Viață – dar nu așa cum o știm noi

După o serie de eșecuri în misiuni, în iulie 1965 au avut loc primele survoluri reușite ale planetei Marte. Sonda americană Mariner 4 a devenit prima navă spațială care a realizat fotografii de aproape ale unei alte planete, transmițând pe Pământ 22 de imagini ale suprafeței marțiene cu cratere de impact. De atunci, mai mult de 20 de misiuni de succes au explorat atmosfera și suprafața plantei roșii.

Grație imaginilor și datelor colectate- și de telescoape, atât de pe Pământ, cât și din spațiu – știm acum că, în urmă cu miliarde de ani, Marte avea cele trei ingrediente critice pentru viață. Avea o abundență de componente chimice, apă lichidă pe suprafața sa și o sursă de energie (activitatea vulcanică) pentru a alimenta reacțiile chimice care fac viața posibilă (pe Pământ, această sursă de energie este soarele). În prezent, se consideră că suprafața inospitalieră a planetei Marte este nepotrivită pentru viață, dar nu a fost exclusă posibilitatea ca viața să existe la adâncime sub suprafața sa înghețată. Până în prezent, însă, nu a fost găsită nicio dovadă de viață – străveche sau nu -. Faptul că Marte este locuibilă, se pare, nu înseamnă că are de fapt un habitat.

Cercetarea vieții marțiene este în curs de desfășurare, alte trei misiuni spre Marte fiind planificate să fie lansate în următorii ani. Pe termen mai lung, o serie de agenții spațiale își propun, de asemenea, să colecteze eșantioane de pe Marte și să le returneze pe Pământ pentru o analiză mai aprofundată. Iar căutarea de semne de viață extraterestră se întinde până în adâncurile sistemului nostru solar și dincolo de acesta.

Europa

Gigantul gazos Jupiter, următoarea planetă după Marte în sistemul solar, este inospitalieră pentru viață în orice formă imaginabilă în prezent. Dar lunile sale înghețate – în special Europa – au potențial. O serie de misiuni au trecut pe lângă Jupiter și pe lângă sateliții săi în drum spre alte locuri, dar misiunea Galileo a Nasa a fost prima concepută special pentru a orbita planeta și a-i studia sateliții. Aceasta a colectat imagini și date în sistemul jovian din 1995 până în 2003, trecând pe lângă Europa de 12 ori.

Imaginile și datele colectate de această navă spațială sugerează că Europa are o structură stratificată ca și Pământul: un nucleu bogat în fier, o manta stâncoasă și o crustă de gheață. Măsurătorile câmpului magnetic au descoperit un curent electric în interior, în concordanță cu un ocean lichid sărat sub crusta groasă de gheață din jurul întregii planete. Fotografiile care arată fisuri uriașe în gheață, realizate de aceeași misiune, susțin această idee.

Suprafața Europei seamănă cu gheața marină a Pământului din Antarctica, explică François Poulet de la Institutul de Astrofizică Spațială de la Universitatea Paris-Sud din Franța: „Aceasta indică faptul că gheața este destul de tânără din punct de vedere geologic și ar putea fi o dovadă a interacțiunii sale cu un rezervor de apă lichidă”. În decembrie 2012, telescopul spațial Hubble a detectat, de asemenea, vapori de apă deasupra Polului Sud al Europei și s-a propus ca aceștia să provină din erupțiile de apă. Totuși, navele spațiale nu au văzut încă aceste pene, așa că, dacă ele există, trebuie să fie intermitente.

Deci, Europa are probabil apă. Dar cum rămâne cu celelalte două componente necesare pentru a fi locuibilă? Ea are o sursă de energie termică care provine din frecarea de a fi atrasă spre câmpul gravitațional al lui Jupiter cu diferite cantități în diferite etape ale orbitei sale eliptice. Există, de asemenea, o mulțime de radiații în jurul lui Jupiter care pot declanșa reacții chimice (suficient de puternice pentru a distruge foarte repede orice compus organic format). Dar nu se știe încă dacă are ingredientele chimice brute corecte; modelarea sugerează că ar putea, dar sunt necesare mai multe date concrete.

