Hvor mye vann er nødvendig for liv andre steder i solsystemet?

Den største og dypeste reservoar av alle kjent for aldri å ha sett sjøfolkene. Det har ingen Øyene og kysten, og vinden øker bølger, og vannet renner ikke solens gjenskinn. Denne mørke havet vil du ikke finne på noen kart på Jorden — det er mer enn 500 millioner kilometer fra usa, i Europa, en av de 69 kjent satellitter til Jupiter. Data fra romsonden Galileo, som gikk i bane rundt Europa 11 ganger fra 1995 til 2003, viste at under isete underlag av dette glatt moon ligger et stort salte havet. Dybden bør være 100 kilometer — åtte ganger dypere enn de Pacific ved maksimal dybde. I dette to til tre ganger mer vann enn alle sjøer og hav på Jorden.

Vi vet at universet er fullt av rennende måner og planeter. Men hvordan vet vi om de kan støtte liv?

Europa er ikke en av et slag. Minst to månene til Jupiter — Ganymede og Callisto — skjul hav under overflaten. Titan og Mimas, en månen til Jupiter, sannsynligvis også. Og det er ingen tvil om at en annen måne til Saturn, Enceladus skjuler sitt vann under sin frosset skare. Fantastisk og ugjendrivelige bevis på det dypeste dypet av Enceladus dukket opp i 2005, når sonden "Cassini" fanger geysirer som spruter ut vann og is for hundrevis av kilometer ut i verdensrommet. Cassini selv fløy gjennom geysirer i oktober 2015, etter å ha svømt 50 kilometer fra måneoverflaten å ta prøver av innhold.

For å Si at forekomster av flytende vann i det ytre solsystemet helt forandret ideen av forskere — til å si noe. For å åpenbaringer Cassini, Galileo og andre prober Generelle oppfatning var dette: de månene til Jupiter og Saturn vil være lik de månene til Mars — solid, besatt med kratere, golde klipper, ute av stand til mye liv.

"Ingen forventet at det vil være undergrunnen havet, sier Seth Shostak, en astronom ved SETI-Instituttet i mountain view, California. "Vår forståelse av beboelige verdener har utvidet og nå er vi forventer at du kan finne liv der det ikke er tenkt på jakt etter henne før. Vi har alltid antatt at livet trenger å være på planeten. Men nå vet jeg sju steder i vårt solsystem, hvor det er all grunn til å søke livet — eller i det minste vilkårene for det. Og de fleste av dem satellitter."

Med den overflod av vann i vår bakgård, det er trygt å si at det finnes utallige planeter rundt andre stjerner bør også være i havet, for ikke å nevne sine satellitter. Astronomer har tidligere identifisert noen "vann verdener" utenfor vårt solsystem — planetene selv uten land.

"Det er utrolig," sier Christopher Glein, en forsker av oppdraget "Cassini" fra sørvest Institute i San Antonio, Texas. "Det er som å finne opp et nytt felt av Oseanografi".

Imidlertid eksistensen av utenomjordisk hav bør ikke være så mye av en overraskelse. Hydrogen utgjør 74% av vanlig materie i Universet og oksygen er den tredje mest vanlige element. Bli med dem, få vannet, H₂O. Astronomer observert spor av vann-is i kratre på månen og merkur er nærmest Solen, planeten. Det er et mye av det interstellare skyer i støvete disker av nye planetsystemer, selv i atmosfæren i noen gigantiske eksoplaneter allerede funnet vann.

"Studiet av eksoplaneter har vært eksplosiv, sier Bonnie Manke, NASA forsker jobber med space telescope James Webb, som vil gå ut i verdensrommet neste år. "I løpet av de siste 20 årene har vi flyttet flere eksoplaneter til tusenvis. Og vi vet nå at hver stjerne på nattehimmelen har minst én planet. Jeg tror vi kan anta at de fleste av disse planetene er, i en forstand, og vann."

