Élet – de nem úgy, ahogy mi ismerjük

Egy sor sikertelen küldetés után 1965 júliusában történt meg az első sikeres Mars-körrepülés. Az amerikai Mariner 4 lett az első űrszonda, amely közeli felvételeket készített egy másik bolygóról, 22 képet sugározva vissza a Földre a becsapódásokkal tarkított marsi felszínről. Azóta több mint 20 sikeres küldetés vizsgálta a vörös növény légkörét és felszínét.

A földi és űrbeli távcsövek által gyűjtött képek és adatoknak köszönhetően ma már tudjuk, hogy évmilliárdokkal ezelőtt a Marson megvolt az élet három kritikus összetevője. Bőségesen rendelkezett a kémiai építőelemekkel, folyékony vízzel a felszínén és egy energiaforrással (vulkanikus tevékenység), amely az életet lehetővé tevő kémiai reakciókat táplálta (a Földön ez az energiaforrás a Nap). Ma úgy gondolják, hogy a Mars barátságtalan felszíne alkalmatlan az élet számára, de nem kizárt, hogy mélyen a fagyott felszín alatt is létezik élet. Mindezidáig azonban nem találtak bizonyítékot az életre – sem ősi, sem más módon -. Az, hogy a Mars lakható, mint kiderült, nem jelenti azt, hogy valóban van élőhelye.

A Marson minden hozzávaló megtalálható az élethez – víz, vegyi anyagok és energia -, de egyelőre nincs jele élőlényeknek

A marsi élet keresése folyamatban van, a következő években további három küldetés indítását tervezik a Marsra. Hosszabb távon számos űrügynökség célja az is, hogy mintákat gyűjtsön a Marsról, és azokat mélyebb elemzés céljából visszaszállítsa a Földre. A földönkívüli élet jeleinek keresése pedig Naprendszerünk mélyére és azon túlra is kiterjed.

Europa

A gázóriás Jupiter, a Naprendszerben a Mars után következő bolygó, a jelenleg elképzelhető formájú élet számára barátságtalan. De jeges holdjaiban – különösen az Europában – van potenciál. Számos küldetés repült már el a Jupiter és holdjai mellett útközben, de a Nasa Galileo küldetése volt az első, amelyet kifejezetten a bolygó körüli pályára állítására és holdjainak tanulmányozására terveztek. Képeket és adatokat gyűjtött a Jupiter-rendszerben 1995 és 2003 között, és 12 alkalommal haladt el az Europa mellett.

A szonda által gyűjtött képek és adatok arra utalnak, hogy az Europa a Földhöz hasonlóan réteges szerkezetű: vasban gazdag mag, kőzetköpeny és jégkéreg. A mágneses mező mérései elektromos áramot találtak a belsejében, ami összhangban van egy sós folyékony óceánnal az egész bolygót körülvevő vastag jégkéreg alatt. Az ugyanezen misszió által készített, a jégen hatalmas repedéseket mutató fényképek is alátámasztják ezt az elképzelést.

Az Európa felszíne hasonlít a földi tengeri jégre az Antarktiszon, magyarázza François Poulet, a franciaországi Université Paris-Sud Űrasztrofizikai Intézetének munkatársa: “Ez arra utal, hogy a jég geológiailag meglehetősen fiatal, és ez bizonyíték lehet a folyékony vízkészlettel való kölcsönhatására. 2012 decemberében a Hubble űrteleszkóp szintén vízgőzt észlelt az Europa déli pólusa felett, és azt feltételezték, hogy ez kitörő vízfúvókákból származik. Az űrszondák azonban még nem látták ezeket a fúvókákat, így ha léteznek is, azok csak időszakosan lehetnek.

Az Europa tehát valószínűleg rendelkezik vízzel. De mi a helyzet a lakhatósághoz szükséges másik két komponenssel? Van egy hőenergiaforrása, amely az ellipszis alakú pályájának különböző szakaszaiban különböző mértékben a Jupiter gravitációs mezeje felé húzódó súrlódásból származik. A Jupiter körül rengeteg sugárzás is van, amely potenciálisan kémiai reakciókat indíthat el (elég erős ahhoz, hogy nagyon gyorsan elpusztítsa a keletkező szerves vegyületeket). De hogy rendelkezik-e a megfelelő kémiai alapanyagokkal, azt még nem tudjuk; a modellezés azt sugallja, hogy igen, de további kemény adatokra van szükség.

