Pagkain Sa Enceladus, Lumang Matapat Sa Europa Palakasin Ang Kaso Para Sa Paghanap Ng Buhay Na Alien

2023 May -akda: Peter Bradberry | [email protected]. Huling binago: 2023-05-21 22:39

Natagpuan ng mga siyentipiko ang molekular hydrogen at mga likas na tubig na likido sa mga buwan na nagdadala ng karagatan sa panlabas na solar system.

Dalawang buwan sa panlabas na solar system-Jupiter's Europa at Saturn's Enceladus-ay nagiging hindi mapag-aalinlanganan nangungunang mga target sa paghahanap para sa buhay sa ibang lugar sa solar system, sinabi ng mga siyentista at mga opisyal ng NASA sa isang press conference noong Huwebes. Sa ilalim ng kanilang mga nagyeyelong crust ang parehong mga buwan ay may malalim, pandaigdigang mga karagatang likidong tubig, na pinapanatili ng mainit na tubig mula sa mga gas-higanteng planeta na kanilang inuikot. Kung may anumang lumangoy sa mga karagatang iyon ay mananatiling hindi alam-ngunit marahil ay hindi masyadong mahaba.

Sa Enceladus, natuklasan ng NASA's Cassini spacecraft ang molekular hydrogen-isang potensyal na pagkain para sa bakterya at isang palatandaan ng aktibidad ng hydrothermal-sa loob ng mga singaw ng singaw ng tubig na nagpapalabas mula sa karagatan patungo sa kalawakan sa pamamagitan ng mga bitak sa ibabaw ng yelo ng buwan. Sa Europa, ang mga teleskopyo sa daigdig ay nakakita ng mga palatandaan ng mga katulad na plume, na sinusundan ang isa na tila inuulit-isang "Lumang Matapat" ng panlabas na solar system-sa isang misteryosong thermal anomaly sa ibabaw ng buwan. Ang parehong mga natuklasan ay nagpapalakas ng kaso para sa pagpapadala ng mga misyon sa paghahanap ng buhay sa hinaharap sa bawat buwan bilang bahagi ng lumalaking programa ng "Ocean Worlds" ng NASA ng interplanitary explorer.

"Ang mga 'mundo ng karagatan' na ito ay natuklasan lamang," sabi ni Jim Green, direktor ng planetary science division ng NASA. “Nasa solar system sila. Kailangan nating siyasatin sila sapagkat kabilang sila sa mga pinakamahusay na lokasyon-naniniwala kami-na maaaring magkaroon ng buhay ngayon. ".

Libreng Enerhiya sa Enceladus

Ang Cassini ay pana-panahong sumisid sa mga plume ni Enceladus mula pa nang unang natuklasan ang mga ito, ilang sandali matapos itong dumating sa Saturn noong 2004. Ang mga plume ay isang kabuuang sorpresa-walang inaasahan ang ganoong masidhing aktibidad sa nabawasang buwan, na halos kasing laki ng Inglatera. Ang pag-sniff ng mga plume na may onboard mass spectrometer, natagpuan ng spacecraft na naglalaman lamang sila ng hindi lamang singaw ng tubig, kundi pati na rin ang mga bakas ng gas tulad ng ammonia, carbon dioxide at methane. Hinanap din nito ang hydrogen, dahil ang mga microbes sa malalalim na karagatan ng Earth ay gumagamit ng reaksyon ng hydrogen na may carbon dioxide upang makakuha ng "libreng enerhiya" upang himukin ang kanilang mga metabolismo. Ang reaksyon ay gumagawa ng methane bilang isang byproduct. Pinag-usapan ang "methanogenic" microbes kay Enceladus na maikli na nag-spike noong 2009, nang lumabas ang mga ulat ng spectrometer ni Cassini na nakakahanap ng mga palatandaan ng hydrogen sa isang plume. Ngunit ang mga kasapi ng koponan ay natunton ang senyas na iyon sa disaporating ng singaw ng tubig habang sumabog ito sa mga pader ng titanium ng instrumento sa higit sa 17 kilometro bawat segundo. Para sa pinakabagong gawaing ito, na inilathala sa journal Science, ang koponan ay nakapagpakain ng materyal na plume sa spectrometer ni Cassini sa mas mabagal na bilis nang hindi nito hinawakan ang mga dingding, na pinipigilan ang mga kahaliling mapagkukunan ng produksyon at pinapayagan ang anumang hydrogen na inilabas mula sa karagatan ng buwan na makita. Ang nahanap nila ay nagulat sa kanila: ang hydrogen ay bumubuo ng 1 hanggang 2 porsyento ng mga plume-higit sa sapat upang magsilbing isang mapagkukunan ng libreng enerhiya para sa buhay na microbial.

