30.3: Kutafuta Maisha zaidi ya Dunia

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Eleza kile tulichojifunza kutokana na utafutaji wa mazingira kwenye Mars
• Kutambua ambapo katika mfumo wa jua maisha ni uwezekano mkubwa endelevu na kwa nini
• Eleza baadhi ya misioni muhimu na matokeo yao katika kutafuta maisha zaidi ya mfumo wetu wa jua
• Eleza matumizi ya biomarkers katika kutafuta ushahidi wa maisha zaidi ya mfumo wetu wa jua

Wanaastronomia na wanasayansi wa sayari wanaendelea kutafuta maisha katika mfumo wa jua na ulimwengu kwa ujumla. Katika sehemu hii, tunazungumzia aina mbili za utafutaji. Kwanza ni utafutaji wa moja kwa moja wa sayari ndani ya mfumo wetu wa jua, hasa Mars na baadhi ya miezi ya barafu ya mfumo wa jua nje. Pili ni kazi ngumu zaidi ya kutafuta ushahidi wa maisha-biomarker —kwenye sayari zinazozunguka nyota nyingine. Katika sehemu inayofuata, tutachunguza SETI, utafutaji wa akili za nje. Kama utakavyoona, mbinu zilizochukuliwa katika kesi hizi tatu ni tofauti sana, ingawa lengo la kila mmoja ni sawa: kuamua kama maisha duniani ni ya kipekee katika ulimwengu.

Maisha ya Mars

Uwezekano kwamba Mars majeshi, au ina mwenyeji, maisha ina historia tajiri dating nyuma ya “mifereji” ambayo baadhi ya watu alidai kuona juu ya uso Martian kuelekea mwisho wa karne ya kumi na tisa na mwanzo wa ishirini. Na alfajiri ya umri nafasi alikuja uwezekano wa kushughulikia swali hili kwa karibu kupitia maendeleo ya misioni ya Mars ambayo ilianza na flyby kwanza mafanikio ya spacecraft roboti katika 1964 na kuwa imesababisha kupelekwa kwa NASA ya Cudiasity Rover, ambayo nanga juu ya uso Mars 'katika 2012.

Ujumbe wa mwanzo wa Mars ulitoa vidokezo kwamba maji ya kioevu-moja ya mahitaji ya msingi ya maisha-inaweza mara moja yamekuwa yamepita juu ya uso, na ujumbe wa baadaye umeimarisha hitimisho hili. Wafanyabiashara wa Viking wa NASA, ambao lengo lake lilikuwa kutafuta moja kwa moja ushahidi wa maisha kwenye Mars, walifika Mars mwaka 1976. Viking vyombo onboard hawakupata molekuli hai (mambo ambayo maisha ni kufanywa), na hakuna ushahidi wa shughuli za kibiolojia katika udongo martian kuchambuliwa.

Matokeo haya hayashangazi hasa kwa sababu, licha ya ushahidi wa maji yaliyogeuka katika siku za nyuma, maji ya kioevu juu ya uso wa Mars kwa ujumla si imara leo. Zaidi ya kiasi kikubwa cha Mars, joto na shinikizo juu ya uso ni ndogo sana kwamba maji safi ingeweza kufungia au kuchemsha mbali (chini ya shinikizo la chini sana, maji yatapika kwa joto la chini sana kuliko kawaida). Kufanya mambo mabaya zaidi, tofauti na Dunia, Mars haina shamba la magnetic na safu ya ozoni ili kulinda uso kutokana na mionzi ya jua ya ultraviolet yenye hatari na chembe za juhudi. Hata hivyo, uchambuzi wa Viking wa udongo haukusema chochote kuhusu iwapo maisha yanaweza kuwepo katika siku za nyuma za Mars, wakati maji ya maji yalikuwa mengi zaidi. Tunajua kwamba maji katika mfumo wa barafu yapo kwa wingi juu ya Mars, sio kirefu chini ya uso wake. Mvuke wa maji pia ni sehemu ya anga ya Mars.

Tangu ziara ya Viking, ufahamu wetu wa Mars umeongezeka kwa kuvutia. Orbiting spacecraft wametoa picha milele-zaidi ya kina ya uso na kugundua kuwepo kwa madini ambayo inaweza kuwa sumu tu mbele ya maji kioevu. Mbili ujasiri uso misioni, Mars Exploration Rovers Roho na Nafasi (2004), ikifuatiwa na kubwa zaidi udadisi Rover (2012), alithibitisha data hizi kijijia-kuhisi. Rovers zote tatu zilipata ushahidi mwingi kwa historia ya zamani ya maji ya kioevu, haijulikani tu kutokana na mineralogy ya miamba waliyochambua, lakini pia kutokana na tabaka la kipekee la mafunzo ya mwamba.

