Mikor találunk Földön kívüli életet az MTA Csillagászati Kutatóintézete szerint?

2015. május 28.

A rohamosan gyűlő kutatási eredmények alapján indokolt lehet a NASA optimizmusa, és néhány évtizeden belül valóban felfedezhetjük a Földön kívüli életet. Kereszturi Ákos, aMagyar Tudományos Akadémia Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpontjának munkatársa a NASA-bejelentés mögött álló legizgalmasabb részeredményeket tekinti át.

„Tejútrendszerünkben legalább 200 milliárd, a Földhöz hasonló bolygó van” – hangzott el a NASA sajtótájékoztatóján, amelyet 2015. április 7-én tartottak a Földön kívüli élet lehetőségéről Ellen Stofan kutató, valamint John Grunsfeld asztronauta vezetésével. A bejelentés nem egy konkrét tudományos felfedezésről vagy egy új küldetésről szólt, hanem inkább az elkövetkező időszakra szóló előrejelzésként értelmezhető. A NASA álláspontja szerint igen valószínű, hogy egy évtizeden belül a Földön kívüli életre utaló jelet találnak a kutatók, a további egy-két évtizedben pedig bizonyítékuk is lesz rá.

A közlemény szakmai hátterében két tényező áll. Egyrészt az elmúlt tíz-húsz évben viszonylag sok arra vonatkozó megfigyelés született, hogy a Földön kívül, a Naprendszerben és azon túl is, több helyen található olyan környezet, amelyben megjelenhetnek és fennmaradhatnak a földihez hasonló (tehát kémiai folyamatokon alapuló, főleg vizet és szerves anyagot igénylő) életformák – még ha ilyeneket egyelőre nem is sikerült azonosítani. Másrészt az elkövetkező időszakban sok bolygókutató küldetés indítását tervezik e helyszínek vizsgálatára.

Mars: újabb bizonyíték az egykori vízborításra

A Naprendszerben a legnépszerűbb célpont továbbra is a Mars. A körülötte keringő és a felszínén dolgozó szondák megfigyelései megerősítették, hogy a bolygón egykor folyékony víz volt. Az ősi vízmennyiség egy része a világűrbe szökött, erre utalnak a Curiosity rover friss deutérium-hidrogén (D/H) izotóparány-mérései. A víz egykori jelenlétét támasztják alá egyes marsi meteoritok vizsgálatai is, amelyek szintén az izotóparányok alapján mutatták ki, hogy a jelenlegi két jellegzetes D/H izotóparány (a légköri és a kéreg mélyén jellemző értékek) mellett egy harmadik is létezik. Ez arra utal, hogy több különböző H2O-raktár van a bolygón, a most azonosított harmadikat a poláris jégsapkák, illetve a felszín alatti, eltemetett jégtömegek képviselik. Ha ezek jéganyaga egykor olvadt állapotban volt, a víz 100-150 méter vastagon boríthatta be a bolygó felszínét (ha a Mars domborzati egyenetlenségeitől eltekintünk).

Vannak szerves anyagok a Mars felszínén

Fontos előrelépés történt a Mars szerves anyagainak azonosításában is. A Curiosity első adataiban nem találták a korábban földi mérésekkel a légkörében kimutatott metánt, de a küldetés előrehaladtával mégis sikerült azonosítani a gázt. Az is kiderült, hogy a metán légköri mennyisége igen élénken változik, ami arra utal, hogy kis mélységből, lokalizált forrásokból származik.

A Curiosity "Cumberland" mintavételi pontja - itt mutattak ki először szerves anyagot a Mars talajában Forrás: NASA/JPL-Caltech/MSSS

A Curiosity “Cumberland” mintavételi pontja – itt mutattak ki először szerves anyagot a Mars talajában
Forrás: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Bebizonyosodott továbbá, hogy a kiemelt mintákban lévő klórtartalmú szerves anyag nem földi eredetű szennyezés – ez az első bejelentés idején még nem volt egyértelmű. Ugyanakkor a kimutatott szerves klórbenzol és klóralkánok sem voltak jelen eredetileg a marsi mintában. Ezek a SAM nevű műszerben, a mérés során keletkeztek egyéb, eredeti marsi szerves molekulákból. Ha közvetve is, bebizonyosodott tehát, hogy a nem csak a marsi meteoritokban, de a vörös bolygó felszíni anyagaiban is vannak szerves összetevők.