2022-ben az Európai Űrügynökség (ESA) és a Nasa is azt tervezi, hogy űrszondákat indít, amelyek közelről és személyesen közelítik meg az Európát. Az ESA Jupiter Icy Moons Explorer (Juice) nevű űrszondája több mint hét év alatt éri el a Jupiter-rendszert. ‘2029 végén érkezünk meg, és 2030 folyamán kezdjük meg a működést’ – mondja Poulet, a fedélzeti Majis (Moons and Jupiter Imaging Spectrometer) nevű látható és infravörös spektrométert fejlesztő csapat tagja. A Juice küldetés fő célpontja a Ganümédész, a Jupiter másik holdja, de az Európa két elrepülést is kap. A Majis ennek a holdnak a felszíni összetételét fogja jellemezni, és – a fedélzeti UV-spektrométerrel együtt – meghatározza az Europa nagyon vékony légkörének összetételét. Más kamerák és spektrométerek is segítenek majd a jeges világ belsejének és kérgének megértésében.

A Nasa Europa Clipper küldetése számára az Europa a show sztárja. Bár a látszólag kézenfekvő küldetés az lenne, hogy néhány évig az Europa körül keringjen, minden űreszköz, amely ezt teszi, ki lenne téve a Jupiter életét megrövidítő sugárzásnak. Ehelyett az Europa Clipper a Jupiter körül fog keringeni, ki-be járkálva annak sugárzási övéből. Három és fél év alatt legalább 45 közeli elrepülést fog végrehajtani az Europa felett. Kamerák és spektrométerek keveréke fogja vizsgálni a holdat és annak vékony légkörét. Ha a déli pólus fölött valóban léteznek vízfúvókák, akkor ezeken is átrepülhet, és így közvetlenül megmérheti a hold óceánjának kémiai összetételét. Ha az Europa Clipper 2022-ben indul, két lehetséges érkezési időpontja van: 2025, ha a Nasa jelenleg fejlesztés alatt álló új űrrepülőgépét (SLS) használják, vagy 2030 januárja, ha hagyományos rakétát használnak.

Enceladus

A Jupiter szomszédjának, a Szaturnusznak a holdjai is kiemelt célpontok az idegen élet keresésében, különösen az Enceladus és a Titán. A Cassini 2001-ben érkezett a Szaturnusz-rendszerbe, és 23 elrepülést hajtott végre az Enceladus és 127-et a Titán felett, mielőtt a küldetés 2017 szeptemberében véget ért.

Az Enceladus első elrepülése jelezte, hogy nem az a levegőtlen jeges test, amit korábban feltételeztek róla – magyarázza Linda Spilker, a Cassini projekt kutatója. Ezért a Cassini közelebb ment, majd újra közelebb. A harmadik elrepüléskor a termikus infravörösben egy forró déli pólust észleltünk, és közelről láttuk a négy tigriscsíkos törést – mondja. A déli pólus közelében található tigriscsíkos jelek 200 °C-kal melegebbek, mint a hold többi része. Az Európához hasonlóan feltételezik, hogy a Szaturnusz gravitációs erői által okozott súrlódás miatt az Enceladus belülről kifelé melegszik.

Ez a harmadik átrepülés is bizonyítékot gyűjtött a csíkokból kilövellő anyagfúvókára. “Ez persze még jobban felkeltette az érdeklődésünket az Enceladus iránt” – mondja Spilker. ‘A következő 20 elrepülés közül néhányan közvetlenül a füstfelhő anyagán repültek keresztül, és mintát vettek a benne lévő gázokból és részecskékből. Ekkor találtunk vízgőzt, sótartalékot és szerves anyagokat.”

A Cassini fedélzetén lévő ion- és semleges tömegspektrométer a műszer határértékéig szerves molekulákat mutatott ki a füstfelhőkben, mind a gázokban, mind a benne lévő részecskékben. ‘Akár 100 atomi tömegegységet is ki tudtak mutatni. C2-től C6-ig és valószínűleg azon túl is vannak csoportok’ – magyarázza Spilker.”

Vízgőzt, sótartalékot és az Enceladus poláris fúvókáiból származó szerves anyagokat találtunk

Bár ‘nagyon izgalmas volt megtalálni ezeket a szerves anyagokat’, még nem lehet megmondani, hogy élőlények alkották-e őket vagy sem – magyarázza. ‘A műszer nem képes ezt a különbséget megtenni, vissza kell mennünk nagyobb teljesítményű tömegspektrométerekkel, sokkal nagyobb tartományban, amelyekkel olyan nagyláncú anyamolekulákat kereshetünk, mint az aminosavak és a zsírsavak.’