Udadisi umekwenda hatua zaidi ya ushahidi wa maji na kuthibitisha kuwepo kwa mazingira yanayofaa kwenye Mars ya kale. “Inakaa” inamaanisha sio tu kwamba maji ya kioevu yalikuwepo, lakini mahitaji ya maisha ya nishati na malighafi ya msingi yanaweza pia kukutana. Ushahidi wenye nguvu zaidi wa mazingira ya kale yanayokaa ulitoka kwa kuchambua mwamba mzuri sana ulioitwa mudstone-aina ya mwamba ambayo imeenea duniani lakini haikujulikana kwenye Mars mpaka Udadisi ulipopata (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Mudstone inaweza kutuambia mengi kuhusu mazingira ya mvua ambayo waliunda.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\) Mudstone. Inavyoonekana ni mashimo ya kwanza kuchimbwa na NASA ya Udadisi Mars Rover katika tope, na “safi” drill-pilings kuzunguka mashimo. Angalia tofauti katika rangi kati ya nyekundu kale martian uso na kijivu wapya wazi mwamba unga waliotoka mashimo drill. Kila shimo la kuchimba ni karibu 0.6 inch (1.6 cm) mduara.

Miongo mitano ya utafutaji wa roboti imetuwezesha kuendeleza picha ya jinsi Mars ilivyobadilika kwa wakati. Mars mapema ilikuwa na wakati wa hali ya joto na mvua ambayo ingekuwa mazuri kwa maisha juu ya uso. Hata hivyo, Mars hatimaye ilipoteza sehemu kubwa ya anga yake mapema na maji ya uso yalianza kukauka. Kama hiyo ilitokea, mabwawa ya maji ya maji ya kioevu yalikuwa ya chumvi na zaidi ya tindikali, mpaka hatimaye hakuwa na maji makubwa ya maji na iliogelea katika mionzi kali ya jua. Kwa hivyo uso ukawa uninhabitable, lakini hii inaweza kuwa si kesi kwa sayari kwa ujumla.

Mabwawa ya barafu na maji ya kioevu bado yanaweza kuwepo chini ya ardhi, ambapo shinikizo na hali ya joto hufanya imara. Kuna ushahidi wa hivi karibuni unaonyesha kwamba maji ya kioevu (pengine maji yenye chumvi sana) yanaweza kutokea mara kwa mara (na kwa ufupi) inapita juu ya uso hata leo. Hivyo, Mars inaweza hata kuwa na hali ya kuishi katika siku ya sasa, lakini ya aina tofauti sana kuliko sisi kawaida kufikiria duniani.

Utafiti wetu wa Mars unaonyesha sayari yenye historia ya kuvutia-moja ambayo iliona uwezo wake wa kuwa mwenyeji wa maisha ya uso kupungua mabilioni ya miaka iliyopita, lakini labda kuruhusu maisha ya kukabiliana na kuishi katika niches nzuri ya mazingira. Hata kama maisha hayakuishi, tunatarajia kwamba tunaweza kupata ushahidi wa maisha kama itawahi kushikilia Mars. Ikiwa ni pale, ni siri katika ukanda, na bado tunajifunza jinsi bora ya kufafanua ushahidi huo.

Maisha katika Mfumo wa Jua la Nje

Gesi kubwa na sayari kubwa ya barafu ya mfumo wa jua wa nje-Jupiter, Saturn, Uranus, na Neptune-ni karibu hakika si kuishi kwa maisha kama tunavyojua, lakini baadhi ya miezi yao huenda (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Ingawa ulimwengu huu katika mfumo wa jua wa nje huwa na maji mengi, hupokea jua kidogo sana ya joto katika njia zao za mbali kiasi kwamba iliaminika kwa muda mrefu watakuwa “wafu kijiolojia” mipira ya barafu na mwamba waliohifadhiwa ngumu. Lakini, kama tulivyoona katika sura ya pete, Miezi, na Pluto, ujumbe wa mfumo wa jua wa nje umepata kitu cha kuvutia zaidi.

Mwezi wa Jupiter Europa ulijitokeza kwa ujumbe wa Voyager na Galileo kama ulimwengu wa kazi ambao uso wa barafu huficha bahari yenye kina cha makumi hadi kilomita mia moja. Kama mwezi unavyozunguka Jupiter, mvuto mkubwa wa sayari hujenga mawimbi juu ya Ulaya-kama mvuto wetu wa Mwezi unavyojenga mawimbi yetu ya bahari - na msuguano wa yote yanayopiga na kuunganisha huzalisha joto la kutosha kuweka maji katika fomu ya kioevu (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Maji kama hayo yanatenda juu ya miezi mingine ikiwa inazunguka karibu na sayari. Wanasayansi sasa wanafikiri kwamba miezi sita au zaidi ya mfumo wa jua wa nje wa jua inaweza bandari ya bahari ya maji ya maji kwa sababu hiyo hiyo. Miongoni mwa haya, Europa na Enceladus, mwezi wa Saturn, hadi sasa wamekuwa na riba kubwa kwa astrobiologists.

