Élet az Univerzumban

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt hozzászólók, és jelentősen eltérhet a 2018. szeptember 26-án felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 17 szerkesztést igényelnek .

Élet az univerzumban - ezt a kifejezést az élet  keresését célzó problémák és feladatok összességeként kell érteni . A legáltalánosabb esetben az életet a lehető legtágabban értelmezik - mint az anyag létezésének aktív formáját , bizonyos értelemben a legmagasabb fizikai és kémiai létezési formáihoz képest. A probléma általános megfogalmazásában tehát nem követelmény, hogy az élet a Földhöz hasonló legyen, és számos elmélet bizonyítja, hogy az élet más formákat is ölthet. Az asztrobiológiában alkalmazott fő megközelítés azonban a keresési stratégiák kidolgozásakor két szakaszból áll [1] :

  1. A földi élet keletkezésének tanulmányozása. A főbb rendelkezések kidolgozása. A csontváz szerepe [2] :
    • Adatok a bolygó geológiai életéről, különösen a vulkanizmusról, a tektonikáról és a mágneses térről.
    • Adatok az éghajlat történetéhez és az azt szabályozó mechanizmusok megértéséhez.
    • Alapvető ötletek az élet szerkezetéről, különösen a DNS-ről, a sejtekről és az élő szervezetek túlélési korlátairól
    • Adatok az élő szervezetek eredetéről és fejlődésükről.
  2. A főbb rendelkezések összehangolása csillagászati ​​megfigyelésekkel és elméletekkel és célzott kereséssel. Magába foglalja:
    • Keressen lakható exobolygókat
    • A képződmények elméleteinek felépítése, beleértve az összetett molekuláris képződményeket is, amelyekből később élet keletkezhet.
    • A naprendszer vizsgálata és a kapott adatok összefüggése a szoláris rendszerekre vonatkozó adatokkal

A földönkívüli civilizációk kutatása külön kutatási területként is kiemelhető . Három fő kérdés van ezen a területen:

És itt a kutatási stratégia felépítésében a Kardasev szerinti civilizációtípusok mellett rendkívül fontos, ha nem is kulcsfontosságú szerepe van a Drake-egyenletnek . [3]

A földi élet tanulmányozása

Az élő szervezetek általános tulajdonságai

Jelenleg nincs konszenzus az élet fogalmát illetően, a fogalomnak számos definíciója létezik a megközelítéstől függően, azonban a tudósok általában elismerik, hogy az élet biológiai megnyilvánulását a következők jellemzik: szerveződés , anyagcsere , növekedés , alkalmazkodás , ingerekre adott válasz és szaporodás [4] .

Szinte minden élőlény alapvető szerkezeti és funkcionális egysége a sejt . A nem sejtes szervezetek vírusok , amelyek köztes kapcsolatot jelentenek az élő és az élettelen természet között. A sejtekhez képest nagyon egyszerű szerkezetük van - csak egy nukleinsavból ( RNS vagy DNS ) és egy fehérjehéjból állnak . Ráadásul a vírusok életfolyamataikat csak a sejten belül tudják végrehajtani, azon kívül az élettelen természet tárgya.

A sejtek hasonló kémiai összetételűek, fő jellemzőjük a magas víztartalom és a szerves anyagok jelenléte . A szervetlen anyagok közül a sejt a vízen kívül szén-dioxidot , ásványi sókat , bázisokat és savakat is tartalmaz . A sejtet alkotó szerves anyagok közül megkülönböztetik a fehérjéket , a szénhidrátokat , a lipideket és a nukleinsavakat .

Az élet eredete

Különböző időkben különféle hipotéziseket állítottak fel az élet keletkezésére vonatkozóan , jelenleg a biokémiai evolúció hipotézise általánosan elfogadott [5] [6] [7] . Eszerint a biokémiai evolúció folyamatában minden szerves anyag szervetlen anyagokból keletkezett külső energia és szelekciós tényezők hatására, valamint az összes viszonylag összetett rendszerben rejlő önszerveződési folyamatok kibontakozása következtében, amelyek kétségtelenül mind szén- molekulákat tartalmazó.

