Régi vágyálma a társakat kereső embernek és
emberiségnek a Földön kívüli élet azonosítása. A mára tudományos
kérdésként is elemezhető témakörben 2015 tavaszán a NASA szokatlan
bejelentést tett: előrejelzést közölt a Földön kívüli élet várható
felismerésének időpontjával kapcsolatban. Eszerint egy évtizeden
belül a Földön kívüli életre utaló jelet találnak a kutatók, a
következő egy-két évtizedben pedig bizonyítékuk is lesz erre. Az
optimizmus oka, hogy már megfogalmazott, komoly kérdésekre a
közeljövőre tervezett küldetések eséllyel adhatnak választ. Ezeket a
témaköröket vesszük sorba az alábbiakban.
Természetesen egy ilyen becslésben a nagy számok
törvénye és a valószínűség is fontos szerepet kap. Mai ismereteink
alapján a Tejútrendszerünkben közel 200 milliárd, a Földhöz hasonló
bolygó lehet. Statisztikai megfontolások alapján pedig ilyen sok
égitest közül, ha csak egy töredék százalék biztosít kedvező
körülményeket az élet kialakulására, még mindig sok potenciális
célpontunk van. A Naprendszerben pedig az élet lehetőségével
kapcsolatos ismereteink jelentősen bővülhetnek 2020 körül, amikor
anyagmintát hoznak a Marsról a Földre. A feltehetőleg egyetlen
leszállóhelyen, de ott több helyszínről és eltérő rétegekből
gyűjtött mintákat bolygónkon sokkal részletesebben lehet majd
vizsgálni, mint amire a szondák a Mars felszínén képesek. A 2030
körüli időpontra tervezett emberes Mars-expedíció pedig akár végső
választ is adhat a kérdésre: megszületett-e valaha az élet külső
bolygószomszédunkon?
Bizonyítékok a marsi vízre
és szerves anyagra
A Mars körül és felszínén dolgozó szondák megfigyelései
megerősítették, hogy a bolygón egykor cseppfolyós víz volt jelen
(1. ábra). Az ősi vízmennyiség
egy része a világűrbe szökött, erre utalnak a Curiosity marsjáró
deutérium-hidrogén (D/H) izotóparány-mérései. A víz egykori
jelenlétét támasztják alá egyes marsi meteoritok vizsgálatai is,
amelyek szintén az izotóparányok alapján mutattak rá, hogy a
jelenlegi két jellegzetes D/H-izotóparány (a légköri és a kéreg
mélyén jellemző értékek) mellett egy harmadik is létezik. Ez arra
utal, hogy több különböző H2O-raktár van a bolygón, a
most azonosított harmadikat a poláris jégsapkák, illetve a sekély
felszín alatti, eltemetett jégtömegek képviselik. Ha ezek jéganyaga
egykor olvadt állapotban volt, a víz 100–150 méter vastagon
boríthatta be a bolygó felszínét (ha a Mars szabályos gömb alakú
lenne).
Előrelépés történt a marsi szerves anyagok
kimutatásában is. Kis mennyiségben már több marsi meteoritban
találtak szerves molekulákat – noha ezek biztos azonosítása és a
földi szennyezés kizárása/megkülönböztetése aprólékos munkát
igényel. A NASA Curiosity marsjárójának marsi mérései szintén
szerves anyag nyomára akadtak, azonban a mérések után hónapokon
keresztül nem tudták kizárni a földi szennyezés lehetőségét. A
szonda laboratóriumát sterilizálták, de kevés anyag azért
maradhatott benne, ami megtévesztheti a rendkívül érzékeny
műszereket. Ugyanakkor a kimutatott szerves klórbenzol és
klóralkánok sem voltak jelen eredetileg a marsi mintában, hanem a
mérés során keletkeztek. A földi kontrollkísérletekkel azonban
egyértelmű lett, hogy a kiemelt mintákban lévő klórtartalmú szerves
anyag nem földi eredetű szennyezés. Ezek a SAM nevű műszerben, a
mérés során keletkeztek egyéb, eredeti marsi szerves molekulákból.
Ha közvetve is, bebizonyosodott tehát, hogy nemcsak a marsi
meteoritokban, de a vörös bolygó felszíni anyagaiban is vannak
szerves összetevők annak ellenére, hogy maga a műszer nem ezeket,
hanem a belőlük a kísérlet során átalakult komponenseket
azonosította (2. ábra).