Kielelezo Miezi ya\(\PageIndex{2}\) Jupiter.Miezi ya Galilaya ya Jupiter inaonyeshwa kwa kiwango cha jamaa na kupangwa kwa utaratibu wa umbali wao wa orbital kutoka Jupiter. Kwenye upande wa kushoto, Io huwa karibu na Jupiter na hivyo hupata joto kali la mawimbi na mvuto mkubwa wa Jupiter. Athari hii ni imara sana kwamba Io inadhaniwa kuwa mwili ulio na nguvu zaidi ya volkano katika mfumo wetu wa jua. Kwenye upande wa kulia, Callisto anaonyesha uso unaoharibika na mabilioni ya thamani ya miaka ya craters-dalili kwamba uso wa mwezi ni wa zamani na kwamba Callisto inaweza kuwa hai kidogo kuliko miezi ya ndugu zake. Kati ya extremes hizi moto na baridi, Europa, pili kutoka kushoto, orbits katika umbali ambapo Jupiter mawimbi inapokanzwa inaweza kuwa “haki tu” ili kuendeleza maji ya maji ya bahari chini ya ukanda wake Icy.

Europa pengine alikuwa na bahari kwa zaidi au yote ya historia yake, lakini habitability inahitaji zaidi ya maji tu kioevu. Maisha pia inahitaji nishati, na kwa sababu jua haina kupenya chini ya kilomita nene barafu ukanda wa Europa, hii ingekuwa na nishati ya kemikali. Moja ya sifa muhimu za Europa kutokana na mtazamo wa astrobiolojia ni kwamba bahari yake inawezekana kuwasiliana moja kwa moja na vazi la msingi la miamba, na mwingiliano wa maji na miamba-hasa kwenye joto la juu, kama ndani ya mifumo ya hewa ya hydrothermal ya Dunia-hutoa kemia ya kupunguza (ambapo molekuli huwa na kuacha elektroni kwa urahisi) yaani kama nusu moja ya betri ya kemikali. Kukamilisha betri na kutoa nishati inayoweza kutumiwa na maisha inahitaji kemia ya oksidi (ambapo molekuli huwa na kukubali elektroni kwa urahisi) pia ipatikane. Duniani, wakati kemikali inapopunguza maji ya venti yanapokutana na maji ya bahari yenye oksijeni, nishati inayopatikana mara nyingi inasaidia jamii zinazostawi za vijiumbe na wanyama kwenye sakafu ya bahari, mbali na nuru ya Jua.

Ujumbe wa Galileo uligundua kwamba uso wa barafu wa Europa una wingi wa kemikali za oksidi. Hii inamaanisha kuwa upatikanaji wa nishati kusaidia maisha inategemea sana kama kemia ya uso na bahari inaweza kuchanganya, licha ya kilomita za barafu katikati. Kwamba ukanda wa barafu wa Europa unaonekana kijiolojia “vijana” (tu makumi ya mamilioni ya miaka, kwa wastani) na kwamba ni kazi inafanya kuwa tantalizing kufikiri kwamba kuchanganya vile inaweza kweli kutokea. Kuelewa kama na kiasi gani kubadilishana hutokea kati ya uso na bahari ya Europa itakuwa lengo muhimu la sayansi ya misioni ya baadaye kwa Europa, na hatua kubwa mbele katika kuelewa kama mwezi huu unaweza kuwa utoto wa maisha.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\) Jupiter ya Moon Europa, kama Imaged na NASA Galileo Mission. Uhaba wa jamaa wa volkeno kwenye Europa unaonyesha uso ambao ni “kijana wa kijiolojia,” na mtandao wa matuta ya rangi na nyufa unaonyesha shughuli na mwendo wa mara kwa mara. Vyombo vya Galileo vilevile vilipendekeza sana kuwepo kwa bahari kubwa ya maji ya chumvi ya maji chini ya ukanda wa barafu.

Mwaka 2005, ujumbe wa Cassini ulifanya flyby ya karibu ya mwezi mdogo (kilomita 500) wa Saturn, Enceladus (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)), na ulifanya ugunduzi wa ajabu. Vipande vya gesi na vifaa vya barafu vinatoka kutoka eneo la polar ya kusini mwa mwezi kwa kiwango cha pamoja cha kilo 250 za nyenzo kwa pili. Uchunguzi kadhaa, ikiwa ni pamoja na ugunduzi wa chumvi zinazohusiana na nyenzo za barafu, zinaonyesha kwamba chanzo chao ni bahari ya maji ya maji chini ya makumi ya kilomita za barafu. Ingawa inabakia kuonyeshwa kwa uhakika kama bahari ni ya ndani au ya kimataifa, ya muda mfupi au ya muda mrefu, inaonekana kuwa inawasiliana, na imejibu, na mambo ya ndani ya miamba. Kama juu ya Europa, hii pengine ni muhimu-ingawa haitosha-hali ya habitability. Kinachofanya Enceladus kuvutia sana kwa wanasayansi wa sayari, ingawa, ni mafusho ya nyenzo ambazo zinaonekana kuja moja kwa moja kutoka bahari yake: sampuli za mambo ya ndani zipo kwa ajili ya kuchukua na chombo chochote cha angani kilichopelekwa. Kwa utume wa baadaye, sampuli hizo zinaweza kutoa ushahidi sio tu kama Enceladus anaishi lakini, kwa kweli, ikiwa ni nyumbani kwa maisha.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\) Image ya Saturn ya Moon Enceladus kutoka NASA Cassini Mission. Eneo la polar la kusini lilipatikana kuwa na mafusho mengi ya barafu na gesi ambayo, pamoja, yanapunguza takriban kilo 250 za nyenzo kwa sekunde katika nafasi. Vipengele vile vinaonyesha kwamba Enceladus, kama Europa, ina bahari ndogo ya barafu.

