Astrobiologihistorie, studieobjekt og betydning

3028
Basil Manning

Det astrobiologi eller eksobiologi Det er en gren af ​​biologien, der beskæftiger sig med livets oprindelse, fordeling og dynamik, i sammenhæng med både vores planet og hele universet. Vi kunne så sige, at astrobiologi som videnskab er for universet, hvad biologi er for planeten Jorden.

På grund af astrobiologiens brede handlingsspektrum konvergerer andre videnskaber i det som: fysik, kemi, astronomi, molekylærbiologi, biofysik, biokemi, kosmologi, geologi, matematik, computing, sociologi, antropologi, arkæologi, blandt andre..

Figur 1. Kunstnerisk fortolkning af forbindelsen mellem liv og rumforskning. Kilde: NASA / Cheryse Triano

Astrobiologi opfatter livet som et fænomen, der kunne være "universelt". Det handler om deres mulige sammenhænge eller scenarier; dets krav og minimumsbetingelser de involverede processer dens ekspansive processer blandt andre emner. Det er ikke begrænset til intelligent liv, men udforsker enhver mulig form for liv.

Artikelindeks

  • 1 Astrobiologiens historie
    • 1.1 Den aristoteliske vision
    • 1.2 Den kopernikanske opfattelse
    • 1.3 De første ideer om liv uden for jorden
  • 2 Genstand for undersøgelse af astrobiologi
  • 3 Mars som model til undersøgelse og udforskning af rummet
    • 3.1 Søfartsmissioner og paradigmeskift
    • 3.2 Er der liv på Mars? Vikingemissionen
    • 3.3 Missioner Beagle 2, Mars Polar Lander
    • 3.4 Mission Phoenix
    • 3.5 Udforskningen af ​​Mars fortsætter
    • 3.6 Der var vand på Mars
    • 3.7 Mars meteoritter
    • 3.8 Panspermia, meteoritter og kometer
  • 4 Betydningen af ​​astrobiologi
    • 4.1 Fermi-paradokset
    • 4.2 SETI-programmet og søgningen efter udenjordisk intelligens
    • 4.3 Drake ligningen
    • 4.4 Nye scenarier
  • 5 Astrobiologi og udforskning af jordens ender
  • 6 Perspektiver for astrobiologi
  • 7 Referencer

Astrobiologiens historie

Astrobiologiens historie går måske tilbage til menneskehedens begyndelse som art og dens evne til at stille spørgsmålstegn ved kosmos og livet på vores planet. Derfra opstår de første visioner og forklaringer, der stadig findes i mange folks myter i dag..

Den aristoteliske vision

Den aristoteliske vision betragtede Solen, Månen, resten af ​​planeterne og stjernerne som perfekte kugler, der kredsede om os og skabte koncentriske cirkler omkring os..

Denne vision udgjorde den geocentriske model af universet og var den opfattelse, der markerede menneskeheden i middelalderen. Sandsynligvis kunne det ikke have givet mening på det tidspunkt, spørgsmålet om eksistensen af ​​"indbyggere" uden for vores planet.

Den kopernikanske udsigt

I middelalderen foreslog Nicolás Copernicus sin heliocentriske model, som placerede Jorden som en anden planet, der drejede sig om solen.

Denne tilgang påvirkede dybtgående måden at se på resten af ​​universet og endda på at se på os selv, da det placerede os på et sted, der måske ikke var så "specielt" som vi havde troet. Muligheden for eksistensen af ​​andre planeter, der svarer til vores, og dermed også for et andet liv end det, vi kender, åbnede sig derefter..

Figur 2. Det heliocentriske system af Copernicus. Kilde: Offentligt domæne via Wikimedia Commons

De første ideer om liv uden for jorden

Den franske forfatter og filosof, Bernard le Bovier de Fontenelle, foreslog allerede i slutningen af ​​det 17. århundrede, at livet kunne eksistere på andre planeter.

I midten af ​​det attende århundrede, mange af de lærde forbundet med belysning, de skrev om udenjordisk liv. Selv de førende astronomer i tiden som Wright, Kant, Lambert og Herschel antog at planeter, måner og endda kometer kunne beboes.