A Curiosity marsjáró első adataiban nem akadtak a
még korábban, a Mars Express űrszonda és földi mérésekkel a marsi
légkörben kimutatott metán nyomára, de a küldetés előrehaladtával
végül sikerült azonosítani a gázt. Az is kiderült, hogy a metán
légköri mennyisége igen élénken változik, ami arra utal, hogy kis
mélységből, lokalizált forrásokból származik. Utóbbiak mibenléte még
nem ismert, de felmerült, hogy jégbe zárt metánmolekulák távozhatnak
a felszín alól, amelyek sokkal korábban kerültek oda.
A Curiosity által talált agyagásványok (amelyek
vizes közegben mállással keletkeztek), helyenként kalcium-szulfáttal
együtt fordulnak elő, és közel semleges pH-jú ősi nedves közegre
utalnak. Itt az elszállított ionok mennyiségére vonatkozó becslések
alapján bőséggel lehetett víz. Ez ellentétben áll az Opportunity
marsjáró által korábban vizsgált, ún. Hematit-régió jellegzetes
ásványa, a jarozit jelezte egykori savas kémhatással. Eszerint
jelentős eltérések lehettek az egyes területek között a marsi vizek
kémhatásában – ennek igazolásában sokat segítene, ha az időbeli
környezeti változásokat is pontosan tudnánk rekonstruálni. A kémiai
változatosság érdekes a bolygón, a különböző oxidáltságú és
oxidálatlan anyagok keverékében lévő jelentős redoxpotenciált
ugyanis például a földi mikrobák kihasználhatnák – ha az egyéb
körülmények megfelelnének élettevékenységükhöz. Elvben tehát akadt
volna az esetleges élőlények fennmaradásához szükséges energiaforrás
is.
Hatalmas vízkészletek távol a Naptól
A Naprendszer óriásbolygói körül keringő holdak elemzése alapján sok
olyan égitest van, amelynek hideg, jeges felszíne alatt kiterjedt
víztest található. Ilyet feltételeznek az Europa és Ganymedes
Jupiter-holdak, az Enceladus és Titan Szaturnusz-holdak, valamint
bizonytalanul még néhány további kísérő esetében. Ezen égitesteknél
természetesen a víz önmagában még nem elegendő feltétel az élet
esetleges megjelenéséhez vagy fennmaradásához, azonban fontos
nyomjelző, és további vizsgálatokat indokol.
Az Europa Jupiter-hold jégpáncélja alatti,
cseppfolyós vízből álló „óceánról” már évek óta tudnak a
szakemberek. A kérdéses vízben lévő anyagok előfordulásának
becsléséhez jelentős előrelépés, hogy a korábbi felvételekből
összeállított térképek elemzésével sikerült meghatározni a jég
recirkulációs rátáját. Ez az érték azt adja meg, hogy milyen ütemben
keveredik a jég az alatta lévő óceán anyagába. A folyamat fontos az
esetleges élet szempontjából, a felszíni jégben ugyanis részben a
szomszédos Io hold vulkáni anyagkibocsátása, részben a Nap
ultraibolya és a Jupiter részecskesugárzása révén sok oxidált, savas
anyag (pl. kénsav) keletkezik. Ha a jég valahol felemésztődik, ezek
is az óceánba jutnak, és a vízréteg fenekén, ahol a kőzetbelsővel
érintkeznek, szilikátos vulkáni központok lehetnek, amelyek lúgos
anyagokat bocsátanak a vízbe. A kétféle összetevő keveredésével
ismét nő a redoxpotenciál, ami több földi életforma számára is
kémiai energiaforrásként szolgálhatna.
Az Europa felszínének elemzése alapján a jégkéreg
globálisan legfeljebb százmillió éves, ami viszonylag fiatal
(Földünkön a kontinensek többsége ennél idősebb, csak az óceáni
aljzatok kora fiatalabb). Az Europa egész felszíne tehát általában
ilyen korú, azaz geológiai szempontból nincs kifejezetten idős
része. A fiatalos megjelenés ellenére a szakemberek éveken át nem
akadtak nyomára annak, hogyan és hol tűnhetett el a jégpáncél idős
része; nem mutatkoztak például a földi szubdukciós (alábukási)
zónákhoz hasonló
|
|
képződmények. Ezúttal a jégtáblákból összeálló
hatalmas „puzzle” elemzésével „hiányzó sávok” nyomára bukkantak.