În 2022, atât Agenția Spațială Europeană (ESA), cât și Nasa plănuiesc să lanseze nave spațiale care vor ajunge foarte aproape de Europa. Jupiter Icy Moons Explorer (Juice) al ESA va avea nevoie de peste șapte ani pentru a ajunge în sistemul jovian. ‘Vom ajunge la sfârșitul anului 2029 și vom începe să operăm în cursul anului 2030’, spune Poulet, membru al echipei care dezvoltă spectrometrul vizibil și în infraroșu de la bord, numit Majis (Moons and Jupiter Imaging Spectrometer). Principala țintă a misiunii Juice este Ganymede, un alt satelit al lui Jupiter, dar Europa va beneficia de două survoluri. Majis va caracteriza compoziția suprafeței acestei luni și – împreună cu spectrometrul UV de la bord – va determina compoziția atmosferei foarte subțiri a Europei. Alte camere și spectrometre vor contribui, de asemenea, la înțelegerea interiorului și a crustei acestei lumi înghețate.

Pentru misiunea Europa Clipper a Nasa, Europa este vedeta spectacolului. În timp ce misiunea aparent evidentă ar fi aceea de a orbita Europa timp de câțiva ani, orice navă spațială care ar face acest lucru ar fi expusă la radiații de pe Jupiter care ar scurta viața. În schimb, Europa Clipper va orbita în jurul lui Jupiter, intrând și ieșind din centura de radiații a acestuia. Aceasta va efectua cel puțin 45 de survoluri apropiate de Europa pe parcursul a trei ani și jumătate. Un amestec de camere de luat vederi și spectrometre va examina luna și atmosfera sa subțire. În cazul în care vor exista pene de apă deasupra Polului Sud, sonda va putea, de asemenea, să zboare prin acestea și, prin urmare, să măsoare direct compoziția chimică a oceanului lunar. Dacă Europa Clipper va fi lansată în 2022, există două posibile date de sosire a acesteia: 2025, dacă se va folosi noul sistem de lansare spațială (SLS) al Nasa, aflat în curs de dezvoltare, sau ianuarie 2030, dacă se va folosi o rachetă tradițională.

Enceladus

Lunile vecinului lui Jupiter, Saturn, sunt, de asemenea, ținte de top în căutarea vieții extraterestre, în special Enceladus și Titan. Cassini a ajuns în sistemul Saturn în 2001 și a efectuat 23 de survoluri ale lui Enceladus și 127 ale lui Titan înainte ca misiunea să se încheie în septembrie 2017.

Primul survol al lui Enceladus a ridicat semnale de alarmă că nu este corpul înghețat fără aer presupus anterior, explică Linda Spilker, cercetător al proiectului Cassini. Așa că Cassini s-a apropiat mai mult, și apoi din nou mai mult. „La al treilea survol am detectat în infraroșu termic un pol sudic fierbinte și am văzut de aproape cele patru fracturi cu dungi de tigru”, spune ea. Urmele de dungi de tigru din apropierea Polului Sud sunt cu 200°C mai calde decât restul lunii. La fel ca și în cazul Europei, se presupune că frecarea cauzată de forțele gravitaționale de pe Saturn înseamnă că Enceladus se încălzește din interior spre exterior.

Acest al treilea zbor a colectat, de asemenea, dovezi ale unei coloane de material care iese în jet din dungi. „Bineînțeles că acest lucru ne-a intrigat și mai mult în legătură cu Enceladus”, spune Spilker. ‘Unele dintre următoarele 20 de survoluri au zburat direct prin materialul plumei și au eșantionat gazele și particulele din ea. Atunci am găsit vapori de apă, un rezervor sărat și substanțe organice.”

Spectrometrul de masă ionică și neutră de la bordul Cassini a detectat molecule organice în penumbre, atât în gaze, cât și în particulele din interiorul lor, până la limita instrumentului. ‘Au putut detecta până la 100 de unități de masă atomică. Există grupe de la C2 la C6 și, posibil, dincolo de acestea’, explică Spilker.

