Življenje v vesolju: je tako kot naše, drugačno ali zelo drugačno?

V splošnem bi iskanje življenja lahko razdelili v tri velike skupine. Iskanje življenja z vesoljskimi plovili in sondami, ki so sposobne vzorce z nekega telesa prinesti nazaj na Zemljo. Ta tehnika se je doslej uporabljala za bližnja telesa v Osončju. Razvila pa se je šele takrat, ko smo bili sposobni pošiljati vesoljske sonde zunaj Zemljine orbite, torej od konca šestdesetih let 20. stoletja. Druga skupina raziskav je iskanje posrednih kazalcev, ki bi lahko nakazovali možnost obstoja in razvoja življenja. V ospredju so predvsem raziskave sestave atmosfere planetov zunaj Osončja (eksoplanetov). Pri teh tehnikah za zdaj uporabljamo spektralno analizo, ki pa je uporabna predvsem pri tistih eksoplanetih, katerih orbita je poravnana z Zemljino. Pri prehodu eksoplaneta pred matično zvezdo se opravi spektralna analiza svetlobe z zvezde in se primerja s situacijo, ko se planet ne nahaja pred zvezdo. Razlika v spektru lahko nakazuje na obstoj in kemijsko sestavo planetove atmosfere. Pri teh raziskavah so zanimivi predvsem nekateri t. i. biogeni plini, kot so kisik, metan ... Na Zemlji 95 odstotkov metana izvira iz procesov, ki so povezani z življenjem.
Tretja skupina je iskanje informacij, ki jih oddajajo razvite civilizacije preko elektromagnetnega valovanja, najpogosteje radijskih valov. Vodilen pri teh poskusih je projekt Search for ExtraTerrestrial Intelligence (SETI), obstajajo pa še nekateri drugi. Leta 2016 je na Oddelku za astronomijo Univerze v Berkeleyju v ZDA zaživel projekt Breakthrough Listen, v katerega je izraelsko-ruski fizik in bogataš Jurij Milner investiral kar sto milijonov ameriških dolarjev, podprlo pa ga je mnogo znanih znanstvenikov, med drugim zdaj že pokojni Stephen Hawking.
Pri vseh treh načinih je glavna ovira (še) ne dovolj razvita tehnologija, kar pa je povezano s sredstvi, ki se namenjajo znanosti.

Kaj iščemo?

Kaj pravzaprav iščemo, ko se pogovarjamo o obstoju življenja v vesolju? James Trefil in Michael Summers sta v svoji najnovejši knjigi Imagined Life malce duhovito omenila tri vrste življenja: življenje, kot ga poznamo na Zemlji (pri čemer že na našem planetu poznamo izjemno široko pahljačo okolij, v katerih se je življenje ohranilo), življenje, ki je drugačno od našega, in življenje, ki je zelo drugačno od našega. Prva oblika temelji na ogljikovodikih, druga na drugih kemičnih snoveh (npr. na siliciju), tretja oblika pa je lahko tako drugačna od naše, da je znotraj našega koncepta življenja morda niti ne moremo prepoznati. Vidimo torej, da smo že pri opredelitvi cilja v zagati. Ker imamo le izkušnjo z življenjem na Zemlji, največ pozornosti namenjamo primerljivim oblikam življenja, čeprav se že v začetku zavedamo, da smo pri iskanju morda preveč omejeni. Naj omenimo, da pri tem ne iščemo le obstoječih oblik življenja, ampak tudi dokaze, da je to obstajalo nekoč v preteklosti, kasneje pa je zaradi različnih razlogov propadlo.