Sådan begyndte det 19. århundrede med et flertal af akademiske videnskabsmænd, filosoffer og teologer, der delte troen på eksistensen af ​​udenjordisk liv på næsten alle planeter. Dette blev betragtet som en sund antagelse på det tidspunkt, baseret på en voksende videnskabelig forståelse af kosmos..

De overvældende forskelle mellem solsystemets himmellegemer (med hensyn til deres kemiske sammensætning, atmosfære, tyngdekraft, lys og varme) blev ignoreret.

Da teleskopets styrke steg, og med fremkomsten af ​​spektroskopi, var astronomer imidlertid i stand til at forstå kemien i nærliggende planetariske atmosfærer. Således kunne det udelukkes, at nærliggende planeter var beboet af organismer svarende til jordiske..

Objekt for undersøgelse af astrobiologi

Astrobiologi fokuserer på studiet af følgende grundlæggende spørgsmål:

  • Hvad er livet?
  • Hvordan opstod liv på Jorden?
  • Hvordan udvikler og udvikler sig livet?
  • Er der liv andre steder i universet?
  • Hvad er fremtiden for liv på Jorden og andre steder i universet, hvis nogen?

Mange andre spørgsmål opstår fra disse spørgsmål, alle relateret til genstand for undersøgelse af astrobiologi.

Mars som model for undersøgelse og udforskning af rummet

Den røde planet, Mars, har været den sidste bastion af hypoteser om udenjordisk liv i solsystemet. Idéen om eksistensen af ​​liv på denne planet kom oprindeligt fra observationer foretaget af astronomer i slutningen af ​​det nittende og tidlige tyvende århundrede..

De hævdede, at mærkerne på Mars-overfladen faktisk var kanaler bygget af en population af intelligente organismer. Disse mønstre betragtes nu som et produkt af vinden..

Missionerne Mariner og paradigmeskiftet

Rumtaster Mariner, De eksemplificerer rumalderen, der begyndte i slutningen af ​​1950'erne. Denne æra gjorde det muligt at direkte visualisere og undersøge planetariske og måneflader i solsystemet; udelukker således påstande om multicellulære og let genkendelige udenjordiske livsformer i solsystemet.

I 1964 NASA-missionen Mariner 4, sendte de første tætte fotografier af Mars overflade, der viser en dybest set ørken planet.

Imidlertid tillod efterfølgende missioner til Mars og de ydre planeter et detaljeret overblik over disse kroppe og deres måner og, især i tilfælde af Mars, en delvis forståelse af deres tidlige historie..

I forskellige udenjordiske omgivelser fandt forskere miljøer, der ikke lignede beboede miljøer på Jorden..

Den vigtigste konklusion af disse første rumopgaver var erstatningen af ​​spekulative antagelser med kemiske og biologiske beviser, som gør det muligt at undersøge og analysere den objektivt..

Er der liv på Mars? Missionen Viking

I første omgang resultaterne af missionerne Mariner støtte hypotesen om, at der ikke findes liv på Mars. Vi må dog overveje, at der blev søgt efter makroskopisk liv. Efterfølgende missioner har rejst tvivl om fraværet af mikroskopisk liv.

Figur 3. Orbital og jordbaseret sonde til Vikingemissionen. Kilde: Don Davis [Public domain] via Wikimedia Commons

For eksempel af de tre eksperimenter designet til at opdage liv, udført af missionens jordprobe Viking, to var positive og en negativ.

På trods af dette var de fleste forskere involveret i sondens eksperimenter Viking er enig i, at der ikke er noget bevis for bakterieliv på Mars, og resultaterne er officielt ufuldstændige.

Figur 4. Landingssonde (Lander) fra Vikingemissionen. Kilde: NASA / JPL-Caltech / University of Arizona [Public domain] via Wikimedia Commons

Missioner Beagle 2, Mars Polar Lander

Efter de kontroversielle resultater kastet af missionerne Viking, Den Europæiske Rumorganisation (ESA) lancerede missionen i 2003 Mars Express, specielt designet til eksobiologiske og geokemiske studier.