"Ang isa o 2 porsyento ay hindi gaanong parang sa karamihan sa mga tao, ngunit talagang - ito ay isang kamangha-manghang halaga," sabi ni Frank Postberg, isang planetary scientist sa University of Heidelberg na nag-aaral ng mga bulto ni Enceladus ngunit hindi kasali sa bagong trabaho "Ang Molecular hydrogen ay halos hindi matatagpuan sa Earth dahil sa gaanong ilaw at pabagu-bago nito - kinakain ito ng mga bug o tumutugon sa iba pang mga sangkap o lumulutang lamang sa kalawakan." Ang nasabing isang malaking halaga, naniniwala ang mga mananaliksik, ay dapat na patuloy na replenished sa isang lugar sa loob ng buwan. Sa Lupa, ang molekular na hydrogen ay punong-puno mula sa mga proseso na walang buhay, tulad ng kapag ang mainit na tubig ay umikot sa mga batong mayaman sa iron o mga organikong molekula. Pinapalaya nito ang gas, na maaaring dumaloy sa mga sealoor hydrothermal vents upang mapangalagaan ang mga methanogenic bacteria na bumubuo sa base ng chain ng pagkain para sa mga ecosystem na walang gutom. Sa Enceladus, naniniwala ang mga mananaliksik, ang magkatulad na aktibidad ng hydrothermal ay dapat na maganap.

"Ang libreng enerhiya na ito ay talagang isang laro-changer para sa Enceladus," sabi ng nangungunang may-akda na si Hunter Waite, isang mananaliksik sa Southwest Research Institute (SWRI) sa San Antonio, Tx. "Ang pagkakaroon ng molekular hydrogen ay nagpapakita na mayroong potensyal na kemikal doon upang suportahan ang mga metabolic system tulad ng methanogenic microbes. Ipinapahiwatig nito na natagpuan namin ang isang potensyal na mapagkukunan ng pagkain na susuporta sa kakayahang mapuyahan ng panloob na karagatan ng Enceladus. ".

Kung ang anumang buhay sa loob ng Enceladus ay talagang makakagamit ng molekular hydrogen bilang isang mapagkukunan ng pagkain ay mananatiling makikita. "Kailangan mong malaman kung magkano ang libreng enerhiya na talaga-ano ang bilang ng calorie ng mapagkukunan ng pagkain na ito?" Sinabi ng co-author ng pag-aaral na si Christopher Glein, isang geochemist sa SWRI. Gaano karaming enerhiya ang maaaring makuha ng anumang microbes mula sa hydrogen na malamang na nakasalalay sa maraming mga bagay na hindi pa rin nalalaman tungkol sa nakatagong karagatan na ito, ang temperatura, kaasinan at alkalinity, pati na rin ang pagkakaroon ng iba pang mga nutrisyon tulad ng posporus at asupre. "Ipinapakita sa amin ni Enceladus, 'Narito ang supply.' Ngunit ang pangunahing tanong ay, 'Ano ang hinihiling?'".

Ang kayamanan ng hydrogen ni Enceladus, sabi ni Postberg, ay maaaring makita bilang isang tanda na ang buwan ay walang buhay. "Marahil ay medyo sobra ito, kung tatanungin mo ako. Kung ang maliit na mga organismo ay nasa buong lugar sa karagatan at gusto nilang kumain ng molekular hydrogen, marahil ay hindi nila hahayaang umabot sa ibabaw at lumabas sa kalawakan. " Kahit na, ang kasaganaan ng hydrogen ay hindi maaaring mapawalang-bisa ang biology, sinabi niya: "Maraming iba't ibang mga uri ng metabolismo na lampas sa mga methanogenik-at maaaring ang methanogenesis ay nagaganap lamang sa naisalokal na mga rehiyon ng karagatan."