Mars – večni predmet zanimanja

Študije, objavljene marca letos, nakazujejo, da bi lahko na Merkurju, visokim temperaturam navkljub, ponekod obstajale možnosti za razvoj preprostih mikroorganizmov. Venera, ki se je nekoč obravnavala kot »Zemljina sestra«, ima zaradi goste atmosfere, ki jo sestavlja pretežno ogljikov dioksid, izjemno močno razvit pojav tople grede. Temperature na površju Venere znašajo nad 460 °C, tlak pa je več kot 90-krat višji od tistega na površju Zemlje. Res pa je, da so na višinah med 50 in 65 km v Venerini atmosferi razmere glede temperature in tlaka primerljive z Zemljinimi. Ocene kažejo, da bi v teh okoljih vsaj teoretično preživele kake vrste, ki ljubijo kisla okolja.
Ko se pogovarjamo o možnem današnjem ali preteklem obstoju življenja, bistveno večjo pozornost namenjamo Marsu. Za zdaj imamo dokaj zanesljive dokaze o tem, da je nekoč na površju Marsa obstajala tekoča voda. Imamo tudi dokaze, da je nekaj centimetrov pod površjem vodni led in da se voda v obliki tekoče slanice danes pojavlja celo na površju. Mars je v preteklosti verjetno imel popolnoma drugačno atmosfero z višjim tlakom in višjo temperaturo. V teh razmerah je bila voda v tekoči obliki. Zaradi redke atmosfere kljub visokemu deležu ogljikovega dioksida pojav tople grede danes ni intenziven. V preteklosti naj bi bil Mars imel tudi intenzivnejši vulkanizem, kar naj bi dodatno prispevalo k povečanim emisijam toplogrednih plinov, zaradi česar bi na Marsu voda oblikovala morja in oceane, globoke do nekaj sto metrov. Mars je pred tremi milijardami let doživel usodno spremembo: Marsovo magnetno polje je usahnilo, zaradi česar je Sončev veter uspešneje odpihoval atmosfero, med drugim ogljikov dioksid in vodo, ki sta oba toplogredna plina. Vedno bolj učinkovito UV-sevanje je razbijalo molekule vode, pri čemer so prosti atomi vodika začeli uhajati v vesolje. Kisik je bil deloma odnesen v vesolje, deloma pa se je vezal v kamninah. Mars je dovolj velik planet, da se na njem pojavlja vulkanizem, ki je pomemben ne le zaradi kroženja kamnin, pač pa tudi zaradi emisij toplogrednih plinov. Naj mimogrede omenimo, da je najvišji vulkan v Osončju Olympus Mons prav na Marsu in se v vrhu dvigne 21 km nad povprečno višino Marsa in kar 26 km nad bližnjo uravnavo Amazonis Planitia. Po drugi strani pa je masa planeta premajhna, da bi dlje časa vzdrževala toploto v notranjosti in s tem konvekcijo, ki je pogoj za pojav magnetnega polja planeta.

Dokazi z Marsa

Veliko zanimanja je leta 1984 vzbudil marsovski meteorit ALH84001. Marsovski meteoriti nastajajo zaradi padcev večjih teles na površje Marsa, ki so izmetali veliko materiala v vesolje. Nekateri od teh delcev – marsovski meteoriti – so padli tudi na Zemljo. Leta 1984 so na Antarktiki na območju gorovja Allan našli prav tak primerek. Analize sestave meteorita zelo zanesljivo govorijo o njegovem izvoru z Marsa. Ključne za možnost pojava preprostih oblik življenja so verige karbonatnih zrnc, ki so bogata z magnezijem, železom in kalcijem in imajo slojevito strukturo. Na Zemlji so identične oblike nastale izključno kot rezultat biološke aktivnosti.
Zaradi ugodne lege Marsa so letos poleti proti temu planetu krenile kar tri sonde, od katerih je veliko medijske pozornosti bilo namenjene Nasini sondi Perseverance (Vztrajnost), ki naj bi 18. februarja 2021 pristala na Marsu. Njen cilj je med drugim iskanje dokazov o nekdanjem obstoju življenja na Marsu. Vzorci, ki jih bo sonda izvrtala iz globine nekaj centimetrov pod površjem, naj bi bili poslani v analizo nazaj na Zemljo. Evropska vesoljska agencija (ESA) je imela v načrtu že letos poleti na Mars poslati svojo sondo, vendar je zaradi zapletov s pristajalnim padalom bila prisiljena izstrelitev prestaviti na naslednje časovno ugodno izstrelitveno okno, v leto 2022. Sonda bo vrtala do globine dveh metrov in v vzorcih med drugim iskala dokaze za preteklo ali današnje življenje.

Se življenje pojavlja tudi na telesih zunaj cone naseljivosti?

Rezultati raziskav nekaterih sond, ki so letele skozi zunanje dele Osončja, so nakazale, da bi se voda v tekoči obliki lahko pojavljala tudi zunaj klasične cone naseljivosti, ki po običajnih predstavah poleg Zemlje zajema še Venero in Mars. Vzrok za obstoj vode v tekočem agregatnem stanju na telesih (predvsem lunah Jupitra in Saturna), ki so zelo oddaljena od Sonca, tiči v močnih plimskih silah obeh velikih planetov, ki gnetejo svoje lune in s tem segrevajo notranjost. Jupitrova luna Io je prav zaradi teh procesov vulkansko najbolj aktivno telo v Osončju. Analize so pokazale, da je obstoj tekoče vode možen pod ledenim površjem teh lun. Pri tem največ zanimanja vzbujata Jupitrova luna Evropa (nekateri menijo, da je v globinah Evrope več tekoče vode kot na celotni Zemlji) in Saturnova luna Enkelad. Pri obeh so odkrili pojav, ki ga imenujemo kriovulkanizem. Gre za izbruhe vode iz ledenega pokrova, ki malce spominja na gejzirje na Zemlji. Tekoča voda na obeh lunah je najverjetneje ujeta med ledeno površje in trdno notranjostjo, kar bi lahko omogočilo podobne razmere kot na Zemlji, na kateri se je pred 3,8 milijarde let razvilo življenje. Nasa v naslednjem desetletju namerava na Evropo poslati sondo Europa Clipper, ki naj bi potrdila obstoj podpovršinskih oceanov in predvsem iskala kazalce, ki bi govorili o sedanjem ali nekdanjem obstoju življenja.
Tudi Saturnova luna Titan je zelo zanimiva za iskanje dokazov o obstoju življenja. Titan je edina luna v Osončju, ki ima sorazmerno gosto atmosfero. Sonda Huygens, ki je januarja 2005 pristala na površju Titana, je tam odkrila tekoči metan in etan, ki bi lahko bila v povezavi z razvojem življenja, čeprav je z -179 °C površje Titana zelo negostoljubno. Pa vendar: znani ameriški astronom, profesor na Univerzi v Arizoni Chris Impey je v svojih dveh knjigah Dreams of Other Worlds in Frontiers of Astrobiology govoril o možnosti najdbe za nas nepričakovanih oblik organizmov, kar je poimenoval kot Življenje 2.0. Zaradi omejenega prostora ne bomo govorili o naslednjih kandidatih za pojav tekoče vode pod površjem, kot so Ganimed, Kalisto, Rhea, Titania, Oberon, Triton, Pluton, Eris in Sedna. Kaže, da nas pri raziskovanju Osončja čakajo razburljiva desetletja.

