Астробиология — это научная область в науках о жизни и окружающей среде , которая изучает происхождение , раннюю эволюцию , распространение и будущее жизни во Вселенной путем исследования ее детерминированных условий и непредвиденных событий. [2] Как дисциплина астробиология основана на предпосылке, что жизнь может существовать за пределами Земли. [3]
Исследования в области астробиологии включают три основных направления: изучение обитаемой среды в Солнечной системе и за ее пределами, поиск планетарных биосигнатур прошлой или настоящей внеземной жизни и изучение происхождения и ранней эволюции жизни на Земле.
Область астробиологии берет свое начало в 20 веке с появлением исследования космоса и открытием экзопланет . Ранние астробиологические исследования были сосредоточены на поиске внеземной жизни и изучении возможности существования жизни на других планетах. [2] В 1960-х и 1970-х годах НАСА начало свои астробиологические исследования в рамках программы «Викинг» , которая была первой миссией США, высадившейся на Марс и искавшей признаки жизни . [4] Эта миссия, наряду с другими ранними миссиями по исследованию космоса, заложила основу для развития астробиологии как дисциплины.
Что касается обитаемой среды , астробиология исследует потенциальные места за пределами Земли, которые могут поддерживать жизнь, такие как Марс , Европа и экзопланеты , посредством исследования экстремофилов, населяющих суровые условия на Земле, такие как вулканические и глубоководные среды. Исследования по этой теме проводятся с использованием методологии наук о Земле, особенно геобиологии , для астробиологических приложений.
Поиск биосигнатур предполагает выявление признаков прошлой или настоящей жизни в виде органических соединений , изотопных соотношений или микробных окаменелостей. Исследования по этой теме проводятся с использованием методологии планетарной науки и науки об окружающей среде , особенно науки об атмосфере , для астробиологических приложений и часто проводятся посредством дистанционного зондирования и миссий на месте.
Астробиология также занимается изучением происхождения и ранней эволюции жизни на Земле, чтобы попытаться понять условия, необходимые для формирования жизни на других планетах. [5] Это исследование направлено на то, чтобы понять, как жизнь возникла из неживой материи и как она эволюционировала, чтобы стать разнообразным набором организмов, которые мы видим сегодня. Исследования по этой теме проводятся с использованием методологии палеауки, особенно палеобиологии , для астробиологических приложений.
Астробиология — быстро развивающаяся область с сильным междисциплинарным аспектом, которая таит в себе множество проблем и возможностей для ученых. Астробиологические программы и исследовательские центры присутствуют во многих университетах и исследовательских институтах по всему миру, а космические агентства, такие как НАСА и ЕКА , имеют специальные отделы и программы для астробиологических исследований.
Термин астробиология был впервые предложен российским астрономом Гавриилом Тиховым в 1953 году. [6] Этимологически он происходит от греческого ἄστρον , «звезда»; βίος , «жизнь»; и -λογία , -logia , «изучение». Близким синонимом является экзобиология от греческого Έξω, «внешний»; βίος , «жизнь»; и -λογία , -logia , «исследование», придуманное американским молекулярным биологом Джошуа Ледербергом ; Считается, что экзобиология имеет узкую сферу применения, ограничивающуюся поиском жизни за пределами Земли. [7] Другой связанный термин — ксенобиология , от греческого ξένος, «иностранный»; βίος , «жизнь»; и -λογία, «исследование», придуманное американским писателем-фантастом Робертом Хайнлайном в его произведении «Звездное чудовище» ; [8] ксенобиология теперь используется в более специализированном смысле, имея в виду «биологию, основанную на иностранной химии», внеземного или земного (обычно синтетического) происхождения. [9]
Хотя потенциал внеземной жизни, особенно разумной жизни, исследовался на протяжении всей истории человечества в рамках философии и повествования, этот вопрос является проверяемой гипотезой и, следовательно, действительным направлением научных исследований; [10] [11] Планетолог Дэвид Гринспун называет это областью естественной философии, обосновывающей предположения о неизвестном в известной научной теории. [12]
Современную область астробиологии можно проследить до 1950-х и 1960-х годов, с появлением освоения космоса , когда ученые начали серьезно рассматривать возможность жизни на других планетах. В 1957 году Советский Союз запустил «Спутник-1» , первый искусственный спутник, ознаменовавший начало космической эры . Это событие привело к увеличению изучения потенциала жизни на других планетах, поскольку ученые начали рассматривать возможности, открывающиеся благодаря новой технологии освоения космоса. В 1959 году НАСА профинансировало свой первый экзобиологический проект, а в 1960 году НАСА основало Программу экзобиологии, которая сейчас является одним из четырех основных элементов нынешней астробиологической программы НАСА. [13] В 1971 году НАСА профинансировало проект «Циклоп» , [14] часть поиска внеземного разума , по поиску радиочастот электромагнитного спектра для межзвездных сообщений, передаваемых внеземной жизнью за пределами Солнечной системы. В 1960-1970-х годах НАСА организовало программу «Викинг» , которая стала первой миссией США, высадившейся на Марс и искавшей метаболические признаки нынешней жизни; результаты были неубедительными.