Úgy tartják, hogy először az egyszerű szerves anyagok keletkeztek ( alkoholok , savak , heterociklusos vegyületek : purinok , pirimidinek és pirrol ), majd bonyolultabb anyagok - monoszacharidok , nukleotidok , aminosavak , zsírsavak - szintetizálódtak , amelyek viszont több részévé váltak. komplex biopolimerek: poliszacharidok , nukleinsavak , fehérjék .

A 21. századra az Oparin-Haldane elmélet , amely azt sugallja, hogy az első organizmusok megjelenését megelőzte a fehérjék kezdeti megjelenése , gyakorlatilag átadta helyét egy modernebb elméletnek. Fejlődésének lendületét a ribozimek – RNS -  molekulák felfedezése adta , amelyek enzimatikus aktivitással rendelkeznek, és ezért képesek egyesíteni azokat a funkciókat, amelyeket a valódi sejtekben főleg a fehérjék és a DNS külön hajtanak végre , azaz biokémiai reakciókat katalizálnak és örökletes információkat tárolnak. Feltételezhető tehát, hogy az első élőlények fehérjék és DNS nélküli RNS-szervezetek voltak, és prototípusuk egy autokatalitikus ciklus lehetett, amelyet éppen a saját másolataik szintézisét katalizálni képes ribozimek alkotnak. [nyolc]

Minden, amit az anyag kémiájáról tudunk, lehetővé teszi, hogy a kémiai evolúció problémáját az úgynevezett „ víz-szén sovinizmus ” keretére korlátozzuk, feltételezve, hogy az élet az univerzumban az egyetlen lehetséges változatban jelenik meg: "fehérjetestek létezési módja" [9] , ami a szén polimerizációs tulajdonságainak és a folyékony fázisú vizes közeg depolarizáló tulajdonságainak egyedülálló kombinációja miatt lehetséges, mint szükséges és/vagy elégséges (?) feltételek a megjelenéshez. és minden általunk ismert életforma fejlődése. Ez azt jelenti, hogy legalább egy kialakult bioszférán belül csak egy öröklődési kód létezhet, amely egy adott bióta összes élőlényére jellemző , de nyitva marad a kérdés, hogy vannak-e más bioszférák a Földön kívül, és hogy a genetikai apparátusnak vannak-e más változatai. lehetségesek.

Az sem ismert, hogy a kémiai evolúció mikor és hol kezdődött. Bármilyen dátum lehetséges a csillagkeletkezés második ciklusának vége után, amely az elsődleges szupernóvák robbanástermékeinek kondenzációja után következett be , nehéz elemeket szállítva ( több mint 26 atomtömegű ) a csillagközi térbe. A második generációs csillagok , amelyek már a kémiai evolúció megvalósításához szükséges nehéz elemekkel dúsított bolygórendszerekkel rendelkeznek, 0,5–1,2 milliárd évvel az Ősrobbanás után jelentek meg . Bizonyos meglehetősen valószínű körülmények között szinte bármilyen környezet alkalmas lehet a kémiai evolúció elindítására: az óceánok mélye, a bolygók belseje, felszínük, protoplanetáris képződmények, sőt a csillagközi gázfelhők is, amit az űrben elterjedt észlelés is igazol. asztrofizikai módszerekkel sokféle szerves anyag - aldehidek, alkoholok, cukrok, de még a glicin aminosav is, amelyek együttesen kiindulási anyagként szolgálhatnak a kémiai evolúcióhoz, amelynek végeredménye az élet kialakulása .

Belép a csillagászat

Az élet kémiája a bolygók kialakulásában

A lakható bolygók és keresésük

Mivel a Földön kívüli bolygókon élő organizmusok létezése nem bizonyított, ezért egyetlen bolygó sem tekinthető magabiztosan megfelelőnek, a Földön és a Naprendszerben uralkodó fizikai-kémiai viszonyokra vonatkozó információk extrapolálásáról beszélünk . Ezek a jellemzők (a csillag típusa, a Föld és a Nap távolsága, a Föld tömege és pályája ) nemcsak a széles hőmérsékleti tartományban létező egysejtűek , hanem a többsejtű szervezetek kialakulásához is hozzájárulnak. Az e terület elméleti és kísérleti kutatása az asztrobiológia viszonylag fiatal tudományágának tárgya , amely a bolygótudomány részét képezi .