Denne mission omfattede en kaldet sonde Beagle 2 (homonym med skibet, hvor Charles Darwin rejste), designet til at søge efter tegn på liv på Mars overflade.

Desværre mistede denne sonde kontakten med Jorden og kunne ikke udføre sin mission tilfredsstillende. Lignende skæbne havde NASA-sonden "Mars Polar Lander"i 1999.

Mission Phoenix

Efter disse mislykkede forsøg, i maj 2008, missionen Phoenix fra NASA nåede Mars og opnåede ekstraordinære resultater på bare 5 måneder. Hans vigtigste forskningsmål var eksobiologisk, klimatisk og geologisk.

Denne sonde var i stand til at demonstrere eksistensen af:

  • Sne i Mars atmosfære.
  • Vand i form af is under de øvre lag på denne planet.
  • Grundjord med en pH mellem 8 og 9 (i det mindste i området tæt på nedstigningen).
  • Flydende vand på overfladen af ​​Mars tidligere

Udforskningen af ​​Mars fortsætter

Udforskningen af ​​Mars fortsætter i dag med højteknologiske robotinstrumenter. Missionerne til Rovers (MER-A og MER-B) har leveret imponerende bevis for, at der var vandaktivitet på Mars.

For eksempel er der fundet beviser for eksistensen af ​​ferskvand, kogende kilder, en tæt atmosfære og en aktiv vandcyklus..

Figur 5. Tegning af Rover MER-B (Opportunity) på overfladen af ​​Mars. Kilde: NASA / JPL / Cornell University, Maas Digital LLC [Public domain] via Wikimedia Commons

På Mars er der opnået beviser for, at nogle klipper er støbt i nærværelse af flydende vand, såsom Jarosite, påvist af Rover MER-B (Mulighed), som var aktiv fra 2004 til 2018.

Det Rover MER-A (Nysgerrighed), har målt sæsonudsving i metan, som altid har været relateret til biologisk aktivitet (data offentliggjort i 2018 i tidsskriftet Science). Han har også fundet organiske molekyler som thiophen, benzen, toluen, propan og butan..

Figur 6. Sæsonudsving i metan niveauer på Mars målt ved Rover MER-A (Curiosity). Kilde: NASA / JPL-Caltech

Der var vand på Mars

Selvom Mars overflade er ugjævnelig i dag, er der klare beviser for, at i det fjerne fortid lod marsklimaet flyde vand, en væsentlig ingrediens for livet, som vi kender det, til at ophobes på overfladen..

Dataene fra Rover MER-A (Nysgerrighed), afslører, at en sø inden for Gale-krateret for milliarder af år siden indeholdt alle de nødvendige ingredienser til livet, inklusive kemiske komponenter og energikilder.

Mars meteoritter

Nogle forskere betragter martianske meteoritter som gode kilder til information om planeten, og antyder endda at de indeholder naturlige organiske molekyler og endda mikrofossiler af bakterier. Disse tilgange er genstand for videnskabelig debat.

Figur 7. Mikroskopisk billede af den indre struktur af meteoritten ALH84001, der viser strukturer, der ligner baciller. Kilde: NASA [Public domain] via Wikimedia Commons

Disse meteoritter fra Mars er meget sjældne og repræsenterer de eneste direkte analyserbare prøver af den røde planet..

Panspermia, meteoritter og kometer

En af de hypoteser, der favoriserer studiet af meteoritter (og også kometer), er blevet kaldt panspermi. Dette består af antagelsen om, at koloniseringen af ​​Jorden tidligere skete af mikroorganismer, der kom inde i disse meteoritter..

I dag er der også hypoteser, der antyder, at landvand kom fra kometer, der tidligere bombarderede vores planet. Derudover antages det, at disse kometer muligvis har medbragt urmolekyler, som tillod udvikling af liv eller endda allerede udviklet liv, der er indgivet indeni..