A másik izgalmas felfedezés a plume adataiban a hidrogénfelesleg és az apró nanoszilikaszemcsék kimutatása volt, amelyek csak nagyon forró vízben tudnak kialakulni. ‘Ez a két információ együttesen arra utalt, hogy az Enceladus tengerfenékén hidrotermikus forrásokra utalnak’ – mondja Spilker. A hidrotermális nyílások ott alakulnak ki, ahol a tengervíz magmával találkozik. A víz repedéseken keresztül jut le a magba, felmelegszik, majd erővel újra kijön.”

A Földön a hidrotermális nyílásokban olyan élőlények hemzsegnek, amelyeket sehol máshol nem látunk. Ezek a mikrobák a Föld magjából feláramló, ásványi anyagokban gazdag folyadékok tápanyagaiból nyerik energiájukat. Úgy gondolják, hogy ők az egyetlen olyan organizmusok a Földön, amelyek végső soron nem a Napból nyerik energiájukat. Az Enceladuson és más bolygókon található hidrotermális nyílások ezért az élet potenciális helyszínei.

Az Enceladus, akárcsak az Europa, a feltételezések szerint a jeges felszíne alatt globális óceán található. A Cassini 10 éves adatainak tanulmányozása, amely a hold rezgéseit vizsgálta, megállapította, hogy a mag és a kéreg nem rögzült egymáshoz. ‘A szétválasztásuk egyik módja, ha van egy globális folyékony vizes óceán’ – mondja Spilker. ‘Egyes becslések szerint ez a globális óceán az Enceladuson több százmillió vagy akár több milliárd éves lehet – akár az Enceladus kialakulása óta is fennállhatott.’ Ez azért izgalmas, mert ez azt jelenti, hogy egy hatalmas víztömegben hatalmas idő állt rendelkezésre az élet potenciális kialakulásához – magyarázza.”

A Cassini által gyűjtött adatok azt mutatják, hogy az Enceladus rendelkezik az élet fenntartásához szükséges három összetevővel, de az élet tényleges jelenlétére még nem találtak bizonyítékot. A távcsövek, magyarázza Spilker, nem alkalmasak ennek a holdnak a feltárására: “Az Enceladus nagyon apró, és nagyon közel van a Szaturnuszhoz, így a Földről nehéz észlelni”. Éppen ezért kívánatos lenne egy újabb misszió ide – magyarázza.”

Titan

A Cassini nem az első űrszonda volt, amely a Szaturnusz holdjait meglátogatta. A Voyager 1 1980-ban járt a térségben. Amikor a kutatók visszamentek, hogy újra feldolgozzanak néhány ilyen régi képet, miután a Cassini felfedezte az Enceladus fúvókáit, rájöttek, hogy a fúvókákat valójában 25 évvel korábban rögzítette a kamera.

A Nasa Voyager-missziójának fő célpontja azonban a Titán volt. A csillagászok 1944-ben távcsövek segítségével felfedezték, hogy ennek a holdnak vastag, metánt tartalmazó légköre van. A Voyager űrszondák által gyűjtött adatok aztán kimutatták, hogy ez főként nitrogénből, néhány százalék metánból és kisebb mennyiségű szénhidrogénből, például etánból, propánból és acetilénből áll. Az 1990-es évek közepén az Infravörös Űrmegfigyelő Intézet mérései segítettek megtalálni néhány összetettebb molekulát – magyarázza Sarah Hörst, a baltimore-i Johns Hopkins Egyetem (USA) légkörkémikusa. ‘A benzol volt a legnehezebb molekula, amit a Cassini előtt ismertünk’ – teszi hozzá.

A kémia nagyon gyorsan nagyon bonyolulttá válik a Titánon

‘A Cassini odaért és elkezdett méréseket végezni a légkörben, és ahelyett, hogy 78-as tömegű dolgokat talált volna, mint a benzol, a Cassini azt találta, hogy a Titán légkörének tetején olyan ionok vannak, amelyek tömege inkább 10 000-es” – mondja Hörst. ‘Tehát ez hét vagy nyolcszáz szénatomot jelent, nem pedig hat vagy hét szénatomot.’