A víz egykori jelenlétére utalnak a Curiosity által már több helyen vett minták, valamint a Marson régóta dolgozó Opportunity rover anyagvizsgálatai is. Sikerült több helyszínen agyagásványokat kimutatni, amelyek vizes közegben keletkeztek mállással. A velük együtt talált kalcium-szulfát pedig a Curiosity mérései alapján közel semleges pH-jú ősi közegre utal, amelyben az elszállított ionokra vonatkozó becslések alapján bőséggel lehetett víz. Ez ellentétben áll az Opportunity által korábban vizsgált, ún. Hematit-régió jellegzetes ásványa, a jarozit által jelzett egykori savas kémhatással. Eszerint jelentős eltérések lehettek az egyes területek között a vizek kémhatásában – ennek igazolásában sokat segítene, ha az időbeli változásokat is pontosan tudnánk rekonstruálni. A különböző oxidáltságú és oxidálatlan anyagok keverékében lévő, jelentős redox-potenciált földi mikrobák kihasználhatnák – ha az egyéb körülmények megfelelnének élettevékenységük folytatásához. Elvben tehát az esetleges élőlények fennmaradásához szükséges energiaforrás is akadt volna.

A NASA merész előrejelzésének másik oka, hogy a következő évtizedben újabb küldetésekkel részletesen is elemezni fogják ezeket a perspektivikus célpontokat. A legfontosabb lépésre 2020 körül kerül sor: anyagmintát hoznak a Marsról a Földre, amit bolygónkon a marsi helyszínekhez képest sokkal részletesebben lehet majd vizsgálni. A nagyjából 2030-ra tervezett emberes Mars-expedíció pedig jó eséllyel adhat választ az egykori (esetleg mai) marsi élettel kapcsolatos több kérdésre is.

Holdak eltemetett óceánjai

A Naprendszerben a Mars mellett fontos célpont a Jupiter Europa nevű holdja is. Ennek jégpáncél alatti, folyékony vízből álló „óceánjáról” már évek óta tudnak a szakemberek. Az égitest megismerésének következő fontos lépése annak megállapítása, hogy milyen anyagok találhatók ebben a vizes közegben, és mik a fizikai és kémiai paraméterei. E szempontból jelentős előrelépés, hogy a korábbi felvételekből összeállított térképek elemzésével sikerült megbecsülni a jég recirkulációs rátáját. Ez az érték azt adja meg, milyen rátával keveredik a jég az alatta lévő óceán anyagába. A jelenség kulcsfontosságú az esetleges élet szempontjából, a jégben ugyanis részben a szomszédos Io hold vulkáni anyagkibocsátása, részben a Nap ultraibolya és a Jupiter részecskesugárzása miatt oxidált, savas anyagok (pl. kénsav) keletkeznek. Ha a jég valahol felemésztődik, ezek is az óceánba jutnak, és a víz fenekén sejthető szilikátos vulkáni központok lúgos anyagaival elkeveredve növelik a redox-potenciált, ami több földi életforma ideális kémiai energiaforrása.

Fantáziarajz az Europa hold jégpáncéljába nyomult, sós víz alkotta „tólencséről” Forrás: Britney Schmidt / Dead Pixel VFX / Univ. of Texas at Austin

Fantáziarajz az Europa hold jégpáncéljába nyomult, sós víz alkotta „tólencséről”
Forrás: Britney Schmidt / Dead Pixel VFX / Univ. of Texas at Austin

Az újabb vizsgálatok alapján a jégkéreg globálisan maximum 100 millió éves, ami fiatalnak számít (Földünkön a kontinensek többsége ennél idősebb, csak az óceáni aljzatok kora fiatalabb), míg az Europa felszíne mindenhol legfeljebb ilyen korú. A kutatók azonban éveken át nem találták a nyomát annak, hogyan tűnhetett el a jégpáncél idős része – nem mutatkoztak ugyanis a földi szubdukciós (alábukási) zónákhoz hasonló képződmények. Most a jégtáblákból összeállított hatalmas „puzzle” elemzésével „hiányzó sávok” nyomára bukkantak. Ezek a jégkéreg felolvadt részeit jelzik, amelyek nemrég tűntek el – igaz, a recirkuláció nem a földi alábukáshoz hasonlóan történt. A felismerés arra utal, hogy az óceán vize kémiailag aktív anyagokat tartalmaz, amelyek változatos környezetet biztosíthatnak esetleges biológiai jelenségekhez.

