Οι επιστήμονες ακολουθούν πάντα το νερό.
Καθώς το αγαπημένο μας Η20 είναι η απαραίτητη προϋπόθεση για τη ζωή στη Γη, οι αστρονόμοι ήταν απολύτως λογικό να εξετάζουν την ύπαρξη υδάτινων δομών στους πλανήτες που εξερευνούσαν για την πιθανότητα εξωγήινης ζωής σε κάποιο σημείο στο σύμπαν.
Το επόμενο βήμα της αναζήτησης εξωγήινων πολιτισμών, όπως αναφέρει το εκτενές ρεπορτάζ του Economist, ήταν η αναζήτηση των μορίων εκείνων που θα μπορούσαν να προδώσουν την ύπαρξη βιολογικών διεργασιών, ήτοι οξυγόνο ή μεθάνιο στην ατμόσφαιρα ενός πλανήτη. Στη Γη, αυτά τα μόρια παραμένουν μόνο επειδή τα έμβια όντα τα αναγεννούν συνεχώς.
Το πρόβλημα και με τις δύο αυτές προσεγγίσεις είναι το προφανές, το ότι περιορίζονται στην εύρεση ζωής όπως την γνωρίζουμε εδώ στη γη. Όμως, όπως επισημαίνει η αστροβιολόγος Natalie Grefenstette, από το Ινστιτούτο Santa Fe στο Νέο Μεξικό, «δεν ξέρουμε αν άλλες μορφές ζωής θα είχαν απαραίτητα τις ίδιες ενδείξεις, αν θα μοιράζονταν τον ίδιο μεταβολισμό, αν θα βασίζονταν στα ίδια γενετικά μόρια».
«Η ζωή στη Γη θα μπορούσε να έχει εξελιχθεί με τον τρόπο που εξελίχθηκε, εξαιτίας της συγκεκριμένης χημείας του πλανήτη σε κρίσιμες χρονικές περιόδους, προκαλώντας επιλεκτικές πιέσεις που μπορεί να μην υφίστανται σε άλλους κόσμους», επισημαίνει το δημοσίευμα, προσθέτοντας ότι για τον λόγο αυτό οι αστροβιολόγοι συζήτησαν για άλλους, πιθανούς τρόπους επέκτασης των ερευνών τους περί εξωγήινης ζωής τις επόμενες δεκαετίες στο προ ημερών διεθνές συνέδριο αστροβιολογίας AbSciCon, που διοργανώνεται κάθε δύο χρόνια από την Αμερικανική Γεωφυσική Ένωση.
Μια πρώτη υπόθεση εργασίας ξεκινά με τη δημιουργική φαντασία: να σκεφτούν δηλαδή οι ερευνητές όλες εκείνες τις διαφορετικές χημικές διεργασίες που θα μπορούσαν να στηρίζουν εξωγήινες μορφές ζωής. Στη Γη, π.χ., τα πιο σημαντικά μόρια της ζωής περιλαμβάνουν σχεδόν όλα, άτομα του στοιχείου του άνθρακα. Ο άνθρακας είναι το τέταρτο πιο άφθονο στοιχείο στο σύμπαν και τα μόρια που σχηματίζει μπορούν να επιβιώσουν για μεγάλα χρονικά διαστήματα στις θερμοκρασίες και τις πιέσεις που επικρατούν στην επιφάνεια της Γης.
Μια εξωγήινη μορφή ζωής θα μπορούσε, ωστόσο, εύλογα να βασίζεται στο πυρίτιο αντί του άνθρακα. Το πυρίτιο βρίσκεται ακριβώς κάτω από τον άνθρακα στον περιοδικό πίνακα ενώ είναι επίσης το έβδομο πιο άφθονο στο σύμπαν, πράγμα που σημαίνει ότι υπάρχει άφθονο διαθέσιμο για πιθανές μορφές ζωής που βασίζονται στο πυρίτιο.
Όποια και αν είναι τα δομικά της στοιχεία, όμως, η εξωγήινη ζωή μάλλον θα χρειαστεί έναν διαλύτη για να λειτουργήσει. Στη Γη, αυτός ο διαλύτης είναι το νερό.
