuni.
Mempunyai rangka kerja tunggal adalah penting untuk kemajuan ekologi, dan ia telah sangat kurang dalam astrobiologi, kata Mendéz. Membina model habitat untuk seluruh planet bermula dengan mengenal pasti pembolehubah yang boleh diukur hari ini. "Sebaik sahaja anda membangun sistem rasmi, anda boleh membina sistem dari itu, dan membuat perpustakaan kebolehgunaan untuk konteks yang berbeza."
Carta eksoplanet berpotensi dihuni. (Abel Mendez / Makmal Habitabiliti Planet / UPR-Arecibo) Pertama, Mendéz terpaksa berhadapan dengan satu-satunya ukuran kesesuaian habitat "1" di alam semesta yang diketahui. "Jika anda mencadangkan model kebiasaan, anda perlu membuat kerja Bumi, " katanya. Makmalnya menggunakan modelnya untuk membandingkan habitat pelbagai biomes, seperti padang pasir, lautan, hutan dan tundra.
"Jika kita mengira kebiasaan rantau ini-tidak menghiraukan kehidupan, tetapi berapa banyak jisim dan tenaga yang tersedia untuk kehidupan bebas-lebih banyak daripada ukuran alam sekitar. Kami menghubungkannya dengan pengukuran produktiviti biologi sebenar di rantau: kebenaran tanah kita. Itulah ujian kami. "Apabila kumpulannya mencatat keupayaan alam sekitar dan produktiviti biologi, mereka mendapati apa yang diterangkan oleh Mendéz sebagai" hubungan baik. "
Hari ini, model Mendéz untuk kebiasaan mengambil kira keupayaan planet-planet berbatu untuk menyokong permukaan air, umur dan tingkah laku bintang mereka, dan dinamika orbit dan daya pasang yang bertindak di dunia ini. Model ini menganggap jisim dan tenaga dalam sistem dan peratusan jisim dan tenaga yang ada untuk spesies atau biosfera. (Peratusan itu adalah bahagian paling sukar persamaan. Anda tidak dapat menuntut 100 peratus jisim bumi, sebagai contoh, tersedia untuk hidup.)
Terhadap lapisan "permukaan nipis yang dekat dengan planet planet, " model ini menetap kebiasaan permukaan Bumi pada 1, Mars awal menjadi kurang dari atau sama dengan 0, 034, dan Titan menjadi kurang dari atau sama dengan 0.000139. Model ini adalah bebas daripada jenis kehidupan di bawah pertimbangan-haiwan berbanding tumbuh-tumbuhan, contohnya-dan dunia seperti Europa dengan "biospheres bawah permukaan" belum dipertanggungjawabkan.
Asas semacam itu tidak ternilai, tetapi masih terbatas pada keupayaannya untuk meramalkan kebiasaan, sebahagiannya kerana ia hanya berlaku untuk kehidupan seperti yang kita ketahui. Pada tahun 2017, para penyelidik Cornell menerbitkan sebuah kertas yang menunjukkan bukti molekul acrylonitrile (vinyl cyanide) pada Titan, yang secara hipotetis dapat menjadi kunci kepada kehidupan berasaskan metana pada kehidupan bebas oksigen dunia, tidak seperti apa pun yang pernah kita diketahui. Sekiranya hidup berkembang seiring dengan dunia konvensional seperti Titan, dan sebaiknya kita dapati, Mendez menulis dengan abstrak menggambarkan modelnya, "Antikorelasi antara langkah-langkah kebiasaan dan biosignatures dapat ditafsirkan sebagai proses abiotik atau sebagai kehidupan seperti yang kita ' Tidak tahu. "
Dalam apa jua keadaan, kekurangan sejauh mana dunia luar yang menguntungkan untuk kehidupan bermakna manusia mesti terus memperbaiki pemerhatiannya dan melontarkan pandangannya ke arah alam yang jauh. Ia adalah galaksi besar, penuh dengan kekecewaan. Kami tidak lagi berharap Martians menggali saluran air atau dinosaur yang mencapai lumut di pokok Venus, tetapi kami masih bermimpi mengenang cumi melalui lautan Europan dan siapa yang tahu-apa yang mengintai di tasik hidrokarbon Titan. Jika dunia ini juga gagal, ia terpulang kepada exoplanets-dan mereka berada di luar keupayaan pemerhatian kami, dan jauh dari rumah.
