Czy naukowcy znaleźli oznaki życia na Wenus?

 

Zespół naukowców opublikował artykuł ogłaszający odkrycie szczególnej substancji chemicznej w chmurach Wenus. O ile naukowcy mogą stwierdzić, ta substancja chemiczna, zwana fosfiną, na planecie takiej jak Wenus może być wytwarzana jedynie przez procesy życiowe.

Czy znaleźli oznaki życia? Czy jest inne wyjaśnienie?
Dziesiątki lat temu naukowcy i scenarzyści zastanawiali się nad życiem na Wenus. Żaden statek kosmiczny nie odwiedził nas i nie mogliśmy zajrzeć przez gęstą, mglistą atmosferę, więc wyobraźnia była nieskrępowana. Poza zasięgiem naszego wzroku mogło się tam dziać niemal wszystko. Jednak gdy we wczesnych latach sześćdziesiątych nasze sondy zaczęły ją odwiedzać, stało się jasne, że życie na Wenus jest mało prawdopodobne. Wenus została ujawniona jako piekielnie gorące piekło z toksyczną atmosferą i miażdżącym ciśnieniem.

Okładka komiksu Avon z 1950 roku. Autor: Gene Fawcette - Okładki pulpy, domena publiczna. 

Jednak myślenie o życiu na Wenus nie zniknęło całkowicie. W ostatnim czasie naukowcy zastanawiali się, czy proste życie może przetrwać w niezwykle pochmurnej atmosferze Wenus. Uważa się, że ekstremofile mogą być w stanie przetrwać w kwaśnych górnych częściach atmosfery planety, gdzie temperatury były niższe niż 462 stopnie Celsjusza na powierzchni. W tych górnych warstwach ciśnienie i temperatura są podobne do ziemskich.
I tu właśnie pojawia się odkrycie fosfiny (PH 3 ) w chmurach.
„Powodem, dla którego fosfina jest wyjątkowa, jest to, że bez życia bardzo trudno jest wytwarzać fosfinę na kamiennych planetach”.
Clara Sousa-Silva, współautorka, Wydział Nauk o Ziemi, Atmosferze i Planetarnej MIT
Nowe badanie ogłaszające to odkrycie nosi tytuł „ Gaz fosforowy w chmurach Wenus ”. Został opublikowany w czasopiśmie Nature Astronomy, a głównym autorem jest Jane Greaves z Cardiff University. Inni autorzy pochodzą z MIT, Cambridge i kilku innych instytucji badawczych na całym świecie.
Przede wszystkim odkrycie fosfiny nie jest bezpośrednim dowodem życia. Fosfina jest możliwym biomarkerem . Oznacza to, że wiemy, że mogą go wytwarzać mikroorganizmy. Tutaj, na Ziemi, jest wytwarzany przez organizmy na rozkładającej się materii organicznej, a fosfina jest stałym składnikiem atmosfery. O ile naukowcy wiedzą, fosfina jest wytwarzana przez życie lub w procesach chemicznych, które wymagają ogromnych ilości energii.

Struktury chmur w atmosferze Wenus, widziane przez spektrometr mapowania w ultrafiolecie, widzialności i bliskiej podczerwieni Venus Express (VIRTIS) w 2007 r. (ESA)

Fosfina została również znaleziona w atmosferze Jowisza. Na gazowym olbrzymie, takim jak Jowisz, jest wystarczająco dużo energii, aby fosfina mogła uformować się abiotycznie. Głęboko w atmosferze ekstremalne temperatury i ciśnienie mogą wytwarzać fosforowodór, a prądy mogą wnikać go wysoko w atmosferę. Ale na pozbawionym życia, kamiennym świecie, takim jak Wenus, fosfiny nie powinno tam być. Powinien być utleniony, a nie ma wystarczającej ilości energii, aby go wyprodukować.
Tak więc jego obecność w atmosferze Wenus przyciągnęła uwagę wszystkich.
Zespół jest przekonany, że znalazł fosfinę. W swoim artykule piszą: „Nie możemy znaleźć innego gatunku chemicznego poza PH 3,  który mógłby wyjaśnić obserwowane cechy. Stwierdzamy, że wykrywanie kandydatów na PH 3  jest solidne… ”.