A Cassini fedélzetén lévő műszerek – és annak Huygens-szondája, amely 2005 januárjában landolt a Titánon – nem voltak képesek azonosítani ezeket az ionokat, csak megerősíteni a létezésüket. Ezek a molekulák akkor keletkeznek, amikor a légkör külső részén lévő nitrogén és metán ultraibolya fény és sugárzás hatására lebomlik, majd mindenféle módon újra egyesül. A kémia nagyon gyorsan nagyon bonyolulttá válik a Titánon – magyarázza Ralph Lorenz, aki szintén a Johns Hopkins Egyetemen dolgozik. Hörst egyetért: “Az egyik legnagyobb dolog, amit a Cassini elárult nekünk a Titánról, hogy a kémia még bonyolultabb, mint gondoltuk, mielőtt odaértünk.”

A Titánról azt is feltételezik, hogy jeges felszíne alatt folyékony vízóceán található. ‘A jégkéreg valószínűleg sokkal vastagabb a Titánon, mint az Európán és az Enceladuson’ – mondja Hörst. Ismét, ahogy a többi felszín alatti óceánnal rendelkező hold esetében is gyanítható, élet létezhet odalent. De nem ez az egyetlen olyan környezet a Titánon, ahol potenciálisan kialakulhat az élet.

A Titánnak a pólusai mentén tavak vannak. Ez az egyetlen hely a Földön kívül, amelyről tudjuk, hogy folyadék van a felszínén. De -180°C-os felszíni hőmérséklet mellett ezek nem tartalmazhatnak vizet. A Cassini misszió megállapította, hogy tele vannak szuperhideg etánnal és metánnal, amelyek a Földön gázok. A Titánon ezek a folyékony szénhidrogének folyóvölgyeket vájnak, felhőket alkotnak és eső formájában hullanak. De vajon az élet fenntartásához szükséges oldószerként is működhetnek?

“Ha élőlények vannak a felszínen, akkor nagyon más kémiát kell használniuk, mint nekünk” – magyarázza Hörst. “Lehet, hogy még mindig szénen, nitrogénen, hidrogénen és oxigénen alapulna. Lehet, hogy csak másfajta molekulákról van szó, amelyek jobban működnek azokon a hőmérsékleteken, azzal az oldószerrel.”

A légkörből folyamatosan hullik ki szerves anyag

“Nem igazán ismerjük a kémiai lehetőségek teljes skáláját egy olyan nem poláris oldószerben, mint a folyékony metán” – magyarázza Lorenz. “Felvetődött, hogy akrilnitrillel membránokat lehet képezni. Az elképzelés szerint ezt a fajta összeállítást nevezzük azotoszómának, amely a hagyományos biológiai kémiában a liposzóma analógja. A molekulák metánkedvelő és metángyűlölő végei lehetővé tehetik, hogy az akrilnitril olyan gömbhólyaggá rendeződjön, amely képes elkülöníteni az egyik vegyületcsoportot a másiktól.”

“Ismerünk néhány lehetőséget azokra a funkciókra, amelyeket az akrilnitril kémiájának el kell látnia ahhoz, hogy végül élővé váljon, de nem tudjuk, hogyan lehetne az összes lépést elvégezni. Természetesen azt sem tudjuk, hogy az összes lépést hogyan lehetne elvégezni a vízben” – mondja Lorenz. ‘Tehát két különböző környezetben kell keresnünk az életet a Titánon. Kereshetünk életet úgy, ahogyan ismerjük, de életet úgy is, ahogyan nem ismerjük, ami bonyolítja a dolgokat.”

Hörst és Lorenz egy olyan küldetés részesei, amely az ötletek fázisában van, és éppen ezt célozza. 2017 decemberében a Nasa további finanszírozást jelentett be annak lehetőségének kidolgozására, hogy egy Dragonfly nevű drónszerű forgószárnyast küldjenek a Titán prebiotikus kémiájának feltárására. A Nasa 2019 tavaszán fogja bejelenteni, hogy a Dragonfly felszáll-e.

“Ha olyan szerencsések vagyunk, hogy a Dragonfly finanszírozást kap, akkor 2025-ben indulnánk, és 2034-ben jutnánk el a Titánra” – magyarázza Lorenz. A Dragonfly egy olyan quadcopter lenne, amely képes lenne néhány tíz kilométert repülni egy óra alatt, messzebbre, mint amennyit eddig bármelyik bolygójáró megtett. “A Titán környezetének sajátosságai, az alacsony gravitáció és a sűrű légkör azt jelenti, hogy a laboratóriumot rotorokkal nagyon könnyű lenne áthelyezni. Felszállhatunk, és fokozatosan egyre érdekesebb célpontokat vizsgálhatunk meg” – mondja.”