Άλλες χημικές ουσίες μπορούν, ωστόσο, να εκπληρώσουν ορισμένους από τους ρόλους που παίζει το νερό. Π.χ., η ζωή αλλού θα μπορούσε, ίσως, να έχει βρει έναν τρόπο να χρησιμοποιήσει την αμμωνία καθώς και αυτή, όπως και το νερό, είναι καλή στο να διαλύει πράγματα. Ωστόσο, δεν είναι τόσο καλή όσο το νερό, και επίσης παραμένει σε υγρή κατάσταση (σε γήινες ατμοσφαιρικές πιέσεις, τουλάχιστον) μόνο μεταξύ -78°C και -33°C.
Τα πιθανά σενάρια
Ο Τιτάνας, δορυφόρος του πλανήτη Κρόνου, πιστεύεται ότι φιλοξενεί τεράστιες υπόγειες λίμνες πλούσιες σε αμμωνία, οι οποίες θα μπορούσαν να λειτουργήσουν ως κοιτίδες για εξωγήινη ζωή. Αλλά υπάρχουν και άλλες δυνατότητες εκεί. Η δρ. Grefenstette λέει ότι οι αστροβιολόγοι ενδιαφέρονται επίσης για τις λίμνες υγρού μεθανίου που καλύπτουν την επιφάνεια του Τιτάνα, καθώς υπάρχει στην επιφάνεια του Τιτάνα με τον ίδιο τρόπο που υπάρχει το νερό στη Γη: σε υγρή, αέρια και στερεή μορφή.
Ίσως η πιο υποσχόμενη εναλλακτική λύση γενικής χρήση είναι το φορμαμίδιο (ή μεθαναμίδιο ή καρβαμαλδεΰδη), ένα άχρωμο οργανικό υγρό που αποτελείται από άνθρακα, υδρογόνο, οξυγόνο και άζωτο και που μπορεί να διαλύσει πολλές από τις ίδιες χημικές ουσίες με το νερό. Μπορεί επίσης να παραμείνει υγρό σε θερμοκρασία έως και 210°C, καθιστώντας δυνατή μια μεγάλη γκάμα χημικών αντιδράσεων σε πλανήτες με ακραίες επιφανειακές θερμοκρασίες.
Το φορμαμίδιο είναι μια τόσο ενδιαφέρουσα εναλλακτική λύση του νερού που ορισμένοι αστροβιολόγοι υποστηρίζουν ακόμη και ότι μπορεί να ήταν ο κύριος διαλύτης που χρησιμοποιούσαν οι πρώτες μορφές γήινης ζωής. «Αυτή η χημική ουσία έχει εντοπιστεί σε τεράστια νέφη στην άκρη του ηλιακού συστήματος αλλά και σε πιο μακρινά νεφελώματα όπου σχηματίζονται αστέρια», σύμφωνα με τον Claudio Codella, αστρονόμο στο Αστροφυσικό Παρατηρητήριο Arcetri στη Φλωρεντία της Ιταλίας.
Η λύση των φασματοσκοπίων
Ο εντοπισμός εξωγήινων μορφών ζωής κατασκευασμένων από διαφορετικά υλικά είναι επομένως θέμα διεύρυνσης της αναζήτησης από τα γήινα στοιχεία – οξυγόνο π.χ – σε χημικές ουσίες που θα μπορούσαν να παραχθούν από διάφορα υποθετικά βιοχημικά συστήματα. Ένα εργαλείο για την αναζήτηση αυτή είναι το φασματοσκόπιο μάζας, με το οποίο οι ερευνητές κατάφεραν να ανιχνεύσουν χημικές ουσίες παντού, από την επιφάνεια του Άρη, μέσω των ατμοσφαιρών της Αφροδίτης και του Τιτάνα, μέχρι τους πίδακες νερού που εκτοξεύονται από τους θερμοπίδακες στον Εγκέλαδο.
Η επόμενη γενιά φασματόμετρων μάζας, ωστόσο, θα είναι μικρότερη στο μέγεθος και ταυτόχρονα πιο ισχυρή. Θα εκτοξευθούν σε μια σειρά αποστολών που θα ταξιδέψουν πολύ μακριά στο ηλιακό σύστημα. Το Dragonfly θα περιηγηθεί στην επιφάνεια του Τιτάνα στα μέσα της δεκαετίας του 2030 και θα εξετάσει από κοντά τα μόρια εκεί. Το Davinci θα τεθεί σε τροχιά γύρω από την Αφροδίτη το 2031. Το Jupiter Icy Moons Explorer θα εξερευνήσει το δορυφορικό σύστημα του Δία (και τα παγωμένα φεγγάρια του), ξεκινώντας στις αρχές της δεκαετίας του 2030.