Dokonali wyczerpującej analizy swoich odkryć, próbując znaleźć sposób, w jaki można by wyjaśnić obecność fosfiny Wenus bez żywego źródła. W swoim artykule piszą, że „Obecność PH 3 po wyczerpujących badaniach chemicznych w stanie ustalonym i ścieżek fotochemicznych, przy braku obecnie znanych abiotycznych dróg produkcji w atmosferze, chmurach, powierzchni i podpowierzchni Wenus lub w wyniku wyładowań atmosferycznych, wulkanów lub meteorytów jest niewyjaśniona ".
Zespół ma nadzieję, że inni naukowcy znajdą wyjaśnienie.
 „Bardzo trudno jest udowodnić, że coś jest negatywne” - mówi Clara Sousa-Silva, naukowiec z Wydziału Nauk o Ziemi, Atmosferze i Planetarności MIT (EAPS). „Teraz astronomowie pomyślą o wszystkich sposobach usprawiedliwienia fosfiny bez życia i cieszę się z tego. Proszę zróbcie to, ponieważ zbliżamy się do końca naszych możliwości pokazania abiotycznych procesów, które mogą wytwarzać fosfinę ”.
Fosfina musi albo pochodzić z życia, albo zachodzi proces chemiczny, o którym naukowcy jeszcze nie wiedzą.
„Oznacza to, że albo to jest życie, albo jakiś proces fizyczny lub chemiczny, którego nie spodziewamy się na planetach kamiennych” - dodaje współautor i naukowiec EAPS Janusz Petkowski.
Atmosfera Wenus jest gorąca, gęsta, toksyczna i niezwykle kwaśna. Może być miliard razy bardziej kwaśna niż Ziemia, rozciągając definicję tego, co nazwalibyśmy ekstremalnym środowiskiem na całe życie. „Wenus to bardzo wymagające środowisko dla wszelkiego rodzaju życia” - mówi Seager.
Ale jest jeden region, wysoko w atmosferze Wenus, gdzie sprawy mają się inaczej.
 Na wysokości od 48 do 60 km nad powierzchnią temperatura nie jest tak zabójcza. Na tej wysokości temperatura waha się od -1 C do 93 C. Choć to bardzo kontrowersyjne, ale niektórzy naukowcy zastanawiali się, czy życie może tam przetrwać. I właśnie tam ten zespół naukowców znalazł fosfinę.

Złożony obraz planety Wenus widziana przez japońską sondę Akatsuki. Chmury Wenus mogą mieć warunki środowiskowe sprzyjające życiu drobnoustrojów. Źródło: JAXA / Institute of Space and Astronautical Science

„Ten sygnał fosfiny jest idealnie umiejscowiony tam, gdzie inni przypuszczali, że obszar może być zamieszkany” - mówi Petkowski.

Greaves i jej zespół dokonali wstępnego wykrycia fosfiny za pomocą Jamesa Clerk Maxwell Telescope na Hawajach. Szukali w atmosferze Wenus nieoczekiwanych cząsteczek, które mogłyby być sygnałami wskazującymi na obecność życia. Następnie skontaktowali się z Sousa-Silvą, która jest ekspertem w dziedzinie fosfiny.

Sousa-Silva interesuje się fosfiną, ponieważ jest to biosygnatura. Ale spodziewała się, że będą szukać molekułów na odległych egzoplanetach, jako część ogólnych wysiłków naukowych mających na celu zidentyfikowanie życia w innych częściach galaktyki.

Zespół chciał więcej potwierdzenia swojego odkrycia, więc zwrócił się do ALMA Europejskiego Obserwatorium Południowego (Atacama Large Millimeter / sub-milimetr Array). Ma większą czułość niż James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), który dokonał wstępnych ustaleń. Obserwacje ALMA potwierdziły to, co odkrył zespół: wzór światła pasujący do tego, jaki gaz fosfinowy będzie emitował w chmurach Wenus.

 Przedstawia proponowany cykl życia drobnoustrojów powietrznych w Wenus. (1) Wysuszone zarodniki (czarne plamki) utrzymują się w niższej mgle. (2) Updraft zarodników przenosi je do warstwy nadającej się do zamieszkania. (3) Zarodniki działają jak CCN, a po otoczeniu przez ciecz (z rozpuszczonymi niezbędnymi substancjami chemicznymi) kiełkują i stają się aktywne metabolicznie. (4) Mikroby aktywne metabolicznie (kropkowane kropki) rosną i dzielą się na kropelki cieczy (wypełnione kółka). Kropelki cieczy rosną w wyniku koagulacji. (5) Krople osiągają rozmiar dostatecznie duży, aby opadły grawitacyjnie z atmosfery;  wyższe temperatury i parowanie kropelek wywołują podział komórek i sporulację. Zarodniki są wystarczająco małe, aby wytrzymać dalszą sedymentację w dół, pozostając zawieszonymi w „depot” dolnej warstwy mgły. Źródło zdjęcia: Seager i in., 2020.

Wyniki badań pokazały, że fosfina jest bardzo niewielką częścią atmosfery Wenus, przy stężeniu zaledwie 20 ppb (części na miliard). Chociaż jest to niezwykle mała frakcja w ziemskiej atmosferze, której jedynym źródłem jest biologia, stężenie może być jeszcze niższa.