Folyékony víz nemcsak a jégpáncél alatti óceánban lehet, hanem esetenként magába a jégpáncélba is benyomulhat. Ebben az esetben a víz adott mélységben megreked, sótartalma részben kiválik (ún. eutektikus fagyás lép fel), a víz pedig kiterjedt „tólencsét” alkot. Ilyen képződmények lehetnek a felszíni összetört jégblokkokat tartalmazó, ún. „káoszterületek” alatt. Ezek a tólencsék viszonylag rövid élettartamúak, maximum egymillió évig maradnak meg – az élet kialakulásának ezért nem kedveznek, azonban az óceánból odajutott esetleges élőlények számára átmenetileg kedvező viszonyokat biztosíthatnak.

A Ganymedes Jupiter-hold esetében kevésbé volt biztos a felszín alatti óceán léte – egészen mostanáig. A Hubble űrtávcső által a hold körüli, rendkívül ritka gázburokban megfigyelt sarki fény adott biztosabb információt. A sarki fények két gyűrűben mutatkoznak a hold két pólusa körül. A jelenséget a hold saját mágneses tere hozza létre, ami feltehetőleg a mélységi óceánban, az ott lévő oldott ionok áramlásával összefüggésben keletkezik. Ez kölcsönhatásba lép a Jupiter saját, sokkal erősebb mágneses terével, aminek következtében a sarki fénygyűrű helyzete időnként eltolódik. Az eltolódás mértéke sokkal kisebb annál, mint amekkora egy mélységi óceán nélküli holdon lenne– eszerint a felszín alatt igen mélyen, mintegy 300 km-re vízréteg húzódik.

Az Enceladus feltételezett déli sarki, felszín alatti „óceánjának” helyzete a jégpáncél repedéseivel, amelyeken keresztül a kilövellések kitörnek Forrás:NASA/JPL-Caltech

Az Enceladus feltételezett déli sarki, felszín alatti „óceánjának” helyzete a jégpáncél repedéseivel, amelyeken keresztül a kilövellések kitörnek
Forrás:NASA/JPL-Caltech

A Szaturnusz Enceladus holdjának „gejzírjellegű” anyagkilövellései a déli sarkvidékről vízgőzt, jégszilánkokat és egyéb anyagokat juttatnak az űrbe, 100-300 kg/s-os rátával. Az így kibocsátott 2-8 nm-es, szilíciumban gazdag szemcséket a bolygó körül keringő Cassini űrszonda elemezte. Az apró szemcsék összetételét a pordetektor által mért becsapódások alapján sikerült meghatározni. Az elemzés arra utal, hogy a szemcséket hidrotermális aktivitás hozta létre egy óceánban. Az óceánba valószínűleg az Enceladus jégpáncélja alatt húzódó kőzetbelsőben áramló, alkáliákat tartalmazó és legalább 90 Celsius-fokos forró víz jut. Ez a hideg vízben szilikátoldat lesz, és ásványok válnak ki belőle. Az óceán vize egyébként gazdag nátriumban, továbbá karbonátok és metán is előfordulnak benne. Az óceánból induló és a jégpáncél repedésein áthaladó kilövellésekben megjelenő anyagok koncentrációja alapján az óceán vizében viszonylag sok oldott só lehet. A gravitációs mérések szerint a holdon, 30-40 km mélyen a felszín alatt legalább lokális, de akár globális, mintegy 10 km vastag vízréteg alkotta óceán is lehet.