A Dragonfly a Titan felszínének és légkörének kémiai vizsgálatára alkalmas műszereket tartalmazna. Képes lenne a felszín alatt is szondázni egy fúróval és egy gammasugár-spektrométerrel. “Olyan dolgokról kaphatnánk információt, amelyeket nem feltétlenül látnánk, ha csak a felszínt néznénk” – magyarázza Hörst. ‘A szerves anyag folyamatosan hullik ki a légkörből, és ez eltakarhatja azt, ami alatta van.’

2034 előtt továbbra is távcsövekkel fogják vizsgálni a Titánt. ‘Az Atacama Large Millimetre Array, egy rádióteleszkóp-csoport a dél-amerikai Atacama-sivatagban, igazán hihetetlen erőforrás számunkra’ – mondja Hörst. ‘A Titánt használják kalibrációs célpontként, és az összes adat nyilvánosan elérhető. Az emberek máris számos új molekulát fedeztek fel a Titán légkörében az adatok felhasználásával. A teleszkóp azt is lehetővé teszi, hogy információkat fedezzenek fel arról, hogyan oszlanak el ezek a molekulák a Titán légkörében. “És amint a James Webb elindul, remélhetőleg azzal a teleszkóppal is jó Titán-tudományi eredményeket érhetünk el.”

Naprendszerünkön túl

A James Webb űrteleszkóp (JWST) a tervek szerint 2019 első felében indul. A kettes Lagrange-pontban fog “parkolni”, egy olyan mélyűri helyen, ahol a Nap, a Föld és a Hold gravitációs vonzása kiegyenlíti egymást. “Csak ott fog ülni és keringeni az űr ezen pontja körül” – magyarázza Nikole Lewis, az amerikai Baltimore-ban található Space Telescope Science Institute csillagásza, ahol a JWST-t fejlesztik. Itt található a Hubble Űrteleszkóp tudományos műveleti központja is.

A Naprendszerünk bolygóinak és holdjainak tanulmányozása mellett a JWST a Naprendszeren túlra is kitekint, és bekapcsolódik az olyan exobolygók vizsgálatába, amelyek potenciálisan életnek adhatnak otthont. 2017 februárjában jelentették be, hogy a Trappist-1 csillag körül hét Föld méretű bolygó kering. Ez a mindössze 39 fényévre lévő naprendszer nagyon hasonlít a miénkhez. A bolygók közül pedig legalább három az úgynevezett lakhatósági zónában van, ami azt jelenti, hogy felszínükön folyékony víz lehet.

A Trappist-1 bolygókat a Spitzer-űrteleszkóp, a chilei Tranzitbolygók és Planetesimálisok Kis Teleszkópja (Trappist) és néhány más földi távcső segítségével találták meg. Felfedezésük óta pedig egy Lewis által vezetett csapat a Hubble segítségével átvilágította néhány ilyen bolygó légkörét. A JWST nagyon sok további részletet fog hozzáadni ahhoz a képhez, amelyet csapata jelenleg alkot ezekről az exobolygókról és légköreikről.

A JWST egy infravörös távcső, amely sokkal nagyobb érzékenységgel rendelkezik, mint bármelyik elődje. Képes lesz kimutatni az exobolygók légkörének kémiai ujjlenyomatait – ha vannak ilyenek -, beleértve a vizet, metánt, szén-dioxidot, oxigént és ózont.

Lewis csapata arra is bizonyítékot keres majd, hogy egy vagy több ilyen bolygón élet van, ami megváltoztatja a légkör kémiai összetételét. “Azt várjuk, hogy bizonyos kémiai fajok egyensúlyban legyenek, és az élet felborítja ezt az egyensúlyt” – magyarázza. “Nagyszámú bolygót fogunk tudni átkutatni, keresve az egyensúlyhiány jeleit a légkörükben, ami arra utalna, hogy ott élet van.”

Lewis láthatóan izgatottan várja, hogy mit hozhat a jövő. “Ez egy nagyon átalakító időszak lesz az exobolygók és a naprendszertudomány szempontjából is. Előrelépünk, megpróbáljuk megérteni a holdakat a naprendszerünkben, és aztán talán az élet fenntartásának lehetőségét.