В 1980-х и 1990-х годах эта область начала расширяться и диверсифицироваться по мере появления новых открытий и технологий. Открытие микробной жизни в экстремальных условиях на Земле, таких как глубоководные гидротермальные источники, помогло прояснить возможность существования потенциальной жизни в суровых условиях. Разработка новых методов обнаружения биосигнатур, таких как использование стабильных изотопов, также сыграла значительную роль в развитии этой области.
Современный ландшафт астробиологии возник в начале 21 века и был сосредоточен на использовании наук о Земле и окружающей среде для приложений в сопоставимых космических средах. Миссии включали в себя «Бигль-2» ЕКА , который потерпел неудачу через несколько минут после приземления на Марс, посадочный модуль НАСА « Феникс », который исследовал окружающую среду на предмет прошлой и нынешней планетарной обитаемости микробной жизни на Марсе и исследовал историю воды, а также марсоход НАСА « Кьюриосити» , в настоящее время исследующий окружающую среду. для прошлой и настоящей планетарной обитаемости микробной жизни на Марсе.
Астробиологические исследования делают ряд упрощающих предположений при изучении необходимых компонентов обитаемости планет.
Углерод и органические соединения . Углерод является четвертым по распространенности элементом во Вселенной, и энергия, необходимая для создания или разрыва связи, находится на соответствующем уровне для создания молекул, которые не только стабильны, но и реакционноспособны. Тот факт, что атомы углерода легко связываются с другими атомами углерода, позволяет создавать чрезвычайно длинные и сложные молекулы. Таким образом, астробиологические исследования предполагают, что подавляющее большинство форм жизни в галактике Млечный Путь основаны на химическом составе углерода , как и все формы жизни на Земле. [15] [16] Однако теоретическая астробиология допускает возможность существования других органических молекулярных основ жизни, поэтому астробиологические исследования часто фокусируются на выявлении сред, которые могут поддерживать жизнь на основе присутствия органических соединений.
Жидкая вода : Жидкая вода — это обычная молекула, которая обеспечивает прекрасную среду для образования сложных молекул на основе углерода и обычно считается необходимой для жизни в том виде, в котором мы знаем, что она существует. Таким образом, астробиологические исследования предполагают, что внеземная жизнь аналогичным образом зависит от доступа к жидкой воде, и часто фокусируются на выявлении сред, которые потенциально могут поддерживать жидкую воду. [17] [18] Некоторые исследователи полагают, что среды водно- аммиачных смесей являются возможными растворителями для гипотетических типов биохимии . [19]
Экологическая стабильность . Когда организмы адаптивно развиваются к условиям окружающей среды, в которой они обитают, экологическая стабильность считается необходимой для существования жизни. Это предполагает необходимость стабильной температуры , давления и уровня радиации ; в результате астробиологические исследования сосредоточены на планетах, вращающихся вокруг звезд - красных карликов , подобных Солнцу . [20] [16] Это связано с тем, что очень большие звезды имеют относительно короткий срок жизни, а это означает, что жизнь может не успеть появиться на планетах, вращающихся вокруг них; очень маленькие звезды дают так мало тепла и тепла, что только планеты, находящиеся на очень близких орбитах вокруг них, не замерзнут, а на таких близких орбитах эти планеты будут приливно привязаны к звезде; [21] , тогда как долгая жизнь красных карликов может позволить создать обитаемую среду на планетах с плотной атмосферой. [22] Это важно, поскольку красные карлики чрезвычайно распространены. ( См. также : Обитаемость систем красных карликов ).
Источник энергии : Предполагается, что любая жизнь в другом месте во Вселенной также потребует источника энергии. Ранее предполагалось, что это обязательно произойдет от звезды, подобной Солнцу , однако с развитием исследований экстремофилов современные астробиологические исследования часто фокусируются на выявлении сред, которые обладают потенциалом для поддержания жизни на основе наличия источника энергии, такого как наличие вулканической активности на планете или луне, которая могла бы стать источником тепла и энергии.
