Nauka
Ile życia wymagałoby stworzenie sygnału fosfinowego na Wenus?
Biosygnatura
Zeszły tydzień, nastąpiło niesamowite ogłoszenie o poszukiwaniu życia pozaziemskiego: gaz fosfinowy wykryty w chmurach Wenus – potencjalny wskaźnik życia lub „biosygnatura”. Niektóre gazy mogą być fałszywie dodatnie dla biosygnatur, ponieważ mogą być tworzone przez inne procesy chemiczne na planecie, takie jak procesy fotochemiczne w atmosferze lub procesy geologiczne pod powierzchnią, które tworzą dany gaz. Na przykład metan może być również biosygnaturą i polowaliśmy na to na Marsie, ale wiemy, że metan można również tworzyć geologicznie. Znalezienie fosfiny w chmurach wenusjańskich jest naprawdę niezwykłe, ponieważ obecnie nie znamy żadnego sposobu abiotycznego wytwarzania fosfiny lub bez uwzględniania życia w równaniu. Pytanie brzmi – ile życia?
„Prawdopodobieństwo”
Po odkryciu biosygnatury metodą wykluczenia fałszywych alarmów jest przyjrzenie się stężeniu danych gazów i sprawdzenie, czy prawdopodobna ilość życia mogłaby wygenerować gaz. Fosfina w obłokach Wenus została wykryta w stężeniu 20 ppb (części na miliard). Jeśli biomasa wymagana do wytworzenia tego stężenia gazu jest wysoka, może nadal zachodzić nieznany w inny sposób proces abiotyczny. Ponieważ podczas gdy Wenus może mieć życie, wymaganie dużej koncentracji życia na świecie, który ogólnie uważa się za zerowy na powierzchni, zaczyna obniżać twoją wiarygodność obcych.
Wcześniejsze badania dotyczyły już obliczania wymaganej biomasy w celu ustalenia, na ile prawdopodobne jest, że gaz biosygnaturowy jest w rzeczywistości produktem ubocznym istot żywych, a nie jakimś innym nieznanym procesem abiotycznym. Seager, Bains i Hu w 2013 roku opublikowali badanie z przewidywaniem, że większość naszych polowań na istoty pozaziemskie będzie prawdopodobnie spoglądać na odległe obce atmosfery w celu ustalenia, czy chemia atmosfery była dla nas sygnałem, że coś tam mieszka. Jednym z takich sygnałów jest niezrównoważona chemia – współistniejące gazy, które nie powinny, lub nadmiar danego gazu. Na przykład, gdyby ktoś patrzył na naszą planetę z odległości lat świetlnych, zauważyłby, że stężenie tlenu w naszej atmosferze jest dziesięć rzędów wielkości wyższe niż powinno być dla równowagi chemicznej. To zaburzenie równowagi jest spowodowane przez życie na Ziemi wytwarzające tlen i dodające go do atmosfery. Nie znamy żadnego innego abiotycznego procesu, który mógłby wyjaśnić ten stopień nierównowagi. Innym sygnałem jest obecność gazu, dla którego nie jest znane żadne inne źródło niż życie. Tutaj do gry wkracza fosfina. W przypadku braku innych znanych procesów, Dr Sara Seager i jej zespół zbadał, „czy biosygnaturowy gaz może być wytwarzany z fizycznie prawdopodobnej biomasy”. I chociaż nie wiemy dokładnie, czym byłby obcy organizm, wiemy, że niektóre procesy chemiczne i fizyczne są uniwersalne. Z pewnych reakcji chemicznych można uzyskać tylko tyle energii. Dlatego w badaniu wykorzystano te uniwersalne zasady, aby uniknąć pułapki „terracentryczności” – opierając wszystkie biologiczne modele na życiu, które znamy na Ziemi.
Opierając się na modelach takich jak dr Sara Seager i jej zespół powyżej, nowe badanie Mansavi Lingama i Abrahama Loeba został wydany 16 wrześniath która zastosowała modele do niedawnego odkrycia fosfiny na Wenus. Wyniki?
„Odkrywamy, że typowe gęstości biomasy przewidywane przez nasz prosty model są o kilka rzędów wielkości niższe niż średnia gęstość biomasy w powietrznej biosferze Ziemi”. – Lingam i Loeb 2020
Innymi słowy, znacznie mniej życia musiałoby żyć w chmurach Wenus, aby wytworzyć poziom fosfiny, który wykryliśmy, niż ilość życia żyjącego w chmurach naszej własnej planety – prawdopodobna ilość życia. To naprawdę ekscytujące, ponieważ oznacza, że nadal możemy uważać życie za możliwe źródło gazu fosforowodorowego. Niewielka ilość możliwego życia wydająca sygnał, który możemy zobaczyć z Ziemi, informujący nas, że tam jest. Gdyby ilość wymaganej biomasy była naprawdę duża, moglibyśmy wtedy szukać innych procesów abiotycznych, których nie jesteśmy świadomi, ponieważ jest mniej prawdopodobne, że na Wenus istnieją wysokie stężenia życia.