«Αν όμως υπάρχει εξωγήινη ζωή, αυτή θα μπορούσε να χρησιμοποιεί χημεία που υπερβαίνει κατά πολύ οτιδήποτε μπορούν να φανταστούν σήμερα οι αστροβιολόγοι. Για να υπερβούμε αυτό το εμπόδιο, θα πρέπει να αναζητήσουμε τη ζωή όχι με βάση τη χημεία αλλά τα πιθανά πρότυπα συμπεριφοράς που σχετίζονται με τη ζωή», επισημαίνει το δημοσίευμα, καταλήγοντας με νόημα ότι «οι μελλοντικές έρευνες για εξωγήινη ζωή στο σύμπαν θα ήταν καλό να διδαχθούν από τα λάθη που έκαναν οι εξερευνητές που έψαχναν για ζωή στους ωκεανούς της Γης τον 19ο αιώνα. Σε μια αποστολή, για παράδειγμα, ο Edward Forbes, ένας διακεκριμένος φυσιοδίφης από τη Νήσο του Μαν, έκανε εκσκαφές στο Αιγαίο Πέλαγος. Παρατήρησε ότι όσο πιο μακριά βρίσκονταν τα φυτά και τα ζώα από την επιφάνεια του νερού, τόσο χειρότερα διαβιούσαν. Το 1843 βιάστηκε να βγάλει συμπεράσματα με τα ελλιπή δεδομένα του προτείνοντας την περίφημη αζωική του υπόθεση: ότι η ζωή δεν θα υπήρχε καθόλου κάτω από τα 550 μέτρα. Χρειάστηκαν αρκετές δεκαετίες για να αποδειχθεί το λάθος του, μια προσπάθεια που περιελάμβανε μερικές από τις πρώτες επιστημονικές αποστολές που σχεδιάστηκαν για να εξερευνήσουν τα βάθη των ωκεανών, όπως η αποστολή Challenger που έπλευσε από το 1872 έως το 1876».
Οι επιστήμονες ακολουθούν πάντα το νερό.
Καθώς το αγαπημένο μας Η20 είναι η απαραίτητη προϋπόθεση για τη ζωή στη Γη, οι αστρονόμοι ήταν απολύτως λογικό να εξετάζουν την ύπαρξη υδάτινων δομών στους πλανήτες που εξερευνούσαν για την πιθανότητα εξωγήινης ζωής σε κάποιο σημείο στο σύμπαν.
Το επόμενο βήμα της αναζήτησης εξωγήινων πολιτισμών, όπως αναφέρει το εκτενές ρεπορτάζ του Economist, ήταν η αναζήτηση των μορίων εκείνων που θα μπορούσαν να προδώσουν την ύπαρξη βιολογικών διεργασιών, ήτοι οξυγόνο ή μεθάνιο στην ατμόσφαιρα ενός πλανήτη. Στη Γη, αυτά τα μόρια παραμένουν μόνο επειδή τα έμβια όντα τα αναγεννούν συνεχώς.
Το πρόβλημα και με τις δύο αυτές προσεγγίσεις είναι το προφανές, το ότι περιορίζονται στην εύρεση ζωής όπως την γνωρίζουμε εδώ στη γη. Όμως, όπως επισημαίνει η αστροβιολόγος Natalie Grefenstette, από το Ινστιτούτο Santa Fe στο Νέο Μεξικό, «δεν ξέρουμε αν άλλες μορφές ζωής θα είχαν απαραίτητα τις ίδιες ενδείξεις, αν θα μοιράζονταν τον ίδιο μεταβολισμό, αν θα βασίζονταν στα ίδια γενετικά μόρια».
«Η ζωή στη Γη θα μπορούσε να έχει εξελιχθεί με τον τρόπο που εξελίχθηκε, εξαιτίας της συγκεκριμένης χημείας του πλανήτη σε κρίσιμες χρονικές περιόδους, προκαλώντας επιλεκτικές πιέσεις που μπορεί να μην υφίστανται σε άλλους κόσμους», επισημαίνει το δημοσίευμα, προσθέτοντας ότι για τον λόγο αυτό οι αστροβιολόγοι συζήτησαν για άλλους, πιθανούς τρόπους επέκτασης των ερευνών τους περί εξωγήινης ζωής τις επόμενες δεκαετίες στο προ ημερών διεθνές συνέδριο αστροβιολογίας AbSciCon, που διοργανώνεται κάθε δύο χρόνια από την Αμερικανική Γεωφυσική Ένωση.