Важно отметить, что эти предположения основаны на нашем нынешнем понимании жизни на Земле и условий, в которых она может существовать. По мере развития нашего понимания жизни и возможности ее существования в различных средах эти предположения могут измениться.
Астробиологические исследования, касающиеся изучения обитаемой среды в нашей Солнечной системе и за ее пределами, используют методологии наук о Земле. Исследования в этой отрасли в первую очередь касаются геобиологии организмов, которые могут выжить в экстремальных условиях на Земле, например, в вулканической или глубоководной среде, чтобы понять пределы жизни и условия, при которых жизнь может выжить на других планетах. Это включает, помимо прочего:
Глубоководные экстремофилы : исследователи изучают организмы, обитающие в экстремальных условиях глубоководных гидротермальных источников и холодных выходов. [23] Эти организмы выживают в отсутствие солнечного света, а некоторые способны выживать при высоких температурах и давлениях и используют химическую энергию вместо солнечного света для производства пищи.
Экстремофилы пустыни : Исследователи изучают организмы, которые могут выжить в экстремально засушливых условиях с высокими температурами, например, в пустынях. [24]
Микробы в экстремальных условиях : исследователи изучают разнообразие и активность микроорганизмов в таких средах, как глубокие шахты, подземная почва, холодные ледники [25] и полярные льды [26] и в высокогорных условиях.
Исследования также касаются долгосрочного выживания жизни на Земле, а также возможностей и опасностей жизни на других планетах, в том числе;
Биоразнообразие и устойчивость экосистем . Ученые изучают, как разнообразие жизни и взаимодействие между различными видами способствуют устойчивости экосистем и их способности восстанавливаться после нарушений. [27]
Изменение климата и вымирание . Исследователи изучают влияние изменения климата на различные виды и экосистемы, а также то, как они могут привести к вымиранию или адаптации. [28] Сюда входит эволюция климата и геологии Земли, а также их потенциальное влияние на обитаемость планеты в будущем, особенно для людей.
Влияние человека на биосферу : ученые изучают, как деятельность человека, такая как вырубка лесов, загрязнение окружающей среды и внедрение инвазивных видов, влияет на биосферу и долгосрочное выживание жизни на Земле. [29]
Долгосрочное сохранение жизни : исследователи изучают способы сохранения образцов жизни на Земле в течение длительных периодов времени, такие как криоконсервация и сохранение генома, в случае катастрофического события, которое может уничтожить большую часть жизни на Земле. [30]
Новые астробиологические исследования, касающиеся поиска планетарных биосигнатур прошлой или настоящей внеземной жизни, используют методологии планетарных наук. К ним относятся;
Исследование микробной жизни в недрах Марса :
Ученые используют данные миссий марсохода для изучения состава недр Марса в поисках биосигнатур прошлой или настоящей микробной жизни. [31] Исследование подповерхностных океанов на ледяных лунах :
Недавние открытия подземных океанов на таких лунах, как Европа [32] [33] [34] и Энцелад [35] [36] открыли новые зоны обитаемости, что стало целью для поиска внеземной жизни. В настоящее время планируются такие миссии, как Europa Clipper, для поиска биосигнатур в этих средах.
Изучение атмосфер планет :
Ученые изучают возможность существования жизни в атмосферах планет, уделяя особое внимание изучению физических и химических условий, необходимых для существования такой жизни, а именно обнаружению органических молекул и биосигнатурных газов; например, изучение возможности жизни в атмосферах экзопланет, вращающихся вокруг красных карликов, и изучение потенциала микробной жизни в верхних слоях атмосферы Венеры. [37]
Телескопы и дистанционное зондирование экзопланет : Открытие тысяч экзопланет открыло новые возможности для поиска биосигнатур. Ученые используют такие телескопы, как космический телескоп Джеймса Уэбба и спутник для исследования транзитных экзопланет , для поиска биосигнатур на экзопланетах. Они также разрабатывают новые методы обнаружения биосигнатур, такие как использование дистанционного зондирования для поиска биосигнатур в атмосферах экзопланет. [38]
SETI и CETI :
Ученые ищут сигналы от разумных внеземных цивилизаций, используя радио- и оптические телескопы в рамках дисциплины внеземной разведки (CETI). CETI фокусируется на составлении и расшифровке сообщений, которые теоретически могут быть поняты другой технологической цивилизацией. Попытки общения людей включали трансляцию математических языков, графических систем, таких как сообщение Аресибо , и вычислительных подходов к обнаружению и расшифровке «естественного» языкового общения. В то время как некоторые известные ученые, такие как Карл Саган , выступают за передачу сообщений, [39] [40] физик-теоретик Стивен Хокинг предостерег от этого, предполагая, что инопланетяне могут совершить набег на Землю в поисках ее ресурсов. [41]
Новые астробиологические исследования, касающиеся изучения происхождения и ранней эволюции жизни на Земле, используют методологии палеонауки. К ним относятся;
Изучение ранней атмосферы : исследователи исследуют роль ранней атмосферы в обеспечении правильных условий для возникновения жизни, например наличие газов, которые могли бы помочь стабилизировать климат и образование органических молекул. [42]
Исследование раннего магнитного поля : Исследователи исследуют роль раннего магнитного поля в защите Земли от вредного излучения и помощи в стабилизации климата. [43] Это исследование имеет огромное астробиологическое значение, поскольку у объектов текущих астробиологических исследований, таких как Марс, нет такого поля.