Az élő szervezetek létezésének feltétlenül szükséges feltétele az energiaforrás , de a bolygók életfejlődésre való potenciális alkalmassága geofizikai , geokémiai és asztrofizikai tényezők kombinációjától is függ . A NASA Asztrobiológiai Fejlesztési Programjában a bolygók életfejlődésre való alkalmasságának kritériumai a következők: „Nagy területek folyékony vízi környezetben; összetett szerves anyagok szintézisét elősegítő körülmények ; valamint az anyagcsere fenntartásához szükséges energiaforrás rendelkezésre állása ” [10] .

Egy bolygó potenciális lakhatóságának meghatározásakor a kutatás az alapvető összetételre, a pálya jellemzőire, a légkörre és a lehetséges kémiai reakciókra összpontosít. A csillagok legfontosabb jellemzői: tömeg és fényesség , stabilitás és nagy fémesség . A sziklás Föld-szerű bolygók és holdjaik , amelyekben potenciálisan szénalapú az élet (azonban elméletileg teljesen más megjelenésű és más kémiai elemen alapulhat!), Az asztrobiológia kutatásának legfontosabb iránya , bár más elméletek néha fontolóra veszi az alternatív biokémiát és más típusú kozmikus testeket.

A 20. század végén két áttörés történt ezen a területen. A Naprendszer más bolygóinak és műholdjainak robot-bolygóközi állomásai által végzett megfigyelése és tanulmányozása kritikus információkat szolgáltatott az életfenntarthatósági kritériumok meghatározásához, és fontos geofizikai összehasonlításokat tesz lehetővé a Föld és más objektumok között. Az 1991-ben először felfedezett Naprendszeren kívüli bolygók száma [11] [12] folyamatosan növekszik, ami lehetővé teszi további információk megszerzését a földönkívüli élet lehetőségének vizsgálatával kapcsolatban . A legfontosabb, hogy megerősítette, hogy a Nap nem egyedülálló a csillagok között abban, hogy bolygórendszere van, és kiterjesztette a keresési horizontot a Naprendszeren túlra.

A Drake-egyenlet és az élőhely

1960-ban Frank Donald Drake , a kaliforniai Santa Cruz Egyetem csillagász- és asztrofizika professzora kidolgozott egy képletet, amely meghatározhatja a galaxis azon civilizációinak számát , amelyekkel az emberiségnek esélye van kapcsolatba lépni.

A képlet így néz ki:

,

ahol:

  •  - a kapcsolatfelvételre kész intelligens civilizációk száma;
  •  - a galaxisunkban évente keletkező csillagok száma;
  •  a bolygókkal rendelkező csillagok töredéke;
  •  - a civilizáció kialakulásához megfelelő feltételekkel rendelkező bolygók (és műholdak) átlagos száma;
  •  - az élet keletkezésének valószínűsége egy megfelelő feltételekkel rendelkező bolygón;
  •  - az intelligens életformák megjelenésének valószínűsége azon a bolygón, amelyen élet van;
  •  - azon bolygók számának aránya, amelyek intelligens lakói képesek érintkezni és keresik azt, azon bolygók számához, amelyeken intelligens élet van;
  •  - egy ilyen civilizáció élettartama (vagyis az az idő, ameddig egy civilizáció létezik, kapcsolatot tud teremteni és kapcsolatot akar teremteni).

Az egyenlet paramétereire különféle becslések léteznek, a szélsőségesen pesszimistától a legoptimistábbig. Itt vannak az eddigi legmegbízhatóbb paraméterek.

