A Magyar Tudományos Akadémia folyóirata. Alapítva: 1840
 

KEZDŐLAP    ARCHÍVUM    IMPRESSZUM    KERESÉS


 MIKOR TALÁLUNK FÖLDÖN KÍVÜLI ÉLETET?

X

Kereszturi Ákos

PhD, tudományos munkatárs, MTA Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont • kereszturi.akos(kukac)csfk.mta.hu

 

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

 


 

 

1. ábra • Áttekintés a marsi deutériumizotóp különböző rezervoárjairól (NASA, JPL [JPL –

Jet Propulsion Laboratory, a NASA Kármán Tódor által alapított egyik űrközpontja.]) <

 


 


2. ábra • A Curiosity marsjáró eltérő fúrási helyein a szerves anyag azonosított mennyiségének összehasonlítása (NASA, JPL-Caltech [Caltech –  California Institute of Technology,

Kaliforniai Műszaki Egyetem]) <

 


 


3. ábra • Vázlat a Ganymedes lehetséges belső szerkezetéről: eltérő mélységben több, különböző kristályszerkezetű jégréteg is lehet, amelyek között az oldott sók miatt cseppfolyós halmazállapotú

vizes oldatok akár további rétegeket alkotnak (NASA, JPL)  <

 


 


4. ábra • Az Enceladus hold feltételezett belső szerkezete: a mélyebben lévő szilikátos anyag

a mélységi vízzel kölcsönhatásba lép, majd a víz a repedéseken keresztül részben eltávozik a világűr felé (NASA, JPL). <

 


 


5. ábra • A metán útja az Enceladus kilövelléses folyamatáig (NASA, JPL)6. ábra • A 2012 nyaráig megismert exobolygók közül a leginkább lakhatónak tartott égitestek. Természetesen néhány paraméter alapján csak valószínűsíteni lehet a potenciális lakhatóságot, és ha lakható is egy égitest, nem biztos,

hogy kifejlődött és fenn is maradt rajta az élet. (PHL) <

 


 


6. ábra • A 2012 nyaráig megismert exobolygók közül a leginkább lakhatónak tartott égitestek. Természetesen néhány paraméter alapján csak valószínűsíteni lehet a potenciális lakhatóságot, és ha lakható is egy égitest, nem biztos, hogy kifejlődött és fenn is maradt rajta az élet. (PHL) <