Изучение химии пребиотиков : ученые изучают химические реакции, которые могли произойти на ранней Земле и которые привели к образованию строительных блоков жизни — аминокислот, нуклеотидов и липидов — и то, как эти молекулы могли образоваться спонтанно на ранних этапах развития. Земные условия. [44]
Изучение ударных событий : ученые исследуют потенциальную роль ударных событий, особенно метеоритов, в доставке воды и органических молекул на раннюю Землю. [45]
Исследование первобытного супа :
Исследователи исследуют условия и ингредиенты, которые присутствовали на ранней Земле и которые могли привести к образованию первых живых организмов, например, наличие воды и органических молекул, а также то, как эти ингредиенты могли привести к образованию первых живых организмов. живые организмы. [46] Сюда входит роль воды в формировании первых клеток и в катализе химических реакций.
Изучение роли минералов : Ученые исследуют роль минералов, таких как глина, в катализе образования органических молекул, играя тем самым роль в возникновении жизни на Земле. [47]
Изучение роли энергии и электричества : ученые исследуют потенциальные источники энергии и электричества, которые могли быть доступны на ранней Земле, и их роль в формировании органических молекул и, следовательно, в возникновении жизни. [48]
Исследование ранних океанов : ученые исследуют состав и химию ранних океанов и то, как они могли сыграть роль в возникновении жизни, например, наличие растворенных минералов, которые могли помочь катализировать образование органических молекул. . [49]
Изучение гидротермальных источников : ученые исследуют потенциальную роль гидротермальных источников в зарождении жизни, поскольку эта среда могла обеспечить энергетические и химические строительные блоки, необходимые для ее возникновения. [50]
Изучение тектоники плит : Ученые исследуют роль тектоники плит в создании разнообразной среды обитания на ранней Земле. [51]
Изучение ранней биосферы : исследователи изучают разнообразие и активность микроорганизмов на ранней Земле, а также то, как эти организмы могли сыграть роль в возникновении жизни. [52]
Изучение микробных окаменелостей : ученые исследуют наличие микробных окаменелостей в древних горных породах, которые могут дать ключ к разгадке ранней эволюции жизни на Земле и появления первых организмов. [53]
Систематический поиск возможной жизни за пределами Земли является действенным междисциплинарным научным начинанием. [54] Однако гипотезы и предсказания относительно его существования и происхождения широко варьируются, и в настоящее время развитие гипотез, прочно обоснованных наукой, можно считать наиболее конкретным практическим применением астробиологии. Было высказано предположение, что вирусы могут встречаться и на других планетах, на которых есть жизнь, [55] [56] и могут присутствовать даже при отсутствии биологических клеток. [57]
По состоянию на 2019 год [обновлять]никаких доказательств внеземной жизни выявлено не было. [58] Исследование метеорита Аллан-Хиллз 84001 , который был обнаружен в Антарктиде в 1984 году и прибыл с Марса , по мнению Дэвида Маккея , а также некоторых других ученых, содержит микроокаменелости внеземного происхождения; эта интерпретация спорна. [59] [60] [61]
Ямато 000593 , второй по величине метеорит с Марса , был найден на Земле в 2000 году. На микроскопическом уровне в метеорите обнаружены сферы , богатые углеродом , по сравнению с окружающими областями, где такие сферы отсутствуют. По мнению некоторых ученых НАСА, богатые углеродом сферы могли образоваться в результате биотической деятельности . [62] [63] [64]
5 марта 2011 года Ричард Б. Гувер , учёный из Центра космических полётов Маршалла , высказал предположение об обнаружении предполагаемых микроокаменелостей, похожих на цианобактерии , в углеродистых метеоритах CI1 в журнале Journal of Cosmology , истории , широко освещенной ведущими СМИ . [65] [66] Однако НАСА формально дистанцировалось от заявления Гувера. [67] По словам американского астрофизика Нила де Грасса Тайсона : «На данный момент жизнь на Земле — единственная известная жизнь во Вселенной, но есть убедительные аргументы, позволяющие предположить, что мы не одиноки». [68]
Большинство астробиологических исследований, связанных с астрономией, подпадают под категорию обнаружения внесолнечных планет (экзопланет). Гипотеза заключается в том, что если жизнь возникла на Земле, то она также могла возникнуть и на других планетах с аналогичными характеристиками. С этой целью рассматривался ряд инструментов, предназначенных для обнаружения экзопланет размером с Землю, в первую очередь программа NASA Terrestrial Planet Finder (TPF) и программа Дарвина ЕКА , обе из которых были отменены. НАСА запустило миссию «Кеплер» в марте 2009 года, а Французское космическое агентство запустило космическую миссию COROT в 2006 году. [69] [70] В настоящее время предпринимаются также несколько менее амбициозных наземных проектов.