Élet keresése az exobolygókon

Az exobolygók – azaz Naprendszeren kívüli bolygók – kutatása során (főleg a Kepler űrtávcső mérései alapján) kiderült, hogy valószínűleg szinte minden csillag körül kering bolygó, méghozzá általában több is. Míg az exobolygók felfedezésének első éveiben főleg nagy, a Jupiterhez hasonló méretű bolygókat azonosítottak, mára a kisebb objektumok vezetik a listát. Úgy tűnik, a Földhöz hasonló méretű és tömegű planéták gyakoriak a világegyetemben. A nagy számok törvénye alapján pedig sok keringhet közülük az adott csillag ún. „lakhatósági zónájában” (ahol tartósan létezhet folyékony víz a felszínen), ami a földiekhez hasonló, az élet keletkezését és fennmaradását lehetővé tevő körülmények kialakulását eredményezheti.

A James Webb űrtávcső néhány tükörszegmense a földi tesztcsarnokban Forrás: NASA

A James Webb űrtávcső néhány tükörszegmense a földi tesztcsarnokban
Forrás: NASA

Az elkövetkező időszak fő feladata már nem az exobolygók felfedezése, hanem részletesebb jellemzése lesz – többek között a 2018-ban induló, 6,5 méteres tükörátmérőjű James Webb űrtávcső segítségével. Perspektivikus témakör az exobolygók légkörének elemzése, éghajlati viszonyaik megközelítő feltárása. Várhatóan több esetben sikerül majd vízgőzt is kimutatni a légkörükben. Utóbbi megfigyeléseket meteorológiai modellekkel összekapcsolva megbecsülhető, létezhet-e cseppfolyós halmazállapotú víz az adott égitesten. A légköri gázok elemzésekor a potenciálisan biogén eredetűeket, azok között is az ún. nem egyensúlyi viszonyban előfordulókat keresik majd. Ezek együttes kialakulásának biológiai ok nélkül igen kicsi az esélye – ilyen például az oxigén és metán jelenléte egy légkörben.

Az ábra függőleges tengelyén felfelé növekvő tömegű fősorozati csillagok láthatóak (köztük a Nap is 6000 K körüli felszíni hőmérséklettel), a vízszintes tengelyen pedig a csillagtávolsággal kapcsolatos besugárzás intenzitása olvasható. Az ideális zónát - ahol egy Föld-típusú bolygó megőrizheti felszíni vízkészletét - az ábra jobb felén kék háttér jelzi. Itt van a Föld, és ennek a zónának a külső részén találjuk a Marsot is. Lehetséges, hogy a Mars légköre kezdetben olyan erős üvegházhatást produkálhatott, ami átmenetileg lakhatóvá tette. Az ábrán feltüntetett exobolygók lakhatóságáról pontosabb becslés várható a közeljövőben Forrás: Harman, Kopparapu, NASA

Az ábra függőleges tengelyén felfelé növekvő tömegű fősorozati csillagok láthatóak (köztük a Nap is 6000 K körüli felszíni hőmérséklettel), a vízszintes tengelyen pedig a csillagtávolsággal kapcsolatos besugárzás intenzitása olvasható. Az ideális zónát – ahol egy Föld-típusú bolygó megőrizheti felszíni vízkészletét – az ábra jobb felén kék háttér jelzi. Itt van a Föld, és ennek a zónának a külső részén találjuk a Marsot is. Lehetséges, hogy a Mars légköre kezdetben olyan erős üvegházhatást produkálhatott, ami átmenetileg lakhatóvá tette. Az ábrán feltüntetett exobolygók lakhatóságáról pontosabb becslés várható a közeljövőben
Forrás: Harman, Kopparapu, NASA

A még csak papíron létező, koronográffal felszerelt űrtávcsövekkel közvetlenül is sok exobolygó vizsgálható lesz. A központi csillag fényét kitakarva könnyebben azonosíthatják a körülöttük keringő halvány égitesteket. A közvetlen képalkotással megörökített exobolygók tartós követése éghajlatuk elemzését, a felszíni jég vagy víz előfordulásának valószínűsítését teszi lehetővé.

A fentiek fényében indokoltnak tűnik a NASA bizakodása a közeljövőre vonatkozóan, amit a szakmai közösség nagyobb része is oszt – noha a kritikus felfedezés időpontjáról megoszlanak a vélemények.