– Zachód słońca nad jeziorem Shebandowan, Ontario – C. Matthew Cimone
Życie w chmurach
Więc teraz przechodzimy do ekscytującej części spekulacji, jaki rodzaj życia może tworzyć fosfinę. Już w 1967 roku, wielki popularyzator nauki i astronom Carl Sagan oraz biofizyk Harold Morotwitz spekulowali na temat życia w chmurach Wenus. Dla pierwsze kilka miliardów lat swojej historii, Wenus mogła być bardziej przystosowana do życia tylko po to, by stać się Wenus, którą znamy w ciągu ostatniego miliarda. Życie nie tylko miało czas ewoluować na powierzchni, ale być może również wyemigrować w chmury. Otoczona chmurami i bardzo gęstą atmosferą powierzchnia Wenus ma nieco niewygodną temperaturę 460 stopni Celsjusza – wystarczająco gorącą, aby stopić ołów. Oznacza to „zimne” dni na Wenus ołów mróz. Więc powierzchnia jest na zawsze. Ale chmury to inna historia. W chmurach położonych 50 km nad powierzchnią Wenus temperatura spada do około 5 ° C, gdzie mogą tworzyć się kropelki wody. Sagan powiedział, że „wcale nie jest trudno wyobrazić sobie rdzenną biologię” w tej warstwie chmur. Sagan i Morowitz wyobrazili sobie żywe „pływające pęcherze” o średnicy około 4 cm, niosące w sobie bańkę wodoru, aby utrzymać się w górze.
Jednak współczesne badania sugerują, że życie drobnoustrojów może być lepiej dostosowane do chmur wenusjańskich. Badania dr Sary Seager przewidują mikroby istniejące w kropelkach w warstwach chmur, ponieważ „wymóg płynnego środowiska jest jednym z ogólnych atrybutów wszelkiego życia, niezależnie od jego składu biochemicznego”. Problem polega na tym, że gdy kropelki osiągną dostatecznie duże rozmiary, wytrącają się na niższych wysokościach, popadając w destrukcyjne temperatury. Cykl życiowy tych drobnoustrojów wahałby się wtedy od stanu „małych, wysuszonych zarodników do większych, aktywnych metabolicznie komórek zasiedlających kropelki”. Zatem proponowane mikroby żyją w bogatej w składniki odżywcze kropli wody. Woda skrapla się, ale gdy wytrąca się i wyparowuje w niższych warstwach chmur, około 33-48 km, drobnoustrój wysycha. W stanie wysuszonym jest unoszony przez wiatry, które przenoszą drobnoustrój na wyższe wysokości, gdzie ponownie nawadnia się w nowym domu z kroplami wody. A podczas metabolicznie aktywnego czasu drobnoustroju w obrębie jednej kropli, potencjalnie tworzy… fosfinę.
Nigdy bym tego nie przewidział. W mojej wyobraźni najpierw miał być Mars. Dałem tak wiele pokazów w planetariach, podczas których przelecielibyśmy przez Układ Słoneczny w hipotetycznej pogoni za życiem poza Ziemią i zawsze przemawiałem na Wenus jako „prawdopodobnie za gorącą”. A jednak jeden z najlepszych możliwych biosygnatur życia pochodzi z tego piekielnego świata. Ale to nauka! Spekulujemy, testujemy, uczymy się i być może odkrywamy coś bardziej zdumiewającego, niż mogliśmy sobie wyobrazić (chociaż wciąż szukam pęcherzy spławikowych. #teamVenusfloatbladders)
Więcej do odkrycia:
O biomasie potrzebnej do produkcji fosfiny wykrytej w chmurach Wenus – Lingam i Loeb 2020
Fosfina w chmurach Wenus – natura
Fosfina wykryta w atmosferze Wenus – wskaźnik możliwego życia? – Astrobiologia
Czy naukowcy właśnie znaleźli oznaki życia na Wenus? – Wszechświat dzisiaj
Co jest na powierzchni Wenus: historia programu Venera ”- film Universe Today
Życie w chmurach Wenus? Sagan i Morowitz 1967 – Przyroda
Venusian Lower Atmosphere Haze jako magazyn wyschniętego życia drobnoustrojów – Seager at al 2020
„Piwny maniak. Odkrywca. Nieuleczalny rozwiązywacz problemów. Podróżujący ninja. Pionier zombie. Amatorski twórca. Oddany orędownik mediów społecznościowych.”