Целью этих миссий является не только обнаружение планет размером с Землю, но и непосредственное обнаружение света от планеты, чтобы его можно было изучить спектроскопически . Изучая планетарные спектры, можно было бы определить основной состав атмосферы и/или поверхности внесолнечной планеты. [71] Учитывая эти знания, возможно, можно будет оценить вероятность обнаружения жизни на этой планете. Исследовательская группа НАСА, Лаборатория виртуальных планет, [72] использует компьютерное моделирование для создания широкого спектра виртуальных планет, чтобы увидеть, как они будут выглядеть, если их рассматривать с помощью TPF или Дарвина. Есть надежда, что как только эти миссии начнут действовать, их спектры можно будет перепроверить с этими виртуальными планетарными спектрами на предмет особенностей, которые могут указывать на наличие жизни.
Оценку числа планет с разумной коммуникативной внеземной жизнью можно получить из уравнения Дрейка , по сути, уравнения, выражающего вероятность разумной жизни как произведение таких факторов, как доля планет, которые могут быть обитаемы, и доля планет на планете. какая жизнь может возникнуть: [73]
где:
Однако, несмотря на то, что обоснование этого уравнения является разумным, маловероятно, что уравнение будет ограничено разумными пределами погрешности в ближайшее время. Проблема с формулой в том, что она не используется для генерации или подтверждения гипотез , поскольку содержит факторы, которые невозможно проверить. Первый член, R* , число звезд, обычно ограничивается несколькими порядками величины. Второй и третий члены, f p , звезды с планетами и f e , планеты с пригодными для жизни условиями, оцениваются для окрестности звезды. Первоначально Дрейк сформулировал это уравнение просто как программу обсуждения на конференции в Зеленом банке [74] , но некоторые применения формулы были восприняты буквально и связаны с упрощенными или псевдонаучными аргументами. [75] Еще одна связанная с этим тема — парадокс Ферми , который предполагает, что если разумная жизнь распространена во Вселенной , то должны быть очевидные признаки ее существования.
Еще одним активным направлением исследований в астробиологии является формирование планетных систем . Высказывалось предположение, что особенности Солнечной системы (например, наличие Юпитера в качестве защитного щита) [76] могли значительно увеличить вероятность возникновения разумной жизни на Земле. [77] [78]
Биология не может утверждать, что процесс или явление, будучи математически возможными, должны принудительно существовать во внеземном теле. Биологи уточняют, что является спекулятивным, а что нет. [75] Открытие экстремофилов , организмов, способных выживать в экстремальных условиях, стало ключевым элементом исследования для астробиологов, поскольку они важны для понимания четырех областей в пределах жизни в планетарном контексте: потенциал панспермии , прямое загрязнение из-за человеческие исследовательские предприятия, планетарная колонизация людьми и исследование вымершей и существующей внеземной жизни. [79]
До 1970-х годов считалось, что жизнь полностью зависит от энергии Солнца . Растения на поверхности Земли улавливают энергию солнечного света для фотосинтеза сахаров из углекислого газа и воды, выделяя в процессе кислород, который затем потребляется дышащими кислородом организмами, передавая свою энергию вверх по пищевой цепи . Считалось, что даже жизнь в глубинах океана, куда не может проникнуть солнечный свет, получает питание либо за счет потребления органического детрита, выпадающего дождем с поверхностных вод , либо за счет поедания животных, которые это делают. [80] Считалось, что способность мира поддерживать жизнь зависит от доступа к солнечному свету . Однако в 1977 году во время исследовательского погружения к Галапагосскому разлому на глубоководном исследовательском подводном аппарате « Элвин» ученые обнаружили колонии гигантских трубчатых червей , моллюсков , ракообразных , мидий и других существ, сгруппированных вокруг подводных вулканических образований, известных как черные курильщики . [80] Эти существа процветают, несмотря на отсутствие доступа к солнечному свету, и вскоре было обнаружено, что они составляют совершенно независимую экосистему . Хотя большинству этих многоклеточных форм жизни для аэробного клеточного дыхания необходим растворенный кислород (произведенный в результате оксигенного фотосинтеза) и, таким образом, они сами по себе не являются полностью независимыми от солнечного света, основой их пищевой цепи является форма бактерий, которая получает энергию за счет окисления реактивных веществ. химические вещества, такие как водород или сероводород , которые поднимаются из недр Земли. Другими формами жизни, полностью отделенными от энергии солнечного света, являются зеленые серные бактерии, улавливающие геотермальный свет для аноксигенного фотосинтеза, или бактерии, осуществляющие хемолитоавтотрофию, основанную на радиоактивном распаде урана. [81] Этот хемосинтез произвел революцию в изучении биологии и астробиологии, открыв, что жизнь не обязательно зависит от солнечного света; для существования ему нужны только вода и градиент энергии.