Titan kubwa ya mwezi wa Saturn ni tofauti sana na Enceladus na Europa (Kielelezo\(\PageIndex{5}\)). Ingawa inaweza kuwa mwenyeji wa safu ya maji ya kiowevu ndani ya mambo yake ya ndani, ni uso wa Titan na kemia yake isiyo ya kawaida inayofanya mwezi huu kuwa mahali pa kuvutia sana. Anga nene ya Titan—moja tu kati ya miezi katika mfumo wa jua—inaundwa zaidi ya nitrojeni lakini pia ya methane takriban 5%. Katika anga ya juu, nuru ya ultraviolet ya Jua huvunja mbali na kuunganisha tena molekuli hizi kuwa misombo ya kikaboni ngumu zaidi ambayo inajulikana kwa pamoja kama tholini. Tholini hufunika Titan katika haze ya machungwa, na picha kutoka Cassini na kutoka kwenye uchunguzi wa Huygens iliyoshuka kwenye uso wa Titan inaonyesha kwamba chembe nzito zinaonekana kujilimbikiza juu ya uso, hata kutengeneza “matuta” yanayokatwa na kuchongwa kwa mtiririko wa hidrokaboni kiowevu (kama vile methane kiowevu). Wanasayansi wengine wanaona kiwanda hiki cha kemikali kikaboni kama maabara ya asili ambayo yanaweza kutoa baadhi ya dalili kuhusu kemia ya awali ya mfumo wa jua-labda hata kemia ambayo inaweza kusaidia asili ya maisha.

Kielelezo\(\PageIndex{5}\) Image ya Saturn ya Moon Titan kutoka NASA Cassini Mission. (a) Hazy machungwa mwanga inatokana na anga tete Titan (moja tu inayojulikana miongoni mwa mwezi wa mfumo wa jua). Anga hiyo ni zaidi ya nitrojeni lakini pia ina methane na uwezekano wa aina mbalimbali za misombo ya kikaboni tata. Doa angavu karibu na juu ya picha ni jua linalojitokeza kutoka kwenye uso wa gorofa sana—karibu shaka ni kiowevu. Tunaona athari hii, inayoitwa “glint,” wakati jua linaonyesha juu ya uso wa ziwa au bahari. (b) Picha ya rada ya Cassini inaonyesha nini kinachoonekana sana kama landforms na maziwa juu ya uso wa Titan. Lakini maziwa ya uso na bahari za Titani si maji; pengine hutengenezwa kwa hidrokaboni kiowevu kama methane na ethane.

Mnamo Januari 2005, uchunguzi wa Huygens ulishuka kwenye uso wa Titan na data iliyorejeshwa, ikiwa ni pamoja na picha za tovuti ya kutua, kwa muda wa dakika 90. Unaweza kutazama video kuhusu ukoo wa Huygens kwenye uso wa Titan. https://youtu.be/KreECFCGEI0

Sayari Zinazozunguka Nyota Zingine

Mojawapo ya maendeleo ya kusisimua zaidi katika astronomia wakati wa miongo miwili iliyopita ni uwezo wa kuchunguza sayari za nje- sayari zinazozunguka nyota nyingine. Kama tulivyoona katika sura juu ya malezi ya nyota na sayari, tangu ugunduzi wa exoplanet ya kwanza mwaka 1995, kumekuwa na maelfu ya detections alithibitisha, na wagombea wengi zaidi ambayo bado alithibitisha. Hizi ni pamoja na kadhaa kadhaa uwezekano wa kuishi exoplanets. Nambari hizo hatimaye zinatuwezesha kufanya utabiri fulani kuhusu exoplanets na uwezo wao wa kuishi maisha. Nyota nyingi zenye masi zinazofanana na Jua zinaonekana kuwa mwenyeji wa angalau sayari moja, ikiwa na mifumo ya sayari nyingi kama yetu isiyo ya kawaida. Ni sayari ngapi za sayari hizi zinaweza kuishi, na tutawezaje kutafuta maisha huko?

NASA Exoplanet Archive ni up-to-date kutafutwa online chanzo cha data na zana juu ya kila kitu cha kufanya na exoplanets. Kuchunguza stellar na exoplanet vigezo na sifa, kupata habari za karibuni juu ya uvumbuzi exoplanet, njama data yako mwenyewe interactively, na kuungana na rasilimali nyingine kuhusiana.