Kaj pa zunaj Osončja?

V začetku letošnjega avgusta smo poznali 4301 potrjen planet zunaj našega Osončja, ki se razprostirajo v 3176 osončjih, od katerih imajo 703 več kot en planet. Pri raziskovanju teh teles imamo zaradi njihove velike oddaljenosti in še ne dovolj izpopolnjene tehnologije večje težave. Ko razpravljamo o življenjskih razmerah na eksoplanetih, običajno uporabljamo dva osnovna kriterija: ali planet leži v coni naseljivosti, torej na primerni razdalji od matične zvezde, da bi se na tem telesu lahko pojavljala voda v tekoči obliki, in kolikšen je indeks podobnosti Zemlji tega planeta. Indeks podobnosti Zemlji je relativno število, ki se giblje od 1,0 do 0,0. Indeks 1,0 ima le naša Zemlja. Pri izračunu indeksa upoštevamo značilnosti notranjosti planeta, predvsem njegov polmer in gostoto, ter značilnosti površja (ubežna hitrost plinov in temperatura površja). Indeksa podobnosti Zemlji torej ne smemo zamenjevati s kriterijem naseljivosti. Tako ima Mars indeks podobnosti Zemlji le 0,7 (kar je sicer druga najvišja vrednost v Osončju), medtem ko ima kar nekaj eksoplanetov ta indeks precej višji: Trappist-1e 0,95, Gliese 581 g 0,92, nam najbližji potencialno naseljiv planet Proxima Centauri b, ki je oddaljen le 4,2 svetlobnega leta, pa 0,87.
Avgusta 2016 so v orbiti okoli naše druge najbližje zvezde – Proksima v ozvezdju Kentavra - odkrili planet Proxima Centauri b, nam najbližji eksoplanet, ki se razprostira v coni naseljivosti. Njegova masa je po oceni okoli 1,1 Zemljine mase (vendar je ta podatek še nezanesljiv). Če bi se pokazalo, da je omenjeni eksoplanet dober kandidat za razvoj življenja, bi bila komunikacija z morebitno razvito civilizacijo zaradi bližine bistveno olajšana.
Odkrivanje in raziskovanje eksplanetov je v zadnjih dveh desetletjih doživelo velik razvoj. Velik preboj je naredil leta 2009 v Zemljino orbito poslani vesoljski teleskop Keppler, po zaslugi katerega se je število potrjenih eksoplanetov izjemno povečalo. V prihodnje bo - upajmo - zaživelo še nekaj načrtovanih projektov. ExoLife Finder (ELF) načrtuje izgradnjo 20- do 30-metrskega teleskopa za raziskovanje eksoplanetov. Načrtovalci obljubljajo, da se bo z njim dalo analizirati površje eksoplanetov do oddaljenosti 30 svetlobnih let. Raziskovalna skupina na Kanarskih otokih zdaj postavlja teleskop miniELF, z njim bodo testirali nekatere tehnologije, ki bodo uporabljene na njegovem večjem bratu. Projekt Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey (ARIEL​), ki ga za leto 2028 načrtuje ESA, se bo osredotočal na atmosfere okoli tisoč eksoplanetov. Nasa v prihodnjem desetletju načrtuje začetek delovanja štirimetrskega teleskopa v projektu HabEx in 8- do 15-metrskega teleskopa v okviru projekta Luvior. Oba bosta preučevala atmosfere in površja eksoplanetov.
Astrobiologija bo z izboljšanjem raziskovalne tehnologije v prihodnjih desetletjih zanesljivo postala ena od zelo zanimivih raziskovalnih disciplin. Tovrstne raziskave po skromnem mnenju avtorja tega zapisa niso le dragocene zaradi širjenja znanja, ampak so tudi priložnost, da ponovno spoznamo, kako dragoceno in neprecenljivo je okolje, v katerem živimo. Morda bo prav astrobiologija s spoznanji, kako surove in naši obliki življenja neprijazne so razmere "tam zunaj v vesolju", povzročila, da varovanje okolja na Zemlji ne bo več le všečna floskula.