Μια πρώτη υπόθεση εργασίας ξεκινά με τη δημιουργική φαντασία: να σκεφτούν δηλαδή οι ερευνητές όλες εκείνες τις διαφορετικές χημικές διεργασίες που θα μπορούσαν να στηρίζουν εξωγήινες μορφές ζωής. Στη Γη, π.χ., τα πιο σημαντικά μόρια της ζωής περιλαμβάνουν σχεδόν όλα, άτομα του στοιχείου του άνθρακα. Ο άνθρακας είναι το τέταρτο πιο άφθονο στοιχείο στο σύμπαν και τα μόρια που σχηματίζει μπορούν να επιβιώσουν για μεγάλα χρονικά διαστήματα στις θερμοκρασίες και τις πιέσεις που επικρατούν στην επιφάνεια της Γης.
Μια εξωγήινη μορφή ζωής θα μπορούσε, ωστόσο, εύλογα να βασίζεται στο πυρίτιο αντί του άνθρακα. Το πυρίτιο βρίσκεται ακριβώς κάτω από τον άνθρακα στον περιοδικό πίνακα ενώ είναι επίσης το έβδομο πιο άφθονο στο σύμπαν, πράγμα που σημαίνει ότι υπάρχει άφθονο διαθέσιμο για πιθανές μορφές ζωής που βασίζονται στο πυρίτιο.
Όποια και αν είναι τα δομικά της στοιχεία, όμως, η εξωγήινη ζωή μάλλον θα χρειαστεί έναν διαλύτη για να λειτουργήσει. Στη Γη, αυτός ο διαλύτης είναι το νερό.
Άλλες χημικές ουσίες μπορούν, ωστόσο, να εκπληρώσουν ορισμένους από τους ρόλους που παίζει το νερό. Π.χ., η ζωή αλλού θα μπορούσε, ίσως, να έχει βρει έναν τρόπο να χρησιμοποιήσει την αμμωνία καθώς και αυτή, όπως και το νερό, είναι καλή στο να διαλύει πράγματα. Ωστόσο, δεν είναι τόσο καλή όσο το νερό, και επίσης παραμένει σε υγρή κατάσταση (σε γήινες ατμοσφαιρικές πιέσεις, τουλάχιστον) μόνο μεταξύ -78°C και -33°C.
Τα πιθανά σενάρια
Ο Τιτάνας, δορυφόρος του πλανήτη Κρόνου, πιστεύεται ότι φιλοξενεί τεράστιες υπόγειες λίμνες πλούσιες σε αμμωνία, οι οποίες θα μπορούσαν να λειτουργήσουν ως κοιτίδες για εξωγήινη ζωή. Αλλά υπάρχουν και άλλες δυνατότητες εκεί. Η δρ. Grefenstette λέει ότι οι αστροβιολόγοι ενδιαφέρονται επίσης για τις λίμνες υγρού μεθανίου που καλύπτουν την επιφάνεια του Τιτάνα, καθώς υπάρχει στην επιφάνεια του Τιτάνα με τον ίδιο τρόπο που υπάρχει το νερό στη Γη: σε υγρή, αέρια και στερεή μορφή.
Ίσως η πιο υποσχόμενη εναλλακτική λύση γενικής χρήση είναι το φορμαμίδιο (ή μεθαναμίδιο ή καρβαμαλδεΰδη), ένα άχρωμο οργανικό υγρό που αποτελείται από άνθρακα, υδρογόνο, οξυγόνο και άζωτο και που μπορεί να διαλύσει πολλές από τις ίδιες χημικές ουσίες με το νερό. Μπορεί επίσης να παραμείνει υγρό σε θερμοκρασία έως και 210°C, καθιστώντας δυνατή μια μεγάλη γκάμα χημικών αντιδράσεων σε πλανήτες με ακραίες επιφανειακές θερμοκρασίες.