Am găsit vapori de apă, un rezervor sărat și substanțe organice din jeturile polare ale lui Enceladus

Deși a fost ‘foarte interesant să găsim aceste substanțe organice’, nu se poate spune încă dacă acestea au fost formate de ființe vii sau nu, explică ea. ‘Instrumentul nu are o modalitate de a face această distincție, trebuie să ne întoarcem cu spectrometre de masă mai puternice, mergând până la un interval mult mai mare care ar putea căuta moleculele părinte cu lanț mare, cum ar fi aminoacizii și acizii grași.’

Alte descoperiri interesante în datele de pe penaj au fost excesul de hidrogen și detectarea unor mici grăunțe de nanosilice, care se pot forma doar în apă foarte fierbinte. ‘Aceste două informații împreună au indicat dovezi ale existenței unor guri hidrotermale pe fundul marin al lui Enceladus’, spune Spilker. Fântânile hidrotermale se formează în locurile în care apa de mare întâlnește magma. Apa coboară prin fisuri în miez, se încălzește și apoi iese din nou în forță.

Pe Pământ, fântânile hidrotermale sunt pline de organisme care nu sunt văzute nicăieri altundeva. Acești microbi își obțin energia din nutrienții din fluidele bogate în minerale care urcă din nucleul Pământului. Se crede că sunt singurele organisme de pe Pământ care nu-și obțin energia de la soare. Fântânile hidrotermale de pe Enceladus, precum și de pe alte corpuri planetare, sunt, prin urmare, locuri potențiale pentru viață.

Se crede că Enceladus, ca și Europa, are un ocean global sub suprafața sa înghețată. Un studiu de 10 ani de date Cassini, care a analizat vibrațiile lunii, a constatat că miezul și crusta nu sunt fixate împreună. ‘O modalitate de a le decupla este de a avea un ocean global de apă lichidă’, spune Spilker. ‘Există acum estimări conform cărora acest ocean global de pe Enceladus ar putea avea o vechime de sute de milioane sau chiar miliarde de ani – ar putea dura chiar din momentul în care Enceladus s-a format’. Acest lucru este interesant, deoarece înseamnă că a existat o cantitate uriașă de timp într-o imensă masă de apă pentru ca viața să se formeze potențial, explică ea.

Datele colectate de Cassini arată că Enceladus are cele trei ingrediente necesare pentru a susține viața, dar nu a fost găsită încă nicio dovadă că viața este efectiv prezentă. Telescoapele, explică Spilker, nu sunt foarte bune pentru a explora această lună: „Enceladus este foarte mică și este foarte aproape de Saturn, ceea ce face dificilă detectarea ei de pe Pământ”. Și din acest motiv, o nouă misiune aici este de dorit, explică ea.

Titan

Cassini nu a fost prima navă spațială care a vizitat lunile lui Saturn. Voyager 1 a vizitat regiunea în 1980. Când cercetătorii s-au întors pentru a reprelucra unele dintre aceste imagini vechi, după ce Cassini a descoperit penajele lui Enceladus, și-au dat seama că jeturile fuseseră de fapt surprinse pe cameră cu 25 de ani mai devreme.

Titanul a fost, totuși, ținta principală a misiunii Voyager a Nasa. În 1944, astronomii au folosit telescoape pentru a descoperi că această lună avea o atmosferă groasă care conținea metan. Datele colectate apoi de nava spațială Voyager au arătat că aceasta era formată în cea mai mare parte din azot, câteva procente de metan și cantități mai mici de hidrocarburi, cum ar fi etanul, propanul și acetilena. ‘Aveam măsurători de la Observatorul spațial în infraroșu, la mijlocul anilor 1990, care ne-au ajutat să găsim molecule mai complexe’, explică Sarah Hörst, chimist atmosferic la Universitatea Johns Hopkins din Baltimore, SUA. ‘Benzenul era cea mai grea moleculă despre care știam înainte de Cassini’, adaugă ea.

Chimia se complică foarte repede pe Titan

‘Cassini a ajuns acolo și a început să facă măsurători ale atmosferei și, în loc să găsească lucruri care aveau o masă de 78, cum ar fi benzenul, Cassini a descoperit că există ioni în partea de sus a atmosferei lui Titan care au mase de mai bine de 10.000’, spune Hörst. ‘Deci sunt șapte sau opt sute de atomi de carbon, mai degrabă decât șase sau șapte atomi de carbon.’