Ezek a területek a jégkéreg felolvadt részeit jelzik, amelyek nemrég
tűntek el – noha a recirkuláció feltehetőleg nem a földi alábukáshoz
hasonlóan történt. A felismerés arra utal, hogy az óceán vize
kémiailag aktív anyagokat tartalmaz, amelyek változatos környezetet
biztosíthatnak esetleges biológiai jelenségekhez.
A cseppfolyós halmazállapotú víz esetenként a jégpáncélba is
benyomulhat az Europa felszíne alatt. Ha a víz adott mélységben
megreked, sótartalma részben kiválik (ún. eutektikus fagyással), a
víz pedig kiterjedt, elfedett „tólencsét” alkot. Ilyen képződmények
lehetnek a felszíni összetört jégblokkokat tartalmazó, ún.
káoszterületek alatt. A kérdéses tólencsék viszonylag rövid
élettartamúak, legfeljebb egymillió évig létezhetnek - az élet
kialakulásának ezért nem kedveznek, ugyanakkor az óceánból odajutott
esetleges élőlényeknek talán átmenetileg kedvező viszonyokat
biztosíthatnak.
Az újabb megfigyelések alapján már a Ganymedes
Jupiter-hold esetében is biztosra vehető a felszín alatti „óceán”
létezése. A Hubble-űrtávcső a hold körüli rendkívül ritka
gázburokban sarki fényt figyelt meg két gyűrűben, a hold két pólusa
körül. A jelenséget a hold saját mágneses tere hozza létre, amely a
mélységi óceánban, az ott lévő oldott ionok áramlásával
összefüggésben keletkezik. Ez kölcsönhatásba lép a Jupiter saját,
sokkal erősebb mágneses terével, és a folyamat eredményeként
kialakuló sarkifénygyűrű helyzete periodikusan eltolódik. Az
eltolódás mértéke sokkal kisebb annál, mint amekkora egy mélységi
óceán nélkül fellépne – mindez közvetett módon utal arra, hogy a
felszín alatt igen mélyen, mintegy 300 km-re vízréteg húzódhat.
További érdekesség, hogy egyes modellszámítások alapján, ha itt egy
ősi óceán sós volt, annak különböző mélységben bekövetkező
eutektikus fagyása során több folyadékszint is megjelenhetett,
közöttük eltérő kristályszerkezetű jégrétegekkel
(3. ábra).
A Cassini-űrszonda mérései által a Szaturnusz
Enceladus holdjában lévő felszín alatti vízről is szereztük új
ismereteket. Az égitest „gejzír jellegű” anyagkilövellései a déli
sarkvidékről vízgőzt, jégszilánkokat és egyéb anyagokat, köztük
metánt is juttatnak az űrbe, 100–300 kg/s ütemben. A kibocsátott
igen apró, 2–8 nm átmérőjű, szilíciumban gazdag szemcséket elemezte
a bolygó körül keringő Cassini-űrszonda. Ezek összetételét a
pordetektor által mért becsapódásokból sikerült meghatározni, ami
alapján a szemcséket forróvizes aktivitás hozta létre egy óceánban.
Az Enceladus jégpáncélja alatti vízréteg fenekén a kőzetekből
legalább +90 °C hőmérsékletű víz jut a hűvösebb folyadékba. Ez a
hideg vízben túltelített szilikátoldatot alkot, és ásványok válnak
ki belőle. Az óceán vize egyébként gazdag nátriumban, továbbá
karbonátok és metán is előfordulnak benne. Végül a jégpáncél
repedésein áthaladó kilövellésekben távoznak el az apró szemcsék, és
ezeket sikerült a Cassininak megfigyelnie a bolygó körül keringve
(4–5. ábra). Az azonosított
anyagok koncentrációja alapján az óceán vizében viszonylag sok
oldott só lehet. A gravitációs mérések szerint a holdon, 30–40 km
mélyen a felszín alatt legalább regionális, de akár az egész
égitesten megjelenő, kb. 10 km vastag globális mélységi vízréteg is
lehet.