For nylig, i september 2017, afsluttede Den Europæiske Rumorganisation (ESA) missionen med succes Rosseta, lanceret i 2004. Denne mission bestod af udforskningen af ​​kometen 67P / Churyumov-Gerasimenko med sonden Philae der nåede ham og kredsede og derefter faldt ned. Resultaterne af denne mission er stadig under undersøgelse.

Betydningen af ​​astrobiologi

Fermis paradoks

Man kan sige, at det originale spørgsmål, der motiverer studiet af aastrobiologi, er: Er vi alene i universet??

Alene i Mælkevejen er der hundreder af milliarder stjernesystemer. Denne kendsgerning kombineret med universets alder antyder, at livet skal være et almindeligt fænomen i vores galakse..

Omkring dette emne er spørgsmålet fra den nobelprisvindende fysiker Enrico Fermi berømt: "Hvor er alle?", Som han formulerede i forbindelse med en frokost, hvor det faktum, at galaksen skulle være fuld, blev drøftet om livet.

Spørgsmålet endte med at give anledning til det paradoks, der bærer hans navn, og som er angivet som følger:

"Troen på, at universet indeholder mange teknologisk avancerede civilisationer kombineret med vores mangel på observationsbevis til støtte for dette synspunkt, er inkonsekvent."

SETI-programmet og søgen efter udenjordisk intelligens

Et muligt svar på Fermi-paradokset kunne være, at de civilisationer, vi tænker på, faktisk er der, men vi har ikke ledt efter dem..

I 1960 startede Frank Drake sammen med andre astronomer et søgning efter ekstraterrestrisk intelligens (SETI) -program..

Dette program har gjort en fælles indsats med NASA i søgen efter tegn på udenjordisk liv, såsom radio- og mikrobølgesignaler. Spørgsmålene om, hvordan og hvor man skal lede efter disse tegn, har ført til store fremskridt inden for mange videnskabelige grene..

Figur 8. Radioteleskop brugt af SETI i Arecibo, Puerto Rico. Kilde: JidoBG [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], fra Wikimedia Commons

I 1993 annullerede den amerikanske kongres finansiering til NASA til dette formål som et resultat af misforståelser om betydningen af, hvad søgningen indebærer. I dag finansieres SETI-projektet med private midler.

SETI-projektet har endda skabt Hollywood-film, såsom Kontakt, med skuespillerinden Jodie Foster i hovedrollen og inspireret af den eponyme roman skrevet af den verdensberømte astronom Carl Sagan.

Drakes ligning

Frank Drake har estimeret antallet af civilisationer med kommunikationsevner ved hjælp af det udtryk, der bærer hans navn:

N = R * x fs x nog x fl x fjeg x fc x L.

Hvor N repræsenterer antallet af civilisationer med evnen til at kommunikere med Jorden og udtrykkes som en funktion af andre variabler såsom:

  • R *: dannelseshastigheden for stjerner svarende til vores sol
  • Fs: brøkdelen af ​​disse stjernesystemer med planeter
  • nog: antallet af jordlignende planeter pr. planetarisk system
  • Fl: den brøkdel af disse planeter, hvor livet udvikler sig
  • Fjeg: den brøk, hvor intelligens opstår
  • Fc: den brøkdel af planeter, der kommunikerer med kommunikation
  • L: "forventet levetid" for disse civilisationer.

Drake formulerede denne ligning som et værktøj til at "dimensionere" problemet snarere end som et element til at lave konkrete estimater, da mange af dets udtryk er ekstremt vanskelige at estimere. Der er dog enighed om, at antallet, det har tendens til at kaste, er stort.

Nye scenarier

Det skal bemærkes, at når Drake-ligningen blev formuleret, var der meget lidt bevis for planeter og måner uden for vores solsystem (exoplaneter). Det var i 1990'erne, at de første beviser for exoplaneter dukkede op.

Figur 9. Kepler-teleskop. Kilde: NASA [Public domain] via Wikimedia Commons

For eksempel missionen Kepler NASA registrerede 3.538 eksoplanetkandidater, hvoraf mindst 1.000 anses for at være i den "beboelige zone" i det aktuelle system (afstand, der muliggør eksistensen af ​​flydende vand).