Instrumentele de la bordul Cassini – și sonda sa Huygens, care a aterizat pe Titan în ianuarie 2005 – nu au fost capabile să identifice acești ioni, ci doar să confirme că ei există. Aceste molecule se formează atunci când azotul și metanul din exteriorul atmosferei sunt descompuse de lumina ultravioletă și de radiații, iar apoi se recombină în tot felul de moduri. ‘Chimia devine foarte complicată foarte repede pe Titan’, explică Ralph Lorenz, tot de la Universitatea Johns Hopkins. Hörst este de acord: „Unul dintre cele mai importante lucruri pe care Cassini ni le-a spus despre Titan este că chimia este chiar mai complicată decât am crezut că este înainte de a ajunge acolo.”

Se crede că Titan are, de asemenea, un ocean de apă lichidă sub suprafața sa înghețată. ‘Crusta de gheață este probabil mult mai groasă pe Titan decât pe Europa și Enceladus’, spune Hörst. Din nou, așa cum se bănuiește și în cazul celorlalte luni cu oceane subterane, ar putea exista viață acolo jos. Dar acesta nu este singurul mediu de pe Titan în care s-ar putea forma potențial viața.

Titan are lacuri de-a lungul polilor săi. Este singurul loc, în afară de Pământ, cunoscut ca având un lichid la suprafața sa. Dar, cu o temperatură de suprafață de -180°C, acestea nu pot conține apă. Misiunea Cassini a stabilit că acestea sunt pline de etan și metan superîncălzit, care sunt gaze de pe Pământ. Pe Titan, aceste hidrocarburi lichide sculptează văile râurilor, formează nori și cad sub formă de ploaie. Dar ar putea, de asemenea, să acționeze ca solvent necesar pentru a susține viața?

„Dacă există organisme la suprafață, acestea ar trebui să folosească o chimie foarte diferită de a noastră”, explică Hörst. ‘S-ar putea să se bazeze tot pe carbon, azot, hidrogen și oxigen. Ar putea fi doar un set diferit de molecule care funcționează mai bine la acele temperaturi cu acel solvent.”

Materia organică se desprinde în mod constant din atmosferă

‘Nu înțelegem cu adevărat întreaga gamă de posibilități chimice într-un solvent nepolar precum metanul lichid’, explică Lorenz. ‘S-a speculat că ar fi posibil să se formeze membrane cu acrilonitril. Ideea este că acest tip de ansamblu se numește azotosom, un analog al lipozomului din chimia biologică convențională’. Extremitățile moleculelor care iubesc metanul și cele care urăsc metanul ar putea permite acrilonitrilului să se aranjeze într-o veziculă sferică capabilă să izoleze un set de substanțe chimice de altul.

‘Cunoaștem câteva posibilități pentru funcțiile pe care chimia acrilonitrilului trebuie să le îndeplinească pentru a deveni în cele din urmă vie, dar nu știm cum ar putea fi realizate toate etapele. Nu știm, bineînțeles, nici cum ar putea fi realizate toate etapele în apă’, spune Lorenz. ‘Așadar, sunt două medii diferite pe care trebuie să le căutăm pentru a găsi viață pe Titan. Putem căuta viață așa cum o cunoaștem, dar și viață așa cum nu o cunoaștem, ceea ce complică lucrurile.”

Hörst și Lorenz fac parte dintr-o misiune aflată în stadiul de idei care își propune să facă exact acest lucru. În decembrie 2017, Nasa a anunțat o finanțare suplimentară pentru a dezvolta posibilitatea de a trimite o aeronavă cu rotoare asemănătoare unei drone numită Dragonfly pentru a explora chimia prebiotică a lui Titan. În primăvara anului 2019, Nasa va anunța dacă Dragonfly va decola sau nu.

„Dacă vom fi suficient de norocoși ca Dragonfly să fie finanțat, vom lansa în 2025 și vom ajunge pe Titan în 2034”, explică Lorenz. Dragonfly ar fi un quadcopter capabil să zboare câteva zeci de kilometri într-o oră, mai mult decât a călătorit vreodată vreun rover planetar. ‘Particularitățile mediului de pe Titan, cu o gravitație scăzută și o atmosferă densă, înseamnă că ar fi foarte ușor de mutat laboratorul cu ajutorul rotorilor. Vom fi capabili să decolăm și să explorăm obiective din ce în ce mai interesante’, spune el.