„Exometeorológia” – következő lépések
a távoli bolygók kutatásában
A Naprendszeren kívüli bolygók (exobolygók) kutatása során,
elsősorban a Kepler űrtávcső mérései alapján egyértelmű lett, hogy
feltehetőleg szinte minden csillag körül kering bolygó, sőt
általában több is. Napjainkban már nem a Jupiterhez hasonló
nagyméretű gázbolygókat találnak legtöbbször, jelenleg már a kisebb
objektumok vezetik a listát. Eszerint a Földhöz hasonló méretű és
tömegű bolygók gyakoriak a Világegyetemben. Ezek közül pedig sok
keringhet az adott csillag ún. lakhatósági zónájában, ahol tartósan
létezhet cseppfolyós víz a felszínen. A földihez hasonló, az élet
keletkezésének és fennmaradásának kedvező körülmények tehát nem
lehetnek kivételesek.
Az exobolygók kutatása ennek megfelelően a
felfedezésről fokozatosan a legérdekesebb képviselőik jellemzése
irányába tolódik el. A NASA tervezésében 2018-ban induló, 6,5
méteres tükörátmérőjű James Webb űrtávcső, az ESA (European Space
Agency (Európai Űrügynökség) részéről pedig a CHEOPS- és
PLATO-missziók lehetnek majd úttörők ilyen szempontból.
Perspektivikus témakör az exobolygók légkörének elemzése, éghajlati
viszonyaik becslése. Feltehetőleg egyre több esetben sikerül majd
vízgőzt is kimutatni atmoszférájukban, ami a meteorológiai
modellekkel összekapcsolva annak megállapításában segít, hogy
létezhet-e cseppfolyós halmazállapotú víz az adott égitesten. A
légkör gázainak elemzésekor a potenciálisan biogén eredetűeket, azok
között is az ún. nem egyensúlyi viszonyban előfordulókat keresik
majd. Ezek együttes megjelenése (például oxigén és metán jelenléte
ugyanazon légkörben) biológiai ok nélkül nehezebben magyarázható.
Noha sejthető, hogy nem feltétlenül csak a Földhöz
hasonló égitesteken alakulhat ki az élet, saját tapasztalatunk
alapján mégis a miénkre emlékeztető égitesteket keresünk. A
hasonlóság jellemzésére született meg a Földhöz hasonlósági index
(Earth Similarity Index), amely a méret, tömeg és felszíni
hőmérséklet együtteseként jellemzi, mennyire alkalmas egy-egy bolygó
a Földhöz hasonló globális környezet fenntartására. Ilyen
szempontból látható néhány égitest (fantáziarajzokkal) a
6. ábrán.
A csillagaikhoz közeli exobolygók, esetleg az
utóbbiak körül keringő exoholdak elemzésében sokat segít majd egy
koronográffal is felszerelt űrtávcső. Itt a központi csillag fényét
messze a távcső „előtt” haladó árnyékvető takarná ki, lehetőséget
adva a nagyon halvány exobolygók elemzésére. A rendszer
megvalósítása sok technikai kihívást jelent, amelyek megoldása
nehéz, de a következő évtized(ek)ben elképzelhető. A közvetlen
képalkotással megörökített exobolygók tartós követése éghajlatuk
elemzését, a felhőzet változását, akár a felszíni jég vagy víz
előfordulásának valószínűsítését is lehetővé teszi.
Ha visszatekintünk az elmúlt évtizedekre,
egyértelmű, hogy sok más tudományterülethez hasonlóan ugrásszerű
volt a fejlődés a cikkben érintett témakörökben is. Mindezek alapján
nem megalapozatlan az optimizmus a Földön kívüli élet azonosítását
illetően – ám konkrét számadatokat, főleg évszámokat nem túl
szerencsés és nem is igazán indokolt megjelölni. További naprakész
információkat angol nyelven az MTA Csillagászati és Földtudományi
Kutatóközpont szervezésében október utolsó hetében, Budapesten
megrendezendő Missions to Habitable Worlds című konferencián
kaphatnak az érdeklődő kutatók (URL1).
A cikk megszületésével kapcsolatos kutatómunkát részben az OTKA
105970 és 104607 pályázat támogatta.
Kulcsszavak: asztrobiológia, élet, Mars, Europa, Enceladus,
exobolygók
|
|