Og hvor det er vann, kanskje livet. "Se etter vann" — en gammel aksiom av astrobiologists. Hva gjør vann så viktig? En kjemisk reaksjon som drivstoff til motorer for livet krever en væske til oppløsning og transport av molekyler over cellen. Vann er en av de mest kjente løsemidler; det forblir flytende i et større spekter av temperaturer enn noen annen substans. Det er mulig at andre væsker vil utføre rollen som vann i fremmede biokjemi — metan innsjøer, for eksempel, har vi funnet på Titan. Men mens ingen unntak til regelen "livet trenger vann" vi finne.

Det Viser seg at planeten er dekket med dette viktige stoffet bør være den perfekte bolig for livet? Nyere studier dekke disse forventningene med en kobber vask av vann på en slik planetene kan være for mye for livet at hun dukket opp, eller begynte å blomstre, gitt sjansen. "Mer er ikke bedre, sier Steven Desch, en astrofysiker ved Arizona state University. Dash og hans kolleger gjennomført en datamaskin simulering av eksotiske geofysiske og atmosfæriske omgivelser

Så med mindre planeten er dekket med denne eteriske substans vil ikke være et perfekt fristed for livet? Noen nyere studier kaste en gigantisk gledesdreper på slike forventninger: mange verdener kan faktisk bli for mye vann for livet for å fremkomme — eller til å blomstre hvis det startet. "Mer er ikke nødvendigvis bedre" — sier Steven Desch, en astrofysiker ved University of Arizona. Dash og hans kolleger gjennomført computer modellering av geofysiske eksotiske og stemningsfulle miljøer, som kan være registrert på andre verdener. Deres mål er å lage en slags feltet guide for fremtidige jegere av eksoplaneter. Dash kaller det "den periodiske tabell over planeten." Det vil bli typer verdener, som sannsynligvisalle vil inneholde produkter av livet-støtte i atmosfæren — oksygen eller metan, for eksempel. Enda viktigere, disse gassene bør være til stede i store nok mengder til å være i stand til å oppdage teleskoper flere tiår framover. "Vi trenger å sette studie av slike planeter i prioritet, fordi de kan være den beste indikatorer på livet."

Vann verdener, som det viste seg, kan være det beste stedet å søke etter liv. Team dashbordet har opprettet en datamaskin modell som ligner Jorden i nesten alt og ikke for kaldt, og ikke for varmt avstand fra en stabil stjerne som Sola. Så de har fylt verden med vann fem til sju ganger mer enn Jorden for å drukne alle hennes kontinenter. Synker den virtuelle verden, de har eliminert en viktig prosess som opprettholder livet, for at vi, mennesker, er som regel glemt: forvitringen av synlige steiner.

I fravær av regn eller strøm av vann eroderer rock, havet i verden, som er utviklet av et team av Desh, inneholdt svært lite fosfor, vesentlig element for livet. Vann i seg selv er syrlig nok til å oppløse fosfor så effektiv som frisk. "Fosfor er svært viktig, sier Tessa Fisher, en mikrobiell økolog ved Arizona state University. "I tillegg til RNA og DNA, det skaper også ATP, energi bærer molekyl for det kjente biokjemi. Terrestriske biokjemi, så vidt vi vet, fungerer ikke i fravær av fosfor".

Dash og Fischer understreke at deres modell er ikke til hinder for eksistensen av liv i vannet verden. Havet, planeter vil trolig inneholde en viss mengde fosfor, men ikke nok til å støtte liv på en stor skala og etterlater en merkbar avtrykk i atmosfæren. "Det blir ingen atmosfære, 30% består av oksygen, som på Jorden," sier Fisher. "Kanskje en planet dekket av hav, er bebodd. Bare livet vil det være så fragmentert at vi vil ikke engang være i stand til å oppdage fra Jorden."

Sannsynligvis, det er verdener med samme mengde vann som liv ville være umulig. Ifølge forskere, planeten er på størrelse med Jorden med 10% av sin egen vekt i vann vil være helt livløs. En slik planet ville ha tilsvarende 400 av jordens hav; det enorme trykket på bunnen av havet ville skape en tett eksotiske former for is kjent som ice-seks eller is-sju. "Vann arter ikke samhandler, ville ingenting ha liv har ikke slått ut," sa Dash.