Биологи обнаружили экстремофилов, которые процветают во льду, кипящей воде, кислоте, щелочи, водном ядре ядерных реакторов, кристаллах соли, токсичных отходах и в ряде других экстремальных мест обитания, которые ранее считались негостеприимными для жизни. [82] [83] Это открыло новые возможности в астробиологии за счет значительного расширения числа возможных внеземных сред обитания. Характеристика этих организмов, их среды обитания и путей эволюции считается важнейшим компонентом понимания того, как жизнь может развиваться в других частях Вселенной. Например, к некоторым организмам, способным противостоять воздействию вакуума и радиации космического пространства, относятся лишайниковые грибы Rhizocarpon geographicum и Rusavskia elegans , [84] бактерия Bacillus Safensis , [85] Deinococcus radiodurans , [85] Bacillus subtilis , [85] дрожжи Saccharomyces cerevisiae , [85] семена Arabidopsis thaliana («кресс-салат мышиного уха»), [85] , а также беспозвоночное животное Tardigrade . [85] Хотя тихоходки не считаются настоящими экстремофилами, их считают экстремотолерантными микроорганизмами, которые внесли свой вклад в область астробиологии. Их чрезвычайная устойчивость к радиации и наличие защитных белков ДНК могут дать ответ на вопрос, сможет ли жизнь выжить вдали от защиты атмосферы Земли. [86]
Спутник Юпитера Европа , [83] [87] [88] [89] [90] и спутник Сатурна Энцелад , [91] [35] в настоящее время считаются наиболее вероятными местами существования внеземной жизни в Солнечной системе из-за их океаны с подземными водами , где радиогенное и приливное нагревание позволяет существовать жидкой воде. [81]
Происхождение жизни, известное как абиогенез , в отличие от эволюции жизни , является еще одной постоянной областью исследований. Опарин и Холдейн постулировали, что условия на ранней Земле способствовали образованию органических соединений из неорганических элементов и, следовательно, образованию многих химических веществ, общих для всех форм жизни, которые мы видим сегодня. Изучение этого процесса, известного как пребиотическая химия, добилось определенного прогресса, но до сих пор неясно, могла ли жизнь образоваться таким образом на Земле. Альтернативная гипотеза панспермии состоит в том, что первые элементы жизни могли образоваться на другой планете с еще более благоприятными условиями (или даже в межзвездном пространстве, на астероидах и т. д.), а затем были перенесены на Землю.