Mayroong napakaraming hydrogen, sabi ni Waite, na maaari lamang nitong mapuno ang mga gana sa anumang nakatira sa loob ng Enceladus. "Isipin ito sa ganitong paraan-nakaupo ka sa bahay at naghahatid sila ng pizza bawat oras. Sa ilang mga punto ay susuko ka na sa pagkain ng pizza, at ito ay saanman. Maaaring maraming pagkain ang makakain.”.

Lumang Matapat sa Europa

Ang pagtuklas ni Cassini at patuloy na pagsisiyasat sa mga plume ni Enceladus ay isang pangunahing tagapag-uudyok para sa mga katulad na haka-haka tungkol sa Europa, isang mas mataas na buwan na mas malaki kaysa sa Pluto at sa gayon ay mas malamang na magtaglay ng sapat na panloob na init upang himukin ang mga hydrothermal na proseso at bulok. Inaakalang ang karagatan nito, ay nagtataglay ng higit na tubig kaysa sa lahat ng mga dagat sa Earth, sa ilalim ng isang shell ng yelo marahil ay 15 o 25 na kilometro ang kapal. Gayunpaman ang mga pag-aaral ng Europa ay nalimitahan sa mga obserbasyon na may teleskopyo sa Lupa o sa kalawakan, na ipinares sa data ng archival mula sa NASA's Galileo orbiter, na paulit-ulit na lumipad sa Europa habang umiikot sa Jupiter sa pagitan ng 1995 at 2003. (Ang nag-iisang misyon na kasalukuyang nasa Jupiter, Juno spacecraft ng NASA, ay nasa isang malayong orbit na hindi angkop para sa detalyadong pagmamasid sa buwan na ito.).

Ang mga unang palatandaan ng plume ng Europa ay lumitaw noong 2012, sa mga obserbasyon ng Hubble Space Telescope na pinangunahan ng SWRI astronomer na si Lorenz Roth na nakakita ng isang ulap ng singaw ng tubig sa paligid ng timog na poste ng Europa. Ang mga maagang obserbasyong ito ay pinatibay noong 2016 nang ang isang koponan na pinangunahan ni William Sparks ng Space Telescope Science Institute sa Baltimore, Md ay nagmasdan ng higit pang mga potensyal na mga plume sa isang mas malaking hanay ng data ng Hubble. Ang mga pag-aaral ni Sparks ay kumuha ng ibang diskarte, gamit ang ultraviolet light upang maghanap ng mga madilim na anino ng mga plume na sumisabog mula sa ibabaw ng Europa nang ang buwan ay pininturahan laban sa maliwanag na mukha ni Jupiter. Ang pag-aaral ay nagsiwalat ng ilang mga kandidato sa balahibo na tila spring nang halos sapalaran mula sa Europa. Gayunpaman, ngayon, ang isa sa kanila ay maaaring napansin na sumabog sa pangalawang pagkakataon. Ang mga natuklasan ay nai-publish sa Astrophysical Journal Letters.

"Nang makita namin ang pag-ulit, nasasabik kami," sabi ni Sparks. "Dahil kung mayroon kang isang mahirap na obserbahan at paulit-ulit na kababalaghan, kung talagang umuulit ito pagkatapos ng biglaang pagbabago. Binabago nito ang balanse ng posibilidad na ito ay totoo.”.

Ang balahibo ng kandidato ay unang lumitaw sa isang imahe ng Hubble na kinuha noong Marso ng 2014; isang hiwalay na imahe mula noong Pebrero ng nakaraang taon ay nagpapakita ng isa pang mala-shadow na mala-plume na tampok na sumabog mula sa parehong maliit na rehiyon malapit sa equator ng buwan, hilagang-kanluran ng isang nasa katamtamang batang bunganga na tinatawag na Pwyll. Batay sa mga pag-aaral ni Cassini sa Enceladus-na ipinakita na ang mga bulto ng buwan ay nagmula sa mga lagusan na "mainit" na may kaugnayan sa ibabaw ng nagyeyelong, sinuri ng pangkat ng Sparks ang rehiyon sa mga thermal map ng panig ng Europa sa gabi na nagmula sa data ng Galileo.