Katika kutathmini matarajio ya maisha katika mifumo ya sayari ya mbali, astrobiologists wameanzisha wazo la eneo linaloweza kuishi —kanda inayozunguka nyota ambapo hali zinazofaa zinaweza kuwepo kwa maisha. Dhana hii inazingatia mahitaji ya maisha kwa maji ya kiowevu, na eneo linaloweza kukaa kwa ujumla linafikiriwa kama umbali wa umbali kutoka nyota ya kati ambamo maji yanaweza kuwepo kwa umbo la kiowevu kwenye uso wa sayari. Katika mfumo wetu wa jua, kwa mfano, Venus ina joto la uso mbali zaidi ya kiwango cha kuchemsha cha maji na Mars ina joto la uso ambalo ni karibu kila mara chini ya kiwango cha kufungia maji. Dunia, ambayo inazunguka kati ya hizo mbili, ina joto la uso ambalo ni “haki tu” ili kuweka maji mengi ya uso wetu katika fomu ya kioevu.

Iwapo joto la uso linafaa kwa ajili ya kudumisha maji kiowevu inategemea “bajeti ya mionzi” ya sayari —kiasi gani nishati ya mwanga wa nyota inachukua na kudumia—na kama au jinsi michakato kama upepo na mzunguko wa bahari inasambaza nishati hiyo kuzunguka dunia. Ni kiasi gani cha nishati ya nyota ambayo sayari inapata, kwa upande wake, inategemea kiasi gani na mwanga wa aina gani nyota hutoa na umbali gani wa sayari kutoka nyota hiyo, ¹ ni kiasi gani kinachoonyesha kurudi kwenye nafasi, na jinsi anga ya sayari inaweza kuhifadhi joto kwa njia ya athari ya chafu (tazama Dunia kama Sayari). Yote haya yanaweza kutofautiana kwa kiasi kikubwa, na yote yanafaa sana. Kwa mfano, Venus inapokea takriban mara mbili ya mwanga wa nyota kwa kila mita ya mraba kama Dunia lakini, kwa sababu ya kifuniko chake kikubwa cha wingu, pia huonyesha takriban mara mbili ya nuru hiyo ikirudi angani kama Dunia inavyofanya. Mars inapokea tu karibu nusu ya mwanga wa nyota kama Dunia, lakini pia huonyesha nusu tu kiasi. Hivyo, licha ya umbali wao tofauti orbital, sayari tatu kweli kunyonya kiasi kulinganishwa ya nishati ya jua. Kwa nini, basi, ni tofauti sana?

Kama tulivyojifunza katika sura kadhaa kuhusu sayari, baadhi ya gesi zinazounda anga za sayari zina ufanisi sana katika kugusa mwanga wa infrared- wavelengths mbalimbali ambazo sayari huangaza nishati ya joto tena kwenye nafasi-na hii inaweza kuongeza joto la uso wa sayari kidogo zaidi kuliko ingekuwa vinginevyo kuwa kesi. Hii ni sawa “athari ya chafu” ambayo ni ya wasiwasi kama hiyo kwa ongezeko la joto duniani duniani. Athari ya asili ya chafu duniani, ambayo inatokana na mvuke wa maji na dioksidi kaboni katika angahewa, inaleta wastani wa joto la uso kwa takriban 33 °C juu ya thamani ingekuwa nayo kama hapakuwa na gesi chafu katika angahewa. Mars ina angahewa nyembamba sana na hivyo joto kidogo sana la chafu (takriban thamani ya 2 °C), wakati Venus ina anga kubwa ya dioksidi kaboni inayojenga joto kali sana la chafu (takriban thamani ya 510 °C). Dunia hizi ni baridi sana na zenye joto zaidi, kwa mtiririko huo, kuliko Dunia ingekuwa ikiwa imehamishwa kwenye njia zao. Hivyo, ni lazima tuchunguze asili ya angahewa yoyote pamoja na umbali kutoka nyota katika kutathmini upeo wa makao.

Bila shaka, kama tulivyojifunza, nyota pia hutofautiana sana katika kiwango na wigo (wavelengths ya mwanga) hutoa. Baadhi ni nyepesi sana na ya moto (bluer), wakati wengine ni dimmer sana na baridi (redder), na umbali wa eneo linaloweza kuishi hutofautiana ipasavyo. Kwa mfano, eneo linaloweza kukaa karibu na nyota za M-kibete ni karibu mara 3 hadi 30 kuliko nyota za aina ya G (Jua). Kuna maslahi mengi kama mifumo hiyo inaweza kuwa ya kuishi kwa sababu—ingawa ina baadhi ya uwezekano wa kuunga mkono maisha-nyota za M-Dwarf ni kwa mbali nyingi zaidi na ziliishi kwa muda mrefu katika Galaxy yetu.