R = csillagkeletkezési sebesség

Drake értékelése 10/év. A NASA és az Európai Űrügynökség legújabb eredményei évi 7 értéket adnak. [13]

f p = bolygórendszerű csillagok aránya

Drake értékelése 0,5. A legújabb tanulmányok szerint a napelem típusú csillagok legalább 30% -a rendelkezik bolygókkal [14] , és tekintettel arra, hogy csak nagy bolygókat találunk, ez a becslés alulbecsültnek tekinthető. [15] A fiatal csillagok körüli porkorongok infravörös vizsgálatai azt sugallják, hogy a napelem típusú csillagok 20-60%-a alkothat Földhöz hasonló bolygókat. [16]

n e = Egy rendszerben használható bolygók vagy műholdak átlagos száma

Drake pontszáma 2. Marcy megjegyzi [15] , hogy a legtöbb felfedezett bolygó rendkívül excentrikus pályával rendelkezik, vagy túl közel halad el a csillaghoz. Ismeretesek azonban olyan rendszerek, amelyekben napelem típusú csillag és kedvező pályájú bolygók találhatók ( HD 70642 , HD 154345 vagy Gliese 849 ). Valószínű, hogy lakható vidéken vannak földi típusú bolygóik , amelyeket kis méretük miatt nem fedeztek fel. Azt is állítják, hogy az élet létrejöttéhez nincs szükség napszerű csillagra vagy Földhöz hasonló bolygóra – a Gliese 581 d is lakható lehet. [17] [18] Bár több mint 350 bolygórendszer ismeretes, ez csak . Még a lakható zónában lévő bolygók esetében is lehetetlen lehet az élet kialakulása bizonyos kémiai elemek hiánya miatt. [19] Ezen kívül létezik az egyedülálló Föld-hipotézis , amely szerint az összes szükséges tényező kombinációja rendkívül valószínűtlen, és talán a Föld egyedülálló ebből a szempontból. Ekkor n e rendkívül kis értéknek számít.

f l = Az élet előfordulásának valószínűsége megfelelő körülmények között

Drake 1-re értékelte. 2002-ben Charles Lineweaver és Tamara Davis becslése szerint az f l > 0,13 a több mint egymilliárd éves múltra visszatekintő bolygók esetében a Földi statisztikák alapján. [20] Lineweaver azt is megállapította, hogy a galaxis csillagainak körülbelül 10%-a lakható, mivel nehéz elemeket tartalmaz, távolodnak a szupernóváktól , és szerkezetük meglehetősen stabil. [21]

f i = Az intelligencia megjelenése előtti fejlődés valószínűsége

Drake becslése szerint 0,01.

f c = A kapcsolatteremtésre képes és hajlandó civilizációk százalékos aránya.

Drake becslése szerint 0,01.

L = Egy civilizáció várható élettartama, amely alatt megpróbál kapcsolatot teremteni.

Drake becslése szerint 10 000 év. Michael Schemmer a Scientific American cikkében hatvan történelmi civilizáció példája alapján 420 évre becsülte az L -t. A "modern" civilizációk statisztikáit felhasználva 304 évet kapott. A civilizációk bukását azonban általában nem kísérte a technológia teljes elvesztése, ami kizárná, hogy a Drake-egyenlet értelmében különállónak tekintsék őket. Ugyanakkor a csillagközi kommunikáció módszereinek hiánya azt is lehetővé teszi, hogy ezt az időszakot nullának nyilvánítsuk. L értéke a rádiócsillagászat 1938-as létrejöttétől napjainkig mérhető . 2008-ban tehát L legalább 70 éves. Egy ilyen becslés azonban értelmetlen – 70 év a minimum, a maximumra vonatkozó találgatás hiányában. A 10 000 év még mindig a legnépszerűbb érték.

Teljes:

R = 7/év, f p = 0,5, n e = 0,005, f l = 0,13, f i = 0,01, f c = 0,01 és L = 10 000 év

Kapunk:

N = 7 x 0,5 x 0,005 x 0,13 x 0,01 x 0,01 x 10 000 = 0,002275 (kontaktorok nélkül)

SETI. Intelligens élet keresése

Háromféle megközelítés létezik a földönkívüli intelligencia kutatására:

  • Keresse a földönkívüli civilizációk jelzéseit, számítva arra, hogy a társaik is keresni fogják a kapcsolatot (aktív SETI). Három fő probléma van ezzel a megközelítéssel: mit kell keresni, hogyan kell keresni és hol kell keresni.
  • Küldjön egy úgynevezett „készenléti jelet”, remélve, hogy valaki megkeresi ezt a jelet (aktív SETI). Ennek a megközelítésnek a fő problémái gyakorlatilag megegyeznek az első megközelítésével, kivéve a kisebb technikai problémákat.
  • Keresse a földönkívüli civilizációk jeleit, függetlenül a kapcsolatfelvételi vágyuktól (passzív SETI), például a természeti viszonyok technológiai fejlődés miatti változásait. A fő probléma itt az, hogy meg kell különböztetni a civilizáció jelét magának a bolygónak a természetes sugárzásától.