Astrobiologi og udforskning af jordens ender

En af fordelene ved astrobiologi er, at den i vid udstrækning har inspireret ønsket om at udforske vores egen planet. Dette med håb om analog forståelse af livets funktion i andre scenarier.

For eksempel har undersøgelsen af ​​hydrotermiske åbninger på havbunden gjort det muligt for os for første gang at observere liv, der ikke er forbundet med fotosyntese. Disse undersøgelser viste os, at der kan være systemer, hvor livet ikke afhænger af sollys, hvilket altid var blevet betragtet som et uundværligt krav..

Dette giver os mulighed for at antage mulige livsscenarier på planeter, hvor der kan opnås flydende vand, men under tykke islag, hvilket ville forhindre lysets ankomst til organismer..

Et andet eksempel er studiet af de tørre dale i Antarktis. Der har de fået fotosyntetiske bakterier, der overlever beskyttet inde i klipper (endolytiske bakterier).

I dette tilfælde fungerer klippen både som støtte og som beskyttelse mod stedets ugunstige forhold. Denne strategi er også blevet opdaget i saltlejligheder og varme kilder.

Figur 10. McMurdo Dry Valleys i Antarktis, et af de steder på jorden, der ligner mest Mars. Kilde: U.S. Department of State fra USA [Public domain] via Wikimedia Commons

Perspektiver for astrobiologi

Den videnskabelige søgning efter udenjordisk liv har hidtil været mislykket. Men det bliver mere og mere sofistikeret, da astrobiologisk forskning producerer ny viden. Det næste årti af astrobiologisk udforskning vil være vidne til:

  • Større indsats for at udforske Mars og de iskolde måner fra Jupiter og Saturn.
  • En hidtil uset evne til at observere og analysere ekstrasolare planeter.
  • Større potentiale til at designe og studere enklere livsformer i laboratoriet.

Alle disse fremskridt vil utvivlsomt øge vores sandsynlighed for at finde liv på jordlignende planeter. Men måske eksisterer udenjordisk liv ikke eller er så spredt i galaksen, at vi næppe har en chance for at finde det..

Selvom sidstnævnte scenario er sandt, udvider forskningen inden for astrobiologi i stigende grad vores perspektiv på livet på jorden og dets plads i universet..

Referencer

  1. Chela-Flores, J. (1985). Evolution som et kollektivt fænomen. 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-González, R.,… Coll, P. (2018). Organisk materiale bevaret i 3 milliarder år gamle muddersten ved Gale-krateret, Mars. Science, 360 (6393), 1096-1101. doi: 10.1126 / science.aas9185
  3. Goldman, A. D. (2015). Astrobiologi: En oversigt. I: Kolb, Vera (red.). ASTROBIOLOGI: En evolutionær tilgang CRC Press
  4. Goordial, J., Davila, A., Lacelle, D., Pollard, W., Marinova, M. M., Greer, C. W., ... Whyte, L. G. (2016). Nærmer sig de koldtørre grænser for mikrobielt liv i permafrost i en øvre tør dal, Antarktis. ISME Journal, 10 (7), 1613-1624. doi: 10.1038 / ismej.2015.239
  5. Krasnopolsky, V. A. (2006). Nogle problemer relateret til oprindelsen af ​​metan på Mars. Icarus, 180 (2), 359-367. doi: 10.1016 / j.icarus.2005.10.015
  6. LEVIN, G. V., & STRAAT, P. A. (1976). Viking-mærket frigivelsesbiologieksperiment: midlertidige resultater. Science, 194 (4271), 1322-1329. doi: 10.1126 / science.194.4271.1322
  7. Ten Kate, I. L. (2018). Organiske molekyler på Mars. 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). Baggrundsniveauer af metan i Mars 'atmosfære viser stærke sæsonvariationer. 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). Mars vand-is skyer og nedbør. Science, 325 (5936), 68-70. doi: 10.1126 / science.1172344

Endnu ingen kommentarer