Mwangaza wa nyota kama Jua pia huongezeka zaidi ya maisha yao makuu ya mlolongo, na hii inamaanisha kuwa eneo linaloweza kuishi huhamia nje kama mfumo wa nyota unavyokuwa na umri. Mahesabu yanaonyesha kwamba pato la nguvu la Jua, kwa mfano, limeongezeka kwa angalau 30% katika kipindi cha miaka bilioni 4. Kwa hiyo, Venus ilikuwa mara moja ndani ya ukanda wa kukaa, wakati Dunia ilipata kiwango cha nishati ya jua haitoshi kuweka Dunia ya kisasa (pamoja na anga yake ya sasa) kutoka kufungia. Licha ya hayo, kuna ushahidi mwingi wa kijiolojia kwamba maji ya maji yalikuwepo kwenye uso wa dunia mabilioni ya miaka iliyopita. Jambo la kuongezeka kwa pato la stellar na eneo la nje linaloweza kuhamia limesababisha dhana nyingine: eneo la kuendelea linalokaa linafafanuliwa na njia mbalimbali ambazo zingebaki ndani ya eneo la kuishi wakati wa maisha yote ya mfumo wa nyota. Kama unavyoweza kufikiria, eneo linaloendelea linalokaa ni nyembamba sana kuliko eneo linaloweza kuishi wakati wowote katika historia ya nyota. Nyota iliyo karibu na Jua, Proxima Centauri, ni nyota ya M ambayo ina sayari yenye masi ya angalau raia wa Dunia 1.3, ikichukua takriban siku 11 hadi obiti. Kwa umbali wa obiti hiyo ya haraka (0.05 AU), sayari inaweza kuwa katika ukanda wa makao ya nyota yake, ingawa ikiwa hali katika sayari hiyo karibu na nyota hiyo ni ya ukarimu kwa maisha ni suala la mjadala mkubwa wa kisayansi.

Hata wakati sayari zinapozunguka ndani ya ukanda wa makao ya nyota zao, hakuna dhamana ya kuwa zinafaa. Kwa mfano, Venus leo ina karibu hakuna maji, hivyo hata kama ilikuwa ghafla wakiongozwa na obiti “haki tu” ndani ya ukanda wa makao, mahitaji muhimu kwa ajili ya maisha bado hayatoshi.

Wanasayansi wanafanya kazi kuelewa mambo yote ambayo yanafafanua eneo linaloweza kuishi na uwezekano wa sayari zinazozunguka ndani ya eneo hilo kwa sababu hii itakuwa mwongozo wetu wa msingi katika kulenga sayari za nje ambazo zitatafuta ushahidi wa maisha. Kama teknolojia ya kuchunguza exoplanets imeendelea, hivyo pia ina uwezo wetu wa kupata ulimwengu wa ukubwa wa dunia ndani ya maeneo yanayofaa ya nyota zao za wazazi. Kati ya exoplanets alithibitisha au mgombea inayojulikana wakati wa kuandika, karibu 300 ni kuchukuliwa kuwa mzunguko ndani ya eneo la kuishi na zaidi ya 10% ya wale ni takribani Dunia-size.

Kuchunguza ulimwengu makao katika online Planetary habitability Maabara iliyoundwa na Chuo Kikuu cha Pwetoriko katika Arecibo. Angalia exoplanets uwezekano wa kuishi na maeneo mengine ya kuvutia katika ulimwengu, kuangalia video za, na kiungo kwa rasilimali mbalimbali kuhusiana na astrobiolojia.

Biomarkers

Uchunguzi wetu unaonyesha kuwa sayari zenye ukubwa wa dunia zinazozunguka ndani ya eneo linaloweza kukaa zinaweza kuwa za kawaida katika galaxy—makadirio ya sasa yanaonyesha kuwa zaidi ya 40% ya nyota zina angalau moja. Lakini kuna yeyote kati yao anayeishi? Kwa hakuna uwezo wa kutuma probes huko kwa sampuli, tutalazimika kupata jibu kutoka kwa mwanga na mionzi mingine ambayo huja kwetu kutoka kwa mifumo hii ya mbali (Kielelezo\(\PageIndex{6}\)). Ni aina gani ya uchunguzi inaweza kuwa ushahidi mzuri kwa ajili ya maisha?

Kielelezo\(\PageIndex{6}\) Dunia, kama Inaonekana na NASA Voyager 1. Katika picha hii, iliyochukuliwa kutoka umbali wa maili bilioni 4, Dunia inaonekana kama “dot ya rangi ya bluu” inayowakilisha chini ya thamani ya pixel ya mwanga. Je, nuru hii itaonyesha Dunia kama dunia inayoishi na inayoishi? Utafutaji wetu wa maisha kwenye exoplanets utategemea uwezo wa kuondoa habari kuhusu maisha kutoka kwa mwanga wa kukata tamaa wa ulimwengu wa mbali.