"Sa aming pagtataka, nakakita kami ng isang thermal anomaly na karapatan smack bullseye sa lokasyon na ngayon lamang namin nakilala" para sa potensyal na umuulit na balahibo, sabi ni Sparks. "Sa palagay ko ay tumulong na kami ngayon lampas sa pagkakaroon ng isang pares ng mga nakakaintriga na tampok na nakikita sa gilid ng mga kakayahan ng Hubble sa pagiging sa isang lugar kung saan ang preponderance ng ebidensya talaga ngayon ay papabor sa [mga balahibo na ito] na totoo.".

Ipinapalagay na ang pagkakahanay ay hindi nagkataon, at ang mga tampok na na-obserbahan ng Hubble ay sa katunayan ay mga plume, nakikita ni Spark at ng kanyang koponan ang dalawang posibleng paliwanag. "Ang isang posibilidad ay ang pagkakaroon ng likidong tubig sa ibaba ng yelo, at ang init nito ay dumadaloy pataas upang maging sanhi ng thermal anomaly at pagbubukas ng mga bitak sa ibabaw upang maging sanhi ng aktibidad ng balahibo," sabi ni Sparks. Ang paliwanag na "panloob na init" na iyon ay magmumungkahi ng tubig ay nasa dalawang kilometro lamang sa ibaba. Bilang kahalili, ang isang plume na sumabog mula sa ibaba ay maaaring lumikha ng anomalya sa pamamagitan ng pagbabago ng "thermal inertia." Iyon ay, ang plume ay maaaring baguhin ang pagkakayari at pagiging siksik ng pang-ibabaw na yelo, na bumubuo ng mga chunks at boulders ng siksik, natatakpan ng niyebe na yelo na mas mabagal kaysa sa kanilang paligid matapos na maiinit ng ilaw mula sa malayong araw.

Sa alinmang kaso, ang mapagkukunan ng balahibo ay maaaring isang "rehiyon ng kaguluhan" ng basag, gumulong na yelo na napakaliit upang maipakita sa mga imahe ni Galileo. Ang kapwa may-akda ng pag-aaral na si Britney Schmidt, isang planetary scientist sa Georgia Tech University, ay gumawa ng isang modelo para sa pagbuo ng mga nasabing rehiyon na nagmumungkahi na naka-link sila sa mababaw na mga reservoir ng likidong tubig na naisip na bubuo sa crust sa pagitan ng ibabaw at ng panloob na karagatan. "Maaari kang makakuha ng mga bulsa ng tubig na nabubuo sa paglipas ng panahon at dahan-dahan na simulang masira ang ibabaw," sabi ni Schmidt. "Ito ay maaaring maging isa sa kanila. Inaasahan mong magiging mas mainit ang lugar, ngunit hanggang sa bumukas ang ibabaw ay wala kang masyadong pagpapahayag sa ibabaw ng anumang nangyayari. ".

Si Spark at ang kanyang mga kasamahan ay nakakalikha na ng iba pang mga paraan upang masilip nang mas malalim ang mga potensyal na plume ng Europa-hindi lamang kay Hubble kundi sa iba pang mga teleskopyo na tumatakbo sa iba't ibang mga haba ng daluyong. Ang infrared na James Webb Space Telescope ng NASA, na nakatakdang ilunsad noong 2018, ay maaaring potensyal na ayusin ang debate tungkol sa mga plume ng Europa, at ang Spark ay naka-book na ng oras sa kasalukuyang pagpapatakbo ng SOFIA platform ng ahensya, isang infrared teleskopyo na naka-mount sa isang nabagong sasakyang panghimpapawid ng Boeing 747.