Az egyik megközelítést a NASA – a mesterséges elektromágneses jelek meghallgatására finanszírozott program – fejezi ki, abból a feltételezésből, hogy minden technológiailag fejlett civilizációnak el kell jutnia a rádió-televíziós vagy radarjelrendszerek létrehozásához – ugyanúgy, mint a Földön. A Föld legkorábbi elektromágneses jelei mostanra minden irányban, közel 100 fényévnyi távolságon át eljuthatnak. A Föld felé irányuló idegen jelek elkülönítésére tett kísérletek eddig sikertelenek maradtak, de az így „tesztelt” csillagok száma kevesebb, mint 0,1%-a a még kutatásra váró csillagok számának, ha statisztikailag szignifikáns a valószínűsége a földönkívüli megtalálásának. civilizációk.

2011- ben Abraham Loeb , a Harvard Egyetem és Edwin Turner , a Princetoni Egyetem csillagászai új rendszert javasoltak a földönkívüli civilizációk felkutatására . Javaslatuk az, hogy földönkívüli civilizációkat keressenek a bolygóik éjszakai oldalán található lehetséges városok megvilágításával. Kétségek merülnek fel azzal kapcsolatban is, hogy a fejlett földönkívüli civilizációk képesek-e használni a kozmikus távolságokban regisztrálható rádióhullámokat. [22]

Az új munkában a tudósok azt javasolták, hogy keressenek földönkívüli civilizációk "könnyű" nyomait. Így például azt javasolják, hogy regisztrálják az exobolygók éjszakai oldalának megvilágítását (például a városok fényével). Feltételezve, hogy a bolygó keringése ellipszis alakú , a csillagászok kimutatták, hogy meg lehet mérni egy objektum fényerejének változását, és észlelni lehet, hogy a sötét oldala meg van-e világítva. Ugyanakkor a tudósok azt feltételezik, hogy a sötét oldal fényereje összehasonlítható a nappali fényerővel (a Föld esetében ezek az értékek öt nagyságrenddel különböznek).

Ezenkívül a tudósok fényes objektumokat kívánnak keresni a Kuiper-övben más csillagok körül, majd sugárzásuk spektrális elemzésével. A csillagászok úgy vélik, hogy egy ilyen elemzés meghatározza a világítás természetét – legyen az természetes vagy mesterséges. A tudósok hangsúlyozzák, hogy az összes javasolt lehetőség megvalósíthatatlan a meglévő technológia segítségével. Ugyanakkor véleményük szerint az új generációs teleszkópok, mint például az amerikai " James Webb ", jól megbirkózhatnak a cikkben leírt feladatokkal.