Ili kuwa na hakika, tunahitaji kuangalia biospheres imara (anga, nyuso, na/au bahari) zinazoweza kuunda mabadiliko ya kiwango cha sayari. Dunia ina biosphere kama hiyo: muundo wa anga yetu na wigo wa mwanga unaoonekana kutoka sayari yetu hutofautiana sana na kile kinachotarajiwa kutokuwepo kwa maisha. Hivi sasa, Dunia ni mwili pekee katika mfumo wetu wa jua ambao hii ni kweli, licha ya uwezekano kwamba hali ya kuishi inaweza kushinda katika subsurface ya Mars au ndani ya miezi barafu ya mfumo wa jua nje. Hata kama maisha yapo katika ulimwengu huu, haiwezekani sana kuwa inaweza kutoa mabadiliko ya kiwango cha sayari ambayo yanaonekana kwa darubini na asili ya kibaiolojia.

Kinachofanya Dunia kuwa “maalum” kati ya ulimwengu unaoweza kuishi katika mfumo wetu wa jua ni kwamba ina biosphere ya photosynthetic. Hii inahitaji uwepo wa maji ya kioevu kwenye uso wa sayari, ambapo viumbe vina upatikanaji wa jua moja kwa moja. Dhana ya ukanda wa makao inalenga katika mahitaji haya kwa maji ya uso wa kioevu-ingawa tunajua kwamba hali ya subsurface inayoweza kuishi inaweza kushinda katika njia za mbali zaidi-hasa kwa sababu ulimwengu huu ingekuwa na biospheres inayoonekana kwa mbali.

Hakika, mimea na microorganisms photosynthetic ni tele sana katika uso wa dunia kwamba wao kuathiri rangi ya mwanga kwamba sayari yetu inaonyesha nje katika nafasi—sisi kuonekana kijani katika wavelengths inayoonekana na kutafakari zaidi karibu na infrared mwanga kuliko sisi vinginevyo ingekuwa. Zaidi ya hayo, usanisinuru umebadilisha anga ya Dunia kwa kiwango kikubwa—zaidi ya asilimia 20 ya anga yetu inatokana na bidhaa za taka za usanisinuru, oksijeni. Viwango hivyo vya juu vingekuwa vigumu sana kuelezea kwa kutokuwepo kwa maisha. Gesi nyingine, kama oksidi ya nitrous na methane, zinapopatikana wakati huo huo na oksijeni, pia zimependekezwa kama viashiria vinavyowezekana vya maisha. Wakati wa kutosha katika anga, gesi hizo zinaweza kugunduliwa na athari zao kwenye wigo wa mwanga ambao sayari hutoa au inaonyesha. (Kama tulivyoona katika sura ya sayari za nje, wanaastronomia leo wanaanza kuwa na uwezo wa kuchunguza wigo wa anga za baadhi ya sayari zinazozunguka nyota nyingine.)

Kwa hivyo wanaastronomia wamehitimisha kuwa, angalau mwanzoni, kutafuta maisha nje ya mfumo wetu wa jua lazima uzingatie sayari za nje ambazo zinafanana na Dunia kadiri iwezekanavyo—sayari zenye ukubwa wa Dunia zinazozunguka katika eneo linalokaa na kuangalia uwepo wa gesi katika angahewa au rangi katika wigo unaoonekana kwamba ni vigumu kueleza isipokuwa kwa kuwepo kwa biolojia. Rahisi, sawa? Kwa kweli, utafutaji wa maisha ya exoplanet unaleta changamoto nyingi.

Kama unavyoweza kufikiria, kazi hii ni changamoto zaidi kwa mifumo ya sayari iliyo mbali zaidi na, kwa maneno ya vitendo, hii itapunguza utafutaji wetu kwa ulimwengu unaoishi karibu zaidi na wetu wenyewe. Je, tunapaswa kuwa mdogo kwa idadi ndogo sana ya malengo ya karibu, itakuwa muhimu pia kuzingatia uwezekano wa sayari zinazozunguka M-dwarfs tuliyojadiliwa hapo juu.

Ikiwa tutaweza kutenganisha ishara safi kutoka sayari na kupata baadhi ya vipengele katika wigo wa mwanga ambayo inaweza kuwa dalili ya maisha, tutahitaji kufanya kazi kwa bidii kufikiria mchakato wowote usio wa kibiolojia ambao unaweza kuwahesabu. “Maisha ni nadharia tete ya mapumziko ya mwisho,” alibainisha mwanaastronomia Carl Sagan—maana yake ni lazima tuondoe maelezo mengine yote kwa kile tunachokiona kabla ya kudai kuwa tumepata ushahidi wa biolojia ya nje ya nchi. Hii inahitaji baadhi ya uelewa wa nini michakato inaweza kufanya kazi juu ya walimwengu kwamba sisi kujua kidogo kuhusu; nini sisi kupata duniani inaweza kutumika kama mwongozo lakini pia ina uwezo wa kutuongoza kupotea (Kielelezo\(\PageIndex{7}\)).