Το φορμαμίδιο είναι μια τόσο ενδιαφέρουσα εναλλακτική λύση του νερού που ορισμένοι αστροβιολόγοι υποστηρίζουν ακόμη και ότι μπορεί να ήταν ο κύριος διαλύτης που χρησιμοποιούσαν οι πρώτες μορφές γήινης ζωής. «Αυτή η χημική ουσία έχει εντοπιστεί σε τεράστια νέφη στην άκρη του ηλιακού συστήματος αλλά και σε πιο μακρινά νεφελώματα όπου σχηματίζονται αστέρια», σύμφωνα με τον Claudio Codella, αστρονόμο στο Αστροφυσικό Παρατηρητήριο Arcetri στη Φλωρεντία της Ιταλίας.
Η λύση των φασματοσκοπίων
Ο εντοπισμός εξωγήινων μορφών ζωής κατασκευασμένων από διαφορετικά υλικά είναι επομένως θέμα διεύρυνσης της αναζήτησης από τα γήινα στοιχεία – οξυγόνο π.χ – σε χημικές ουσίες που θα μπορούσαν να παραχθούν από διάφορα υποθετικά βιοχημικά συστήματα. Ένα εργαλείο για την αναζήτηση αυτή είναι το φασματοσκόπιο μάζας, με το οποίο οι ερευνητές κατάφεραν να ανιχνεύσουν χημικές ουσίες παντού, από την επιφάνεια του Άρη, μέσω των ατμοσφαιρών της Αφροδίτης και του Τιτάνα, μέχρι τους πίδακες νερού που εκτοξεύονται από τους θερμοπίδακες στον Εγκέλαδο.
Η επόμενη γενιά φασματόμετρων μάζας, ωστόσο, θα είναι μικρότερη στο μέγεθος και ταυτόχρονα πιο ισχυρή. Θα εκτοξευθούν σε μια σειρά αποστολών που θα ταξιδέψουν πολύ μακριά στο ηλιακό σύστημα. Το Dragonfly θα περιηγηθεί στην επιφάνεια του Τιτάνα στα μέσα της δεκαετίας του 2030 και θα εξετάσει από κοντά τα μόρια εκεί. Το Davinci θα τεθεί σε τροχιά γύρω από την Αφροδίτη το 2031. Το Jupiter Icy Moons Explorer θα εξερευνήσει το δορυφορικό σύστημα του Δία (και τα παγωμένα φεγγάρια του), ξεκινώντας στις αρχές της δεκαετίας του 2030.
«Αν όμως υπάρχει εξωγήινη ζωή, αυτή θα μπορούσε να χρησιμοποιεί χημεία που υπερβαίνει κατά πολύ οτιδήποτε μπορούν να φανταστούν σήμερα οι αστροβιολόγοι. Για να υπερβούμε αυτό το εμπόδιο, θα πρέπει να αναζητήσουμε τη ζωή όχι με βάση τη χημεία αλλά τα πιθανά πρότυπα συμπεριφοράς που σχετίζονται με τη ζωή», επισημαίνει το δημοσίευμα, καταλήγοντας με νόημα ότι «οι μελλοντικές έρευνες για εξωγήινη ζωή στο σύμπαν θα ήταν καλό να διδαχθούν από τα λάθη που έκαναν οι εξερευνητές που έψαχναν για ζωή στους ωκεανούς της Γης τον 19ο αιώνα. Σε μια αποστολή, για παράδειγμα, ο Edward Forbes, ένας διακεκριμένος φυσιοδίφης από τη Νήσο του Μαν, έκανε εκσκαφές στο Αιγαίο Πέλαγος. Παρατήρησε ότι όσο πιο μακριά βρίσκονταν τα φυτά και τα ζώα από την επιφάνεια του νερού, τόσο χειρότερα διαβιούσαν. Το 1843 βιάστηκε να βγάλει συμπεράσματα με τα ελλιπή δεδομένα του προτείνοντας την περίφημη αζωική του υπόθεση: ότι η ζωή δεν θα υπήρχε καθόλου κάτω από τα 550 μέτρα. Χρειάστηκαν αρκετές δεκαετίες για να αποδειχθεί το λάθος του, μια προσπάθεια που περιελάμβανε μερικές από τις πρώτες επιστημονικές αποστολές που σχεδιάστηκαν για να εξερευνήσουν τα βάθη των ωκεανών, όπως η αποστολή Challenger που έπλευσε από το 1872 έως το 1876».