Космическая пыль, пронизывающая Вселенную, содержит сложные органические соединения («аморфные органические твердые вещества со смешанной ароматико - алифатической структурой»), которые могут быть созданы естественным и быстрым образом звездами . [92] [93] [94] Кроме того, учёный предположил, что эти соединения могли быть связаны с развитием жизни на Земле, и сказал, что «если это так, жизни на Земле, возможно, было бы легче зародиться». поскольку эта органика может служить основным ингредиентом для жизни». [92]
Более 20% углерода во Вселенной может быть связано с полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ) , возможными исходными материалами для формирования жизни . ПАУ, по-видимому, образовались вскоре после Большого взрыва , широко распространены по всей Вселенной и связаны с новыми звездами и экзопланетами . [95] ПАУ подвергаются воздействию условий межзвездной среды и трансформируются посредством гидрирования , оксигенации и гидроксилирования в более сложные органические вещества — «шаг на пути к аминокислотам и нуклеотидам , сырью белков и ДНК соответственно». [96] [97]
В октябре 2020 года астрономы предложили идею обнаружения жизни на далеких планетах путем изучения теней деревьев в определенное время суток, чтобы найти закономерности, которые можно было бы обнаружить путем наблюдения за экзопланетами. [98] [99]
Гипотеза редкой Земли постулирует, что многоклеточные формы жизни, обнаруженные на Земле, на самом деле могут быть большей редкостью, чем предполагают ученые. Согласно этой гипотезе, жизнь на Земле (и более того, многоклеточная жизнь) возможна благодаря стечению правильных обстоятельств (галактика и расположение внутри нее, планетная система , звезда, орбита, размер планеты, атмосфера и т. д.); и шанс того, что все эти обстоятельства повторятся где-либо еще, может быть редким. Это дает возможный ответ на парадокс Ферми , который предполагает: «Если инопланетяне распространены, почему они не очевидны?» Очевидно, это противоречит принципу посредственности , принятому знаменитыми астрономами Фрэнком Дрейком , Карлом Саганом и другими. Принцип посредственности предполагает, что жизнь на Земле не является чем-то исключительным и, скорее всего, ее можно найти в бесчисленном количестве других миров.
Исследования экологических пределов жизни и работы экстремальных экосистем продолжаются, что позволяет исследователям лучше предсказать, в какой планетарной среде с наибольшей вероятностью может быть жизнь. Такие миссии, как посадочный модуль «Феникс », Марсианская научная лаборатория , «ЭкзоМарс» , марсоход «Марс 2020» на Марс и зонд «Кассини» на спутники Сатурна , направлены на дальнейшее изучение возможностей жизни на других планетах Солнечной системы.
В конце 1970-х годов каждый из двух посадочных модулей «Викинг» провел на поверхность Марса четыре типа биологических экспериментов. Это были единственные марсианские посадочные аппараты, проводившие эксперименты по изучению метаболизма нынешней микробной жизни на Марсе . Посадочные аппараты использовали роботизированную руку для сбора образцов почвы в герметичные испытательные контейнеры на корабле. Оба посадочных модуля были идентичными, поэтому одни и те же испытания были проведены в двух местах на поверхности Марса; «Викинг-1» возле экватора и «Викинг-2» дальше на север. [100] Результат оказался неубедительным, [101] и до сих пор оспаривается некоторыми учеными. [102] [103] [104] [105]
Норман Горовиц был руководителем отдела биологических наук Лаборатории реактивного движения миссий «Маринер » и «Викинг» с 1965 по 1976 год. Горовиц считал, что большая универсальность атома углерода делает его элементом, который с наибольшей вероятностью обеспечит решения, даже экзотические, проблем. выживания жизни на других планетах. [106] Однако он также считал, что условия, обнаруженные на Марсе, несовместимы с жизнью на основе углерода.
«Бигль-2» был неудачным британским марсианским кораблем, который был частью миссии Европейского космического агентства «Марс-Экспресс» в 2003 году. Его основной целью был поиск признаков жизни на Марсе , в прошлом или настоящем. Хотя он приземлился благополучно, он не смог правильно развернуть солнечные панели и телекоммуникационную антенну. [107]
EXPOSE — это многопользовательский комплекс, установленный в 2008 году за пределами Международной космической станции и посвященный астробиологии. [108] [109] EXPOSE был разработан Европейским космическим агентством (ЕКА) для долгосрочных космических полетов , которые позволяют подвергать воздействию органических химических веществ и биологических образцов космическое пространство на низкой околоземной орбите . [110]
Миссия Марсианской научной лаборатории (MSL) посадила марсоход Curiosity , который в настоящее время работает на Марсе . [111] Он был запущен 26 ноября 2011 года и приземлился в кратере Гейла 6 августа 2012 года. Цели миссии — помочь оценить обитаемость Марса и при этом определить, способен ли Марс поддерживать жизнь или когда-либо был в состоянии поддерживать жизнь , [112] собрать данные для будущей миссии человека , изучить марсианскую геологию, ее климат и дополнительно оценить роль, которую вода , важный ингредиент жизни, какой мы ее знаем, сыграла в формировании минералов на Марсе.