Kumbuka, kwa mfano, kwamba itakuwa vigumu sana kuhesabu wingi wa oksijeni katika anga ya dunia isipokuwa kwa kuwepo kwa biolojia. Lakini imedhaniwa kuwa oksijeni inaweza kujenga hadi ngazi kubwa katika sayari zinazozunguka nyota za M-Dwarf kupitia hatua ya mionzi ya ultraviolet kwenye anga-bila haja ya biolojia. Itakuwa muhimu kuelewa ambapo “chanya cha uongo” hizo zinaweza kuwepo katika kutekeleza utafutaji wetu.

Tunahitaji kuelewa kwamba tunaweza kuwa na uwezo wa kuchunguza biospheres hata kama zipo. Maisha yamestawi duniani kwa labda miaka bilioni 3.5, lakini “biosignatures” za anga ambazo, leo, zingeweza kutoa ushahidi mzuri kwa maisha kwa wanaastronomia wa mbali hazikuwepo kwa wakati huo wote. Oksijeni, kwa mfano, kusanyiko kwa ngazi detectable katika anga yetu tu kidogo zaidi ya miaka bilioni 2 iliyopita. Je, maisha duniani yangeweza kugunduliwa kabla ya wakati huo? Wanasayansi wanafanya kazi kikamilifu kuelewa vipengele vya ziada ambavyo vinaweza kutoa ushahidi wa maisha duniani wakati wa historia hiyo ya mwanzo, na hivyo kusaidia nafasi zetu za kupata maisha zaidi.

Kielelezo\(\PageIndex{7}\) Spectrum ya Mwanga Kuambukizwa kupitia Anga ya Dunia Grafu hii inaonyesha wavelengths kuanzia ultraviolet (mbali kushoto) hadi infrared. “Spikes” nyingi za kushuka zinatokana na ngozi ya wavelengths fulani na molekuli katika anga ya dunia. Baadhi ya misombo hii, kama maji na mchanganyiko wa oksijeni/ozoni na methane, inaweza kudhihirisha Dunia kama inavyoweza kuishi na ikaliwa. Tutahitaji kutegemea aina hii ya habari ili kutafuta maisha kwenye sayari za nje, lakini spectra yetu itakuwa ya ubora duni zaidi kuliko hii, kwa sehemu kwa sababu tutapokea mwanga mdogo sana kutoka sayari.

Muhtasari

Utafutaji wa maisha zaidi ya Dunia hutoa malengo kadhaa ya kusisimua. Mars inaonekana kuwa imefanana zaidi na Dunia wakati wa historia yake ya mwanzo kuliko ilivyo sasa, ikiwa na ushahidi wa maji kiowevu kwenye uso wake wa kale na labda hata sasa chini ya ardhi. Upatikanaji wa uso wa martian kwenye spacecraft yetu inatoa uwezo wa kusisimua kuchunguza moja kwa moja sampuli za kale na za kisasa kwa ushahidi wa maisha. Katika mfumo wa jua wa nje, miezi Europa na Enceladus huenda huwa na bahari kubwa ndogo ya barafu ambayo inaweza kuwasiliana moja kwa moja na miamba ya msingi-mwanzo mzuri katika kutoa mazingira ya makazi-wakati Titan inatoa maabara ya kuvutia ya kuelewa aina ya kemia ya kikaboni ambayo inaweza hatimaye kutoa vifaa kwa ajili ya maisha. Na miaka kumi iliyopita ya utafiti juu ya exoplanets inatuongoza kuamini kwamba kunaweza kuwa na mabilioni ya sayari zinazoweza kuishi katika Milky Way Galaxy. Utafiti wa ulimwengu huu hutoa uwezekano wa kupata biomarkers kuonyesha uwepo wa maisha.

maelezo ya chini

¹ Kiasi cha nyota kilichopokelewa kwa eneo la kitengo cha uso wa sayari (kwa kila mita ya mraba, kwa mfano) hupungua kwa mraba wa umbali kutoka nyota. Hivyo, wakati umbali wa orbital mara mbili, mwanga hupungua kwa mara 4 (2 ²), na wakati umbali wa orbital unapoongezeka mara kumi, mwanga hupungua kwa mara 100 (10 ²). Venus na Mars huzunguka jua kwa karibu 72% na 152% ya umbali wa orbital wa Dunia, kwa mtiririko huo, hivyo Venus inapokea takriban 1/ (0.72) ² = 1.92 (takriban mara mbili) na Mars kuhusu 1/ (1.52) ² = 0.43 (karibu nusu) mwanga mwingi kwa mita ya mraba ya uso wa sayari kama Dunia inavyofanya.

faharasa

biomarker

ushahidi wa kuwepo kwa maisha, hasa dalili ya kimataifa ya maisha kwenye sayari ambayo inaweza kuonekana kwa mbali (kama vile muundo usio wa kawaida wa anga)

eneo linaloweza kuishi

eneo linalozunguka nyota ambamo maji ya maji yanaweza kuwepo kwenye uso wa sayari za ukubwa wa nchi, kwa hiyo ni sehemu inayowezekana zaidi ya kutafuta maisha katika mfumo wa sayari ya nyota