Og så rart som disse forholdene kan virke, disse verdener kan være mer vanlig enn solid planeter av Land typen. Vann og stein, kanskje, men like vanlig i planetsystemer i hele kosmos. I vårt eget solsystem kometer, månen og noen av de frosne innbyggere kuiperbelte antas å inneholde den samme mengden av is og stein. "De ytre planetene 50% av is, sier Dash. "Det er greit. Crazy bare hvor mye tørt Land".

Fra vårt synspunkt, Jorden synes å være kjernen av verden havet — "pale blue dot" dekket av hav. Men alle disse havene spre en tynn film på overflaten av planeten. Masse Jorden er bare 0,025% av vannet. Med eksisterende teknologi, astronomer er i stand til å si om planeter som Jorden Generelt noe vann. Astronomer bruker to grunnleggende teknikker for å bestemme sammensetningen av eksoplaneter. Først, de estimere størrelsen på planeten, observere hvor mye lys det blokker, passerer foran stjernen. Deretter kan de måle vibrasjoner av en stjerne som fører til en planet i sin bane, som gir oss masse på planeten. Fordeling av massen til planeten til sitt volum gir tetthet, og tettheten gjør at astronomene anslår ca andelen av gass, faste stoffer og vann på planeten.

"Tenk på hvor tynn våre hav. Det endrer ikke det radius på Jorden." Nå har astronomer sier at eksoplaneter har hav, bare hvis vannet vil stå for om lag 10% av sin vekt. Og dette er lik 400 jordens hav, enorme mengder vann, bryte alt levende. Så bare vann verdener, som vi kan finne ved hjelp av eksisterende teknologi, vil bli ubeboelig. "Dette er situasjonen i øyeblikket, sier Dash. "Vi har muligheten til å finne vann, og selv se når vannet er 10% av massen til planeten, men det er for mye vann."

Sju av disse verdener som kretser i bane Trappist-1, star 49 lysår fra oss, er oppkalt til ære for Belgiske øl. De er på størrelse med Jorden, og tre er innenfor potensielt beboelige sonen av stjernen, på avstand, hvor den mulige eksistensen av vann i flytende form. Nå er dette mest som verken er av interesse for oss "potensialet i landet", men de kan være for våt eller dekket med is som de var hekkende liv.

Forsøk på å bestemme sammensetningen av fjerne planeter på tvers av flere punkter av lys, fanget i teleskopet, i det minste vil ikke være nøyaktig. Gitt disse begrensningene, Dash og hans kolleger satt pris på at de ytre planetene Trappist-1 består av 50% is; de indre planetene består av 10% av isen og væske-vann. "Dette er mer enn nok til å dekke kontinenter, sier Dash. "Du får hundrevis eller kanskje kilometer presset isen i bunnen av verdenshavene. Dette er en død planet".

Hva trenger du for å identifisere et "levende" planet, med jorden blanding av kontinenter og hav, ikke for våt, ikke for tørr? Gitt omfanget av mulige verdener, slik som vårt bør være nok. Men hvordan skal du finne dem? Space telescope James Webb, skal bli konge astronomi som snart vil begynne sitt 10 år oppdrag i 2020året; han vil være i stand til å analysere atmosfærer av gigantiske eksoplaneter av Neptun-typen, og kanskje også finne et par "supertall" — planet 2-10 ganger mer landmasse. Det vil imidlertid bli for nærsynt til å se atmosfærer av planeter, for ikke å nevne hav.

"det er Veldig vanskelig å se på noe som er så små — omtrent på størrelse med Jorden passerer foran en stjerne — og til å se svake glitter av atmosfæren", sier Mance. "Det er planer for fremtidig teleskoper som vil være i stand til å gjøre det, og jeg tror jeg selv ser det i min levetid. Men Webb vil ikke være i stand til å bekrefte tilstedeværelsen av vann på planeten jorden-som".