Миссия Танпопо — это орбитальный астробиологический эксперимент, исследующий потенциальный межпланетный перенос жизни, органических соединений и возможных земных частиц на низкой околоземной орбите. Цель — оценить гипотезу панспермии и возможность естественного межпланетного транспорта микробной жизни, а также пребиотических органических соединений. Первые результаты миссии свидетельствуют о том, что некоторые скопления микроорганизмов могут выжить в космосе как минимум один год. [113] Это может поддержать идею о том, что скопления микроорганизмов размером более 0,5 миллиметра могут быть одним из способов распространения жизни с планеты на планету. [113]
ExoMars — это роботизированная миссия на Марс для поиска возможных биосигнатур марсианской жизни , прошлой или настоящей. Эта астробиологическая миссия в настоящее время разрабатывается Европейским космическим агентством (ЕКА) в партнерстве с Федеральным космическим агентством России (Роскосмос); его запуск запланирован на 2022 год. [114] [115] [116]
Марс 2020 успешно приземлил свой марсоход Perseverance в кратере Джезеро 18 февраля 2021 года. Он будет исследовать окружающую среду на Марсе, имеющую отношение к астробиологии, исследовать геологические процессы и историю его поверхности, включая оценку его прошлой обитаемости и потенциала сохранения биосигнатур и биомолекул в доступных пределах. геологические материалы. [117] Команда по определению науки предлагает марсоходу собрать и упаковать как минимум 31 образец кернов горных пород и почвы для последующей миссии, чтобы вернуть их для более точного анализа в лабораториях на Земле. Марсоход может проводить измерения и демонстрации технологий, чтобы помочь проектировщикам человеческой экспедиции понять любую опасность, которую представляет марсианская пыль, и продемонстрировать, как собирать углекислый газ (CO 2 ), который может стать ресурсом для производства молекулярного кислорода (O 2 ) и ракетного топлива . . [118] [119]
Europa Clipper — это миссия, запланированная НАСА на запуск в 2025 году, которая проведет детальную разведкуспутника Юпитера Европы и исследует, могут ли ее внутренний океан содержать условия, пригодные для жизни. [120] [121] Это также поможет в выборе будущих мест посадки . [122] [123]
Dragonfly — это миссия НАСА, которая должна приземлиться на Титане в 2036 году для оценки его микробной обитаемости и изучения пребиотической химии. Dragonfly — это посадочный винтокрылый аппарат, который будет выполнять контролируемые полеты между несколькими точками на поверхности, что позволяет осуществлять отбор проб различных регионов и геологических условий. [124]
Icebreaker Life — это посадочный модуль, который был предложен для программы NASA Discovery с возможностью запуска в 2021 году, [125] но не был выбран для разработки. У него должен был быть стационарный посадочный модуль, который был бы почти копией успешного «Феникса» 2008 года , и он мог бы нести модернизированную научную астробиологическую нагрузку, включая колонковое бурение длиной 1 метр для отбора проб сцементированного льдом грунта на северных равнинах для проведения исследований. поиск органических молекул и доказательств существования нынешней или прошлой жизни на Марсе . [126] [127] Одной из ключевых целей миссии Icebreaker Life является проверка гипотезы о том, что богатая льдом почва в полярных регионах имеет значительные концентрации органических веществ из-за защиты льда от окислителей и радиации .
«Путешествие на Энцелад и Титан» ( JET ) — это концепция астробиологической миссии по оценкепотенциала обитаемости спутников Сатурна Энцелада и Титана с помощью орбитального аппарата. [128] [129] [130]
Enceladus Life Finder ( ELF ) — это предложенная концепция астробиологической миссии космического зонда, предназначенная для оценки обитаемости внутреннего водного океана Энцелада, шестого по величине спутника Сатурна . [131] [132]
Life Investigation For Enceladus ( LIFE ) — это предлагаемая астробиологическая концепция миссии по возврату образцов. Космический корабль выйдет на орбиту Сатурна и позволит несколько раз пролетать через ледяные шлейфы Энцелада, собирать частицы ледяного шлейфа и летучие вещества и возвращать их на Землю на капсуле. Космический корабль может получить образцы шлейфов Энцелада, кольца E Сатурна и верхних слоев атмосферы Титана . [133] [134] [135]
Oceanus — орбитальный аппарат, предложенный в 2017 году для миссии № 4 New Frontiers. Он отправится к спутнику Сатурна , Титану , чтобы оценить его обитаемость . [136] Цели «Океануса » — раскрыть органическую химию , геологию, гравитацию, топографию Титана, собрать данные 3D-разведки, каталогизировать органику и определить, где они могут взаимодействовать с жидкой водой. [137]
«Исследователь Энцелада и Титана» ( E 2 T ) — это концепция миссии орбитального аппарата, которая будет исследовать эволюцию и обитаемость сатурнианских спутников Энцелада и Титана . Концепция миссии была предложена в 2017 году Европейским космическим агентством . [138]
{{cite web}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite web}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite web}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite news}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )