Fizika | Csillagászat, űrkutatás » Az élet keresése a Naprendszerben

II/1. FEJEZET Az élet keresése a Naprendszerben 1. rész: Helyzetáttekintés Arra az egyszerû, de nagyon fontos kérdésre, hogy van-e vagy volt-e élet a Földön kívül valahol máshol is a Naprendszerben, évszázadok óta keresi a választ a tudomány. Galilei elsõ távcsöves megfigyelései tették világossá, hogy a Hold és a bolygók valóban égitestek, amelyeken hegyek, völgyek, „tengerek” és síkságok vannak, akárcsak a Földön. Késõbb a Vénuszról kiderült, hogy nagyjából a Földdel azonos méretû, a Marson pedig sarki hósapkákat és évszakos színváltozásokat fedeztek fel. Mindez támogatta azt az elképzelést, hogy a Naprendszer tele van „lakott világokkal” Végül a 19 század végén „felfedezett” Marscsatornák a közvéleményben és részben a csillagászok között is megerõsítették a nemcsak lakott, de civilizált, értelmes lényekkel benépesített Mars bolygó képzetét. Négy évszázadon keresztül tartotta magát az

a hit, hogy ha megfelelõ eszközeink, elég nagy távcsöveink lennének, akkor élõlényekre bukkannánk szinte minden égitesten a Naprendszerben. A Percival Lowell által látni vélt csatornák a Mars felszínén 100 | HA JÖVÕ, AKKOR VILÁGÛR Van-e élet a Marson? A fordulat akkor kezdõdött, amikor a fényképezés elterjedésével a vizuális megfigyelésnél objektívebb csillagászati eszközök születtek, és ezekkel nem sikerült felfedezni a híres csatornákat. A lakott Naprendszer hívei kedvüket vesztették, a csillagászok akkor már fõleg a csillagvilág titkaival, asztrofizikával foglalkoztak. A Marsnál ugyan nem zárták ki, hogy valamiféle életformák létezhetnek a felszínén, de a többi bolygó esetében a körülmények az élet szempontjából ijesztõen ellenségesnek látszottak. 1957, az ûrkorszak kezdete természetesen óriási mértékben megnövelte a közvetlen kutatás lehetõségeit. Elsõként – alig két évvel az elsõ mûhold

felbocsátása után – a Hold korábban sohasem látott túlsó oldalának lefényképezése történt meg Még a hatvanas években elrepültek az elsõ szovjet és amerikai ûrszondák a Mars mellett. A Mariner és Marsz szondák felvételei és mérései a vártnál sokkal ridegebb körülményeket mutattak a vörös bolygó felszínén: a ritka légkör fõleg szén-dioxidot tartalmaz, a jégsapkákat is fagyott szén-dioxid alkotja, az alacsony hõmérséklet és légnyomás kizárja, hogy folyékony víz lehet a felszínen, s a Mars felszínérõl érkezõ elsõ képeken kihalt, kráterekkel borított, szinte holdbéli táj látszott. A harmadik korszak a Mars körül keringõ Mariner–9 1971-es megfigyeléseivel kezdõdött. Ekkor fedezték fel a Mars felszínén a hatalmas vulkánokat és a száraz folyóvölgyeket, amelyek egy egykor sokkal aktívabb Marsról tanúskodtak. Mivel a felszíni víz jelenléte az élet alapvetõ feltételének tekinthetõ, újra lendületet

kapott az élet kutatása a Marson, majd késõbb a Naprendszer néhány más égitestén (Europa hold, Titán hold) is. Mindmáig az egyetlen kifejezetten az élet kimutatására szolgáló ûrkísérlet az amerikai Viking leszállóegységpárhoz kapcsolódik, és harminc évvel ezelõtt, 1976-ban történt. Az egyik Viking lander a Mars Chryse Planitia síkságán, a másik onnan 1500 km-re az Utopia Planitia síkságon szállt le Miközben a Viking orbiterek hõmérsékletet mértek és vízgõzt kerestek a légkörben, a leszállóegységek a környezetet fényképezték, a talajt elemezték, és kifejezetten életre utaló anyagcsere-tevékenységet kerestek a talajmintákban. Közvetlen környezetükben életnek nyoma sem látszott, sõt szerves anyag jelenlétét sem sikerült kimutatni a felszínen, noha meteorbecsapódások révén biztosan került a Marsra is jelentékeny mennyiségû, nem biológiai eredetû szerves molekula A szerves anyag hiánya sokak szerint eleve

kizárta, hogy élet lenne a Mars felszínén. Mindkét Viking leszállóegység három-három kifejezetten mikrobiológiai kísérletet is végzett. Minthogy ilyen jellegû mérés azóta sem történt idegen égitesten, jelentõségük igen nagy az asztrobiológia szempontjából (A Mars Express európai Mars-szondával együtt indított Beagle–2 angol leszállóegység hajtott volna végre hasonló méréseket, de a leszállás során elpusztult.) A három kísérlet közül kettõben feltételezték, hogy a marsi mikroorganizmusok vizes közegben élnek vagy éltek A marsi talajmintát ezért kapcsolatba hozták egy szerves molekulákat tartalmazó, vizes oldattal, és a marsi élõlények anyagcsere-termékeit keresték. A harmadik kísérlet olyan gázokat használt (CO2 és II/1. AZ ÉLET KERESÉSE A NAPRENDSZERBEN | 101 CO), amelyek a Mars légkörében jelen vannak, de vizet nem. Meglepõ módon tulajdonképpen mindhárom kísérlet pozitív eredménnyel zárult, ezt

azonban a szerves anyag hiánya miatt nem lehetett élet jelenlétének tulajdonítani. Magyarázatként kémiai reakciókat fogadtak el: a meglepõ eredményt a vízzel végzett kísérletekben a Nap UV-sugárzása következtében a talajban keletkezõ hidroxilgyökök erõs oxidáló hatásának, a száraz kísérlet esetében pedig a CO és bizonyos vastartalmú alkotóelemek kölcsönhatásának tulajdonították (Az OHgyökök jelenléte okozná a szerves anyag hiányát, és egyben a Mars-felszín jellegzetes rozsdavörös színét is) A Viking–2 a Mars felszínén A két távoli Viking-leszállóhely hasonlósága a globális folyamatok fontosságát emeli ki a Marson. Ilyen globális jelenség lenne a nagyfokú szárazság, az erõs UV-sugárzás és a bolygóméretû porviharok jelenléte. A Vikingek ugyanis a Marsot még a vártnál is szárazabb égitestnek találták, ráadásul éppen az egyenlítõi vidékek a legszárazabbak, ahol a hõmérséklet – kedvezõ

esetben – a fagypont fölé is emelkedhet. A szakmai vélemény ezért szinte egységes volt a Viking-eredményekrõl: a Mars felszíne steril, legfeljebb a felszín alatti rétegeket lenne érdemes átkutatni élet nyomai után. (Késõbb kiderült, hogy a Vikingkísérletek még a Föld bizonyos rideg, de életteli vidékein sem vezettek volna pozitív eredményre!) 102 | HA JÖVÕ, AKKOR VILÁGÛR Az azóta eltelt harminc év ûrkutatási eredményei jelentõsen módosították a képet. A víz és az élet szoros kapcsolatából mint alaphipotézisbõl kiindulva az újabb Mars-szondák fõleg a víz keresésére koncentráltak. A Mars Global Surveyor, a Mars Odyssey amerikai, illetve a Mars Express európai Mars-mûholdaknak sikerült teljesen és részletesen feltérképezniük a bolygót, a Spirit és az Opportunity roverek pedig éveken keresztül fontos megfigyeléseket és méréseket hajtottak (és hajtanak) végre a Mars ígéretes vidékein. Az eredmények

megerõsítették, hogy a Marson voltak idõszakok, amikor jelentõs mennyiségû folyóvíz folyt a felszínen. Errõl tanúskodnak az üledékrétegek több meredek völgy oldalfalán, az egykori nagy kiterjedésû Északi-óceán létére utaló megfigyelések, sõt a déli magasföldön – bizonyos meredek völgyek pólus felé mutató oldalain – a talajból szivárgó vízerecskékre utaló, friss eróziós nyomokat is találtak. Az sem kétséges immár, hogy a Mars talaja alatt ma is nagy mennyiségû vízjég található. A Mars Odyssey mérései szerint egy méter mélységig fõleg a sarki régiókban nagyon sok a hidrogén, feltehetõleg vízjég formájában (legalábbis ott vannak a hidrogénben gazdag területek, ahol modellszámítások szerint a vízjég stabilan megmaradhat). A jeget borító, néhány deciméteres fedõréteg az egyenlítõtõl a pólusok felé haladva elvékonyodik. Az 55 fok szélességen túli területeken a talaj felsõ egy méterében (ahonnan

a mérések információt szolgáltattak) a vízjég az össztömeg 50%-át is elérheti, míg az egyenlítõnél általában csak 2–10%, bár van az egyenlítõn két kivételes, vízjégben gazdagabb terület is. A Mars Express 2005-ben közvetlenül le is fényképezett egy 35 km-es krátert az északi sarkvidéken, amelynek belsejét egyértelmûen vízjég borítja. Vízjégmaradvány a Mars egyik kráterében II/1. AZ ÉLET KERESÉSE A NAPRENDSZERBEN | 103 Vízfolyásnak tulajdonított nyomok a Marson 1996-ban nagy feltûnést keltett, amikor a NASA bejelentette, hogy egy az Antarktiszon gyûjtött, egyértelmûen a Marsról származó meteoritban (ALH84001) nem földi eredetû, fosszilis életnyomokra bukkant. A meteoritban talált szerves molekulák, a vizes környezetben kivált karbonátok, a megfigyelt magnetitkristályláncok, valamint fõképp a megkövesedett nanobaktériumokra emlékeztetõ formák a meteorit belsejében külön-külön ugyan magyarázhatók nem

az élethez kapcsolódó folyamatokkal, de együttes fellépésük egyes kutatók szerint legegyszerûbben marsi életformákkal indokolható. Noha azóta már tíz év telt el, és két másik marsi meteoritban (Nakhla és Shergotty) is találtak hasonló nyomokat, a vita a jelenségek értelmezésérõl még nem zárult le. Évszakos változást mutató sötét foltok (DDS) a Mars felszínén 104 | HA JÖVÕ, AKKOR VILÁGÛR Hasonlóan vitatott az az elmélet is, amelyet a Mars déli sarkvidéke körüli dûnéken az ottani tavasz idején fellépõ sötét foltok (DDS) magyarázatára dolgoztak ki magyar kutatók (Horváth András, Gánti Tibor és mások). Az elgondolás lényege az, hogy a szárazjég elolvadásával az alatta lévõ jégkéreg üvegházhatással melegíti a vizes talajon élõ baktériumtelepeket, majd a víz és jég szublimálódik, a marsi élõlények pedig kiszáradva vészelik át, amíg újra hó vagy jég borítja be õket. Ezt a feltevést még

kevesen fogadják el, de arról sokan meg vannak gyõzõdve, hogy mélyen a felszín alatt érdemes lenne élet után kutatni a Marson. Mélyebb rétegekben a felette lévõ talaj nyomása biztosíthatja, hogy a víz folyékony állapotba kerüljön, de a fagypont feletti hõmérséklethez még belsõ hõforrás feltételezése is szükséges: vagy vulkanizmus, vagy mágneses forrópont Bár vulkáni aktivitást még senki sem észlelt a Marson, ám a híres Shergotty meteorit lávakristályainak tanúsága szerint 200–400 millió évvel ezelõtt még láva folyhatott a vörös bolygón. Ha pedig 4 milliárd évig volt ott vulkáni aktivitás, akkor napjainkra miért szûnt volna meg? Elsõsorban a sarkvidékek körül van elég vízjég ahhoz, hogy egy esetleges vulkán hõje révén létrejöjjön valamiféle „vízkörforgás” a talaj alatti rétegekben. A Mars felszínén látott vízfolyások is arra utalnak, hogy a talaj mélyén rejlõ hatalmas víztárolók kiömlése

idõrõl idõre katasztrofális elöntéseket hozhatott létre. Érdemes lenne az ilyen kiömlések következtében felhalmozódott törmelékben életmaradványok után kutatni. Ez a marsi élet a mélyben, a víztározókban fejlõdött volna ki, majd a katasztrófák idején jutott volna fel a felszínre. A mélységben létrejött (esetleges) élet azonban nélkülözné a fotoszintézishez szükséges napfényt. Az élõlényeknek más módszert kellene alkalmazniuk az energiaszerzéshez. Erre persze van példa a Földön is: a mélytengeri füstölõkben a tápláléklánc alapja a kiáramló hidrogén-szulfid kémiai oxidációja (a tengervízben oldott oxigén segítségével). Ehhez a módszerhez azonban a Marson nincs elég oxigén Léteznek más kémiai reakciók, amelyek a Mars szén-dioxid légkörében is mûködnének: például bizonyos földi mikroorganizmusok energiájukat a hidrogén és a szén-dioxid kölcsönhatásából nyerik, ami metánt és vizet eredményez.

(Valamiféle metánforrásnak a legújabb megfigyelések szerint a Marson is mûködnie kell!) A hidrogén a felszín alatti vulkanikus tevékenységbõl származhat, vagyis a geotermális aktivitás nemcsak megolvasztja a vízjeget, hanem az élethez szükséges kémiai energiát is szolgáltatná. Ha tényleg van élet mélyen a Mars felszíne alatt a feltételezett víztározókban, akkor ez nem lehet teljesen izolált, tehát az életképes, bár kiszáradt spórák mindenüvé eljuthatnak a felszínen is. Keresésük a Marson külön feladat lehet a jövõ asztrobiológiai programjai keretében II/1. AZ ÉLET KERESÉSE A NAPRENDSZERBEN | 105 Van-e élet az Europa hold óceánjában? Mint a Mars asztrobiológiai vizsgálata is bizonyítja, az élet keresése és a víz keresése szorosan összefügg. Ahol szabad, esetleg jégkéreggel borított vízóceánokat sejtünk, ott érdemes élet után is kutatni. Erre kiváló példa a Jupiter Europa nevû holdjának esete. Már a

Jupiter rendszerén átrepülõ Voyager szondák közelfelvételei alapján gyanítható volt, hogy az Europa különösen érdekes égitest: rendkívül sima felszínét törésvonalak hálózata borítja. Mivel becsapódási krátereknek alig van nyomuk, feltehetõ, hogy a hold felszíne nagyon fiatal Késõbb a Galileo-ûrszonda hosszabb ideig és közelrõl vizsgálhatta ezt az érdekes égitestet. Megállapította, hogy minden bizonnyal hatalmas sós óceán rejlik a töredezett jégkéreg alatt. A magyarázat ugyanaz az árapályfûtés lehet, amely a legbelsõ nagy Jupiter-hold, az Io esetében a rendkívüli vulkáni aktivitást okozza. A Jupiter Europa holdjának felszíne Ma még nem dönthetõ el egyértelmûen a jégkéreg vastagsága. Általában 10–20 km-esnek tekintik, de melegebb vízáramlatok felett akár 1–3 km vékony is lehet. Ez utóbbi helyeken a kéreg táblákra töredezhet, amelyek egymáshoz képest elmozdulhatnak. (A Galileo által készített

felvételeken ilyen jelenségek megfigyelhetõk.) Ma még nem tudjuk pontosan, milyen lehet a jégkéreg alatti, mintegy 100 km mély óceán, de geokémiai modellek alapján felteszik, hogy ol- 106 | HA JÖVÕ, AKKOR VILÁGÛR dott állapotú, vulkáni eredetû szén-dioxidot, kén-dioxidot és metánt is tartalmaz. Ha ugyanis az Europa óceánjának fenekén létezik vulkáni tevékenység, akkor e helyeken biztosítva van az energia és a tápanyag valamiféle élet kialakulásához és fennmaradásához. Talán más holdakon is van összefüggõ vízóceán a száraz kéreg alatt Ilyen, a felszíntõl évmilliók óta elzárt víztározók a Földön is léteznek, legfontosabb közülük a Vosztok-tó az Antarktiszon, amely 14 000 km2 területû és sok százezer éve legalább 4 km vastag jégpáncél borítja (ez egyébként csupán az egyik, bár a legnagyobb az eddig felfedezett, mintegy száz, felszín alatti tó közül az Antarktiszon). Vizsgálata sokat elárulhat az

élet alkalmazkodóképességérõl ilyen extrém körülmények között. Az Antarktisz jege alatti Vosztok-tó körvonalai egy radarképen II/1. AZ ÉLET KERESÉSE A NAPRENDSZERBEN | 107 Van-e élet a Titán holdon? Még az Europa is közeli szomszédunknak számít az óriási Titán holdhoz képest, amely a Szaturnusz körül kering. Ez az egyetlen hold a Naprendszerben, amely sûrû (és ráadásul a földi légkörhöz hasonlóan fõképp nitrogénbõl álló) atmoszférával rendelkezik. Mivel légköre átlátszatlan, felszínét csak a Cassiniszonda odaérkezése óta kezdjük megismerni Sikeres megfigyeléseket hajtott végre 2005. január 14-én a Cassinirõl leválasztott európai Huygens-szonda, miközben simán leereszkedett a Titán felszínére Útközben mérte a légkör összetételét: a nitrogén mellett ereszkedés közben egyre több lett a metán (amely 20 km körüli magasságban felhõket alkot), és argon–40-izotópot is talált, ami vulkáni

aktivitásra utal. A Titánt fõképp azért tekintik asztrobiológiai szempontból izgalmas égitestnek, mert bizonyos mértékig az õsi Földre emlékeztet. Felszínét, amelyen a Huygens mérései szerint csak –180°C a hõmérséklet, és 1,5 atmoszféra a légnyomás, valószínûleg keményre fagyott vízjég alkotja. A megfigyelések szerint lehetnek metán vagy etán alkotta tavak is a felszínén, de folyékony szénhidrogén elõfordulhat a mindent beborító, porózus jég belsejében is. Errõl az égitestrõl is feltételezik, hogy kb. 200 km vastag vízóceánt rejteget. Ha pedig a légkörben keletkezett szerves molekulák valahol találkoznak a folyékony vízzel – például ha egy nagy meteorbecsapódás felszakítja a jégkérget –, akkor Folyékony metán alkotta tavak a Szaturnusz valamiféle élet megjelenése sem Titán holdjának felszínén? zárható ki teljesen. 108 | HA JÖVÕ, AKKOR VILÁGÛR Van-e élet az Enceladus holdon? A Cassini-ûrszonda

méréseinek eddigi legmeglepõbb eredménye kétségkívül az a 2006-ban végzett megfigyelés, hogy a Szaturnusz egyik kisebb, alig 505 km átmérõjû holdja, az Enceladus gejzíraktivitást mutat. A megfigyelt jeges anyagkitörések során a jégszemcsék egészen 435 km magasságig követhetõk voltak. Mivel e holdak alapvetõ alkotóeleme a vízjég, biztosnak látszik, hogy a gejzírek mûködése nyomán nagy magasságokba kirepülõ anyag is jégszemcsékbõl áll. Az Enceladus ugyan rezonanciapályán kering egy másik kis holddal, a Mimasszal, de ilyen döbbenetes aktivitásra senki sem számított. A Föld, a Jupiter Io nevû és a Neptunusz Triton nevû holdja után az Enceladus a negyedik, bizonyítottan aktív égitest a Naprendszerben. Felszíne alatt nem túl mélyen folyékony vízréteg lehet, vagy a jégkéregben vízzel teli zárványok húzódnak meg. A zárványokból az árapályfûtés hatására felmelegedõ és felszabaduló anyag hozhatja létre a

gejzírszerû kitöréseket. Az élethez feltehetõen szükséges tápanyagok jelenléte a kisméretû holdon már problematikusabb, e téren további vizsgálatok szükségesek Kitörés a Szaturnusz Enceladus nevû holdján a Cassini-ûrszonda felvételén Összegezve a mai álláspontot, bár még mindig nincs megdönthetetlen bizonyíték Földön kívüli élet létezésére, egyre elfogadottabb az a nézet, hogy a Naprendszerben több más égitesten is érdemes valamiféle primitív élet után II/1. AZ ÉLET KERESÉSE A NAPRENDSZERBEN | 109 kutatni. Az is kiderült, hogy erre nemcsak az ún „lakható zónán” belül van lehetõség, ahol a napsugárzás biztosítja a folyékony víz jelenlétéhez szükséges hõmérsékletet. Messze túl a lakható zónán, például a külsõ óriásbolygók holdjainál árapályfûtés, esetleg üvegházhatás megteremtheti az életfeltételeket Arra nincs kilátás, hogy itt a Naprendszerben bárhol másutt az élet olyan

hatalmas fejlõdésnek indult volna, mint a Földön. Ennek megfelelõen nem várható összetett, fejlett, a földi bioszférában megszokott életformák felfedezése bármely más bolygón vagy holdon Viszont van még esély élõlények felfedezésére a Marson (külön probléma természetesen annak eldöntése, hogy a Földrõl odakerült vagy függetlenül kifejlõdött életet találtunk-e), esetleg az Europán és más holdakon is. Úgy tûnik, ez az asztrobiológiai program évtizedekre meghatározza a Naprendszer ûrszondás vizsgálatának célját – hacsak valamilyen váratlan felfedezés alapvetõen meg nem változtatja a helyzetet Az Enceladus hold repedezett felszíne közelrõl