Teleskoper er i stand til å visualisere hav og landmasser i den andre verden, sannsynligvis adskilt fra oss for et par tiår. Og selv da oppløsningen vil trolig være begrenset til en piksel eller to for hele planeten. Det kan se ut som en av de mest betydningsfulle funn i vitenskapens historie — vår første direkte titt på en verden som vår egen: fargen på én piksel, er med jevne mellomrom endret seg fra blå til brun, som i piruetter, vekselvis som viser land og sjø våre øyne.

Inntil den dagen kommer, kan vi finne tegn på eksistensen av liv i noen ecoocean mye nærmere hjemme. Og nærmest oss et slikt hav på Enceladus, pluss at han har alle forutsetninger for liv. Når sonden "Cassini", beveger seg med en hastighet på nesten 30 tusen kilometer per time, stupte gjennom geysir "Enceladus" i oktober 2015, hans instrumenter registrert hydrogen, karbondioksid og metan, og derfor, på dette satellitt-er til stede deep-sea hydrotermal aktivitet på Jorden. "Vi bokstavelig talt smakte hav av Enceladus, flyr gjennom skyen av en geysir, sier Glen.

Tilstedeværelsen av hydrogen, i særdeleshet, var et tegn på at en kjemisk reaksjon mellom varme steiner og salt vann på bunnen av havet av Enceladus bryte vann til hydrogen og oksygen. Kroppen størrelsen på Enceladus bør normalt ikke har nevneverdig hydrogen innhold, fordi dette elementet er veldig lett og liten kropp var å fly ut i verdensrommet for lenge siden. Derfor, hydrogen av Enceladus skal liksom hele tiden oppdatert, mest sannsynlig i løpet av reaksjoner i vann og varme steiner. Når vi finner hydrogen, kan vi konkludere med at den kjemiske energien til stede og mye av det, og det er den samme energi som den organismer i dypet av arealbruk for overnatting og mat.

Den Methanogens, en type gamle bakterier som finnes rundt hydrotermale ventiler på Jorden — kombinerer hydrogen med karbondioksid, og i prosessen med denne reaksjonen frigjør energi og metan som en bieffekt. Enkle organismer som disse ble først bebodd Jordens hav. Selv nå, etter milliarder av år etter lanseringen, den methanogens leve uavhengig av sollys, og ta deres plass i en merkelig næringskjeden som opprettholder økosystemet av rør ormer og gigant muslinger.

Kan noen form for liv mer kompleks enn bakterier, skal skje på Enceladus, Europa eller bekymringsløse i dypet av noen andre lunar hav? "I disse undergrunnen hav kan være liv, men energikilder for å opprettholde livet er mye mer komplekse organismer, som trenger mer mat er kanskje ikke tilgjengelig," sier Shostak. "Vi kan ikke si at dette ikke kunne skje, ledsagere ble det 4,5 milliarder år gammel, så flercellede ting kan det være, men noen tunfisk — neppe."

Den Eneste måten å besvare dette spørsmålet er for å besøke disse verdener. NASA har godkjent oppgave, Europa, Clipper, som vil starte i 2024 og vil nå Jupiter i 2030. Romskipet vil reise rundt i Europa 45 ganger, komme til henne isete underlag til 30 kilometer. Fremtidige oppdrag som vil faktisk sitte på Europa, Enceladus eller Titan, er nødt til å finne en kompleks amino syrer og andre biomolecules produsert av levende vesener.

å Ha bare ett eksempel — vår egen verden — det er umulig å si om livet til helt vanlige, eller utrolig kosmisk sjeldne. "Vanligvis jeg tror at fordi fossilt eller kjemiske bevis for livet gå så langt tilbake i tid, liv dukket opp ganske raskt, sier Glen. "Og folk tror at hvis du er rask, så lett."

Lett, vanskelig eller et sted i mellom — spiller ingen rolle. Nå vet vi én ting: hvis liv er behov for vann, vann i bulk i Universet. Dette er en del av ligningen for å søke etter liv har allerede blitt løst endelig og ugjenkallelig.