Háttér

Jegyzetek

  1. ↑ Edwin A. Bergin. Asztrobiológia: Egy csillagász perspektívája. - 2013. - arXiv : 1309.4729 .
  2. ↑ Jeffrey Bennett, Seth Shostak. Élet az univerzumban. - 3. - 2012. - ISBN 0-321-68767-1 .
  3. ↑ Adam Frank, Woodruff Sullivan. Fenntarthatóság és az asztrobiológiai perspektíva: Az emberi jövő megalkotása bolygókontextusban. - 2013. - arXiv : 1310.3851 .
  4. ↑ Az élet meghatározása . Kaliforniai Tudományos Akadémia (2006). Letöltve: 2007. január 7. Az eredetiből archiválva : 2011. augusztus 21..
  5. ↑ Futuyma DJ Evolution. - Sunderland: Sinauer Associates, 2005. - P. 92-94. - ISBN 0-878-93187-2 .
  6. ↑ Ridley M. Evolúció. — 3. kiadás. - Wiley-Blackwell, 2004. - P. 529-531. — 751 p. — ISBN 978-1-4051-0345-9 .
  7. ↑ Rauchfuss, Horst. A kémiai evolúció és az élet eredete. - Springer, 2008. - ISBN 978-3-540-78822-5 .
  8. ↑ A komplexitás születése. Az evolúcióbiológia ma: váratlan felfedezések és új kérdések / A. V. Markov. — M.: Astrel: CORPUS, 2010. — S. 60.
  9. ↑ Engels F. Anti-Dühring; Marx K. és Engels F., Works, 2. kiadás, 20. kötet, p. 82.
  10. ↑ 1. cél: A lakható környezetek természetének és eloszlásának megértése az Univerzumban . Asztrobiológia: Útiterv . NASA . Letöltve: 2007. augusztus 11. Az eredetiből archiválva : 2012. március 11.
  11. ↑ Wolszczan, A. & Frail, DA (1992. január 9.), A PSR1257+12 ezredmásodperces pulzár körüli bolygórendszer , Nature T. 355: 145–147, doi : 10.1038/355145a0 , < http://www.nature. com/nature/journal/v355/n6356/abs/355145a0.html > Archiválva : 2006. október 23. a Wayback Machine -nél 
  12. ↑ Wolszczan, A (1994. április 22.), Confirmation of Earth Mass Planets Orbiting the Millisecond Pulsar PSR:B1257+12 , Science T. V.264, (NO.5158): 538 , < http://adsabs.harvard.edu /cgi- bin/nph-bib_query?bibcode=1994Sci...264..538W >  
  13. ↑ A Tejút hét új csillagot dob ​​ki évente, állítják a tudósok . Goddard Űrrepülési Központ, NASA. Letöltve: 2008. május 8. Az eredetiből archiválva : 2011. augusztus 22..
  14. ↑ Szuperföldek hármasa . Európai Déli Obszervatórium. Letöltve: 2008. június 24. Az eredetiből archiválva : 2011. augusztus 22..
  15. ↑ 12 Marcy , G .; Butler, R.; Fischer, D.; et al.  Exobolygók megfigyelt tulajdonságai : tömegek, pályák és fémek  // Az elméleti fizika fejlődésének kiegészítése : folyóirat. - 2005. - 20. évf. 158 . - P. 24 - 42 . - doi : 10.1086/172208 . Archiválva az eredetiből 2008. október 2-án. Archivált másolat (nem elérhető link) . Letöltve: 2017. október 11. Az eredetiből archiválva : 2008. október 2.. 
  16. ↑ Sok, talán a legtöbb közeli napszerű csillag alkothat sziklás bolygókat . Archiválva az eredetiből 2011. augusztus 22-én.
  17. ↑ W. von Bloh, C. Bounama, M. Cuntz és S. Franck. A szuperföldek lakhatósága in Gliese 581  // Astronomy and Astrophysics  : Journal  . - 2007. - Vol. 476 . — 1365. o . - doi : 10.1051/0004-6361:20077939 .
  18. ↑ F. Selsis, JF Kasting, B. Levrard, J. Paillet, I. Ribas és X. Delfosse. Lakható bolygók a Gliese 581 csillag körül?  (angol)  // Astronomy and Astrophysics  : Journal. - 2007. - Vol. 476 . - 1373. o . - doi : 10.1051/0004-6361:20078091 .
  19. ↑ Trimble, V. A biológiailag fontos elemek eredete // Orig Life Evol Biosph .. - 1997. - V. 27 , No. 1-3 . - P. 3-21 . - doi : 10.1023/A:1006561811750 . — PMID 9150565 .
  20. ↑ Lineweaver, CH & Davis, T.M. Az élet gyors megjelenése a Földön azt sugallja, hogy az élet gyakori a világegyetemben? (angol)  // Asztrobiológia: folyóirat. - 2002. - 20. évf. 2 , sz. 3 . - P. 293-304 . - doi : 10.1089/153110702762027871 . — PMID 12530239 .
  21. ↑ A csillagok egytizede fenntarthatja az életet . New Scientist (2004. január 1.). Letöltve: 2008. május 8. Az eredetiből archiválva : 2011. augusztus 22..
  22. ↑ arXiv : 1110.6181

Irodalom

Linkek