Pansamantala, ang iba pang mga astronomo ay nagsisimula nang suriin ang kanilang sariling data para sa nagpapatunay na katibayan ng isang Old Faithful plume sa Europa. Sinabi sa natuklasan, si Michael Brown, isang astronomo sa California Institute of Technology, ay sumugod kasama ang nagtapos na mag-aaral na si Samantha Trumbo upang suriin ang mga mapang mapa ng araw ng Europa na ginawa nila kamakailan gamit ang European Southern Observatory's Atacama Large Millimeter / sub-millimeter Array (ALMA) sa Chile. Lumilitaw din ang mainit na lugar sa kanilang data.

"Ang mainit na puwesto [ng koponan ng Spark] ay isa talaga sa mga weirder spot sa Europa," sabi ni Brown. "Ito ay talagang medyo mas cool kaysa sa mahuhulaan natin sa madaling araw, at ang temperatura ay hindi nagbabago nang malaki sa pagsukat sa Galileo sa gilid ng gabi. Kaya: panloob na init? Siguro. Napakalaking thermal inertia? Gayundin marahil. " Ang karagdagang pagtatasa ng thermal map ng ALMA ng dayid ng Europa sa mga darating na buwan, sinabi ni Brown, ay maaaring linawin ang pinagmulan ng mainit na lugar sa pamamagitan ng paghahambing nito sa mga lumang pagmamasid sa Galileo.

Mga darating na bagay

Gayunpaman, sa huli, ang mga misteryo ng Europa at ng Enceladus ay maaaring mangailangan ng pagpapadala ng higit pang spacecraft doon.

Ang NASA ay nagkakaroon na ng Europa Clipper, isang spacecraft na inilaan upang ilunsad sa 2020s upang gumanap ng 45 flybys ng buwan ng Jupiter, pinuno ng mga instrumentong pang-state-of-the-art na makukumpirma ang mga nakabaluktot na balahibo nito at maiugnay ang mga ito sa maaring mabuhay na mga kondisyon-at marahil ang pagkakaroon ng buhay sa karagatang nakatago sa ibaba. Pinasigla ng mga makapangyarihang tagapagtaguyod tulad ng Kinatawan na si John Culberson (R-Texas), isinasaalang-alang din ng ahensya ang isang nakikitang buhay na taga-Europa, bagaman ang panukala sa badyet ng administrasyong Trump ay hindi nagbibigay ng pondo para sa huling proyekto. Dagdag pa, ang European Space Agency Jupiter Icy Moons Explorer spacecraft-kilala rin bilang JUICE-ay mag-aaral ng Europa kapag pumasok ito sa orbit sa paligid ng gas higanteng planeta noong 2024.

Ang mga plano para sa Saturn ay hindi gaanong sigurado: makalipas ang higit sa isang dekada na pagmamaniobra sa paligid ng Saturnian system, ang misyon ng Cassini ay ngayon ay delikado na sa gasolina. Kahit na puno ang mga tanke ng gasolina, ang mga instrumento nito ay mga antigo na hindi naidisenyo para sa malapitan na detalyadong pag-aaral ng isang kababalaghan tulad ng mga bulol. Ang mga tagaplano ng misyon ay magpapadala ng bapor na bumulusok sa atmospera ng Saturn ngayong Setyembre, tiyak na maiwasan ang peligro na mahawahan si Enceladus at iba pang mga promising Saturnian na buwan na may anumang bakas ng terrestrial biology. Ang taglagas na ito, ilang sandali lamang matapos ang maapoy na pagkamatay ni Cassini, pipiliin ng NASA ang isang bagong misyon para sa interplanitary para sa programang "New Frontiers". Ngunit ang maraming mga panukala upang magpadala ng isang spacecraft sa Enceladus ay kailangang makipagtalo sa maraming iba pa na nagta-target ng iba't ibang mga patutunguhan.

"Ang totoong kwento dito ay may pagkakataon tayong gawin para sa Europa kung ano ang nagawa na natin para kay Enceladus," sabi ni Schmidt. "Kung makukuha namin ang Clipper sa Europa, magiging cool talaga iyon. At paano kung ang pagpili ng New Frontiers ng NASA ay para sa isang misyon ng Enceladus? Pagkatapos ay maaari naming gawin ang parehong agham sa dalawang lugar. Sa Europa, magagawa ng Clipper kung ano, sa totoo lang, nais naming gawin namin ngayon sa Enceladus. ".