Dragonfly ar deține o suită de instrumente pentru a analiza chimia suprafeței și atmosferei lui Titan. De asemenea, ar fi capabil să sondeze sub suprafață cu ajutorul unui burghiu și al unui spectrometru de raze gamma. ‘ informații despre lucruri pe care nu le putem vedea neapărat dacă ne uităm doar la suprafață’, explică Hörst. ‘Materia organică cade în mod constant din atmosferă și poate acoperi ceea ce se află dedesubt.’

Până în 2034, telescoapele vor continua să fie folosite pentru a studia Titan. ‘Atacama Large Millimetre Array, o rețea de radiotelescoape din deșertul Atacama din America de Sud, este o resursă cu adevărat incredibilă pentru noi’, spune Hörst. ‘Ei folosesc Titan ca țintă de calibrare și toate aceste date sunt disponibile publicului. Oamenii descoperă deja un număr destul de mare de molecule noi în atmosfera lui Titan folosind aceste date’. Telescopul va permite, de asemenea, să se descopere informații despre modul în care aceste molecule sunt distribuite în atmosfera lui Titan. ‘Și apoi, odată ce James Webb va fi lansat, să sperăm că vom reuși să obținem câteva informații științifice bune despre Titan și de la acel telescop.’

Dincolo de sistemul nostru solar

Telescopul spațial James Webb (JWST) este programat să fie lansat în prima jumătate a anului 2019. Acesta va „parca” în punctul Lagrange doi, o locație din spațiul îndepărtat unde atracția gravitațională a Soarelui, a Pământului și a Lunii se anulează reciproc. ‘Va sta acolo și va orbita în jurul acelui punct din spațiu’, explică Nikole Lewis, un astronom de la Space Telescope Science Institute din Baltimore, SUA, unde este dezvoltat JWST. Acesta este, de asemenea, centrul de operațiuni științifice pentru Telescopul Spațial Hubble.

Pe lângă studiul planetelor și sateliților din sistemul nostru solar, JWST va privi dincolo de sistemul nostru solar și se va alătura studiului exoplanetelor care au potențialul de a găzdui viață. În februarie 2017, s-a anunțat că steaua Trappist-1 are șapte planete de mărimea Pământului care orbitează în jurul ei. Aflat la doar 39 de ani lumină distanță, acest sistem solar arată foarte asemănător cu al nostru. Și cel puțin trei dintre planete se află în așa-numita zonă locuibilă, ceea ce înseamnă că ar putea găzdui apă lichidă pe suprafețele lor.

Plantele Trappist-1 au fost descoperite cu ajutorul telescopului spațial Spitzer, al telescopului Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope (Trappist) din Chile și al altor câteva telescoape cu baza pe Pământ. Iar de la descoperirea lor, o echipă condusă de Lewis a analizat unele dintre atmosferele acestor planete folosind Hubble. JWST va adăuga mult mai multe detalii la imaginea pe care echipa ei o formează în prezent despre aceste exoplanete și atmosferele lor.

JWST este un telescop în infraroșu cu o sensibilitate mult mai mare decât oricare dintre predecesorii săi. Acesta va fi capabil să detecteze amprentele chimice – dacă acestea există – ale componentelor atmosferei exoplanetelor, inclusiv apa, metanul, dioxidul de carbon, oxigenul și ozonul.

Echipa lui Lewis va căuta, de asemenea, dovezi că există viață pe una sau mai multe dintre aceste planete, modificând chimia din atmosfera sa. „Ne așteptăm ca anumite specii chimice să fie în echilibru, iar apoi viața dă peste cap acest echilibru”, explică ea. ‘Vom putea cerceta un număr mare de planete în căutarea acestor semne de dezechilibru în atmosferele lor care ar putea indica faptul că există viață acolo.’

Lewis este în mod clar entuziasmată de ceea ce ne poate aduce viitorul. ‘Va fi o perioadă foarte transformatoare în ceea ce privește exoplanetele și, de asemenea, știința sistemului solar. Împingând înainte, încercând să înțelegem lunile din sistemele noastre solare și apoi poate potențialul lor de a susține viața’.