Następnie zespół zajął się próbą dopasowania swoich odkryć do wszystkiego, co naukowcy wiedzą o Wenus. Zbadali wszystkie ścieżki, które mogłyby wyjaśnić obecność fosfiny bez życia. Rozważali cały szereg możliwości obejmujących światło słoneczne, minerały powierzchniowe, aktywność wulkaniczną, uderzenie meteorytu i błyskawic.

„Przeszliśmy naprawdę wszystkie możliwe ścieżki, które mogły produkować fosfinę na kamiennej planecie” - mówi Petkowski. „Jeśli to nie jest życie, to bardzo brakuje nam wiedzy o zjawiskach zachodzących na planet kamiennych”.

Jeśli za tym fosfinem stoi życie, to życie jest w trudnej sytuacji. Jest uwięziony na pokładzie chmur Wenus, wysoko nad piekielną powierzchnią planety. Jak to się tam dostało?

Naukowcy uważają, że Wenus mogła być zamieszkana miliardy lat temu. Może nawet miały oceany. Być może była to nawet pierwsza nadająca się do zamieszkania planeta w naszym Układzie Słonecznym. 

„Uważa się, że dawno temu Wenus miała oceany i prawdopodobnie nadawała się do zamieszkania tak jak Ziemia” - mówi Sousa-Silva. „Ponieważ Wenus stała się mniej gościnna, życie musiało się dostosować do warunków, a teraz mogłoby znajdować się w tej wąskiej osłonie atmosfery, gdzie nadal może przetrwać. To mogłoby pokazać, że nawet planeta na skraju strefy nadającej się do zamieszkania może mieć, nadającą się do zamieszkania powłoką powietrzną”.

Byłaby to dziwna forma życia, która mogłaby istnieć w chmurach Wenus. Musiałby się stale rozmnażać. I musiałby używać do swoich funkcji komórkowych płynu innego niż woda. „Zasadniczo można mieć cykl życia, który utrzymuje życie w chmurach na zawsze” - mówi Petkowski, który przewiduje, że wenusjańskie życie powietrzne zasadniczo różni się od życia na Ziemi. „Ciekłym ośrodkiem na Wenus nie jest woda, tak jak na Ziemi”.

Zespół zamierza uzupełnić te wyniki dokładniejszymi badaniami. Chcą użyć innych teleskopów, aby spróbować zmapować fosfinę i sprawdzić, czy pojawia się i znika w cyklach dziennych lub sezonowych, co może sugerować, że za tym stoi życie.

To nie pierwszy raz, kiedy naukowcy odkryli potencjalne oznaki życia w atmosferze Wenus. Ale większość chemicznych oznak życia może być również wytwarzana przez procesy nieożywione. Fosfina jest inna.

Obserwacje sugerują, że Wenus mogła mieć oceany wodne w swojej odległej przeszłości. W modelu klimatycznym wykorzystano wzór ląd-ocean, taki jak powyżej, aby pokazać, jak chmury burzowe mogły chronić starożytną Wenus przed silnym światłem słonecznym i sprawić, że planeta nadawała się do zamieszkania. Żródło: NASA

„Z technicznego punktu widzenia biomolekuły znajdowano już w atmosferze Wenus, ale te cząsteczki są również powiązane z tysiącem innych rzeczy niż życie” - mówi Sousa-Silva. „Powodem wyjątkowości fosfiny jest to, że bez życia bardzo trudno jest wytworzyć fosfinę na planetach kamiennych. Ziemia była jedyną ziemską planetą, na której znaleźliśmy fosfinę, ponieważ jest tu życie. Do teraz".

Chociaż fosfina może być oznaką życia, również może nią nie być. Prawda jest taka, że ​​po prostu jeszcze nie wiemy. Jak mówi współautor Sousa-Silva: „Bardzo trudno jest udowodnić coś negatywnego”. W miarę jak coraz lepiej badamy inne planety i księżyce, odkrywamy oszałamiającą różnorodność procesów fizycznych i chemicznych.

To może być i prawdopodobnie jest jedne z nich.

Intrygujące jest myślenie, jak to będzie wyglądać, jeśli kiedykolwiek znajdziemy życie gdzie indziej. Wersja Hollywood/Sci-Fi często wiąże się z nagłym pojawieniem się zaawansowanej technologicznie rasy obcych, której ogromne statki groźnie unoszą się nad miastami Ziemi. Lub odważny zespół odkrywców/naukowców badający jakiś odległy świat cierpi z powodu ksenomorficznej reprodukcji pasożytniczej.