Cách các nhà khoa học tìm kiếm sự sống ngoài Trái đất

2024 Tác giả: Seth Attwood | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-16 16:20

Có lẽ có những thế giới có người sinh sống khác ở đâu đó trong vũ trụ. Nhưng, cho đến khi chúng tôi tìm thấy chúng, chương trình tối thiểu là để chứng minh rằng sự sống bên ngoài Trái đất ít nhất là ở một số dạng. Làm thế nào gần chúng ta với điều đó?

Gần đây, chúng ta ngày càng nghe nhiều về những khám phá "có thể chỉ ra" sự tồn tại của sự sống ngoài Trái đất. Chỉ vào tháng 9 năm 2020, người ta mới biết đến việc phát hiện ra khí phosphine trên sao Kim - một dấu hiệu tiềm năng của sự sống vi sinh vật - và các hồ muối trên sao Hỏa, nơi vi khuẩn cũng có thể tồn tại.

Nhưng trong hơn 150 năm qua, các nhà thám hiểm không gian đã hơn một lần vượt qua mơ tưởng. Vẫn chưa có câu trả lời đáng tin cậy cho câu hỏi chính. Hay là có, nhưng các nhà khoa học thận trọng vì thói quen?

Đường kính thiên văn

Vào những năm 1870, nhà thiên văn học người Ý Giovanni Schiaparelli đã nhìn thấy những đường dài, mảnh trên bề mặt Sao Hỏa qua kính viễn vọng và tuyên bố chúng là "kênh". Ông đặt tiêu đề rõ ràng cho cuốn sách về khám phá của mình là "Sự sống trên hành tinh Sao Hỏa". Ông viết: “Rất khó để không nhìn thấy trên sao Hỏa những bức tranh tương tự như những bức tranh tạo nên cảnh quan trên cạn của chúng ta”.

Trong tiếng Ý, từ channeli có nghĩa là kênh tự nhiên và kênh nhân tạo (bản thân nhà khoa học cũng không rõ về bản chất của chúng), nhưng khi dịch ra, nó đã làm mất đi sự mơ hồ này. Những người theo dõi Schiaparelli đã nói rõ ràng về nền văn minh khắc nghiệt trên sao Hỏa, nơi có khí hậu khô cằn, đã tạo ra các công trình thủy lợi khổng lồ.

Lenin, người đã đọc cuốn sách của Percival Lowell "Mars and Its Canals" vào năm 1908, đã viết: "Công trình khoa học. người địa phương, hơn nữa bằng thân cây, và phủ lông hoặc da thú, có bốn hoặc sáu chân.

N … vâng, tác giả của chúng ta đã lừa dối chúng ta, miêu tả các mỹ nhân trên sao Hỏa không đầy đủ, nên theo công thức: "Bóng tối của sự thật thấp hèn đối với chúng ta hơn là chúng ta đang nuôi dưỡng sự lừa dối". Lowell là một triệu phú và từng là nhà ngoại giao. Ông rất thích thiên văn học và đã dùng tiền riêng của mình để xây dựng một trong những đài quan sát tiên tiến nhất ở Mỹ. Chính nhờ Lowell mà chủ đề về sự sống trên sao Hỏa đã lên trang nhất của những tờ báo lớn nhất thế giới.

Đúng như vậy, đã vào cuối thế kỷ 19, nhiều nhà nghiên cứu còn nghi ngờ về việc mở các "kênh đào". Các quan sát liên tục đưa ra các kết quả khác nhau - các quân bài khác nhau ngay cả đối với Schiaparelli và Loeull. Năm 1907, nhà sinh vật học Alfred Wallace đã chứng minh rằng nhiệt độ trên bề mặt sao Hỏa thấp hơn nhiều so với giả định của Lowell, và áp suất khí quyển quá thấp để nước tồn tại ở dạng lỏng.

Trạm liên hành tinh "Mariner-9", nơi chụp ảnh hành tinh từ không gian vào những năm 1970, đã đặt dấu chấm hết cho lịch sử của các kênh đào: các "kênh đào" hóa ra chỉ là một ảo ảnh quang học.

Kể từ nửa sau của thế kỷ 20, hy vọng tìm thấy một cuộc sống có tổ chức cao đã giảm bớt. Các nghiên cứu sử dụng tàu vũ trụ đã chỉ ra rằng điều kiện trên các hành tinh gần đó thậm chí còn không bằng trên Trái đất: nhiệt độ giảm quá mạnh, bầu khí quyển không có dấu hiệu của oxy, gió mạnh và áp suất cực lớn.

Mặt khác, nghiên cứu về sự phát triển của sự sống trên Trái đất đã thúc đẩy sự quan tâm đến việc tìm kiếm các quá trình tương tự trong không gian. Rốt cuộc, chúng ta vẫn không biết làm thế nào và nhờ vào điều gì, về nguyên tắc, sự sống đã phát sinh.

Nhiều sự kiện đã diễn ra theo hướng này trong những năm gần đây. Mối quan tâm chính là tìm kiếm nước, các hợp chất hữu cơ mà từ đó các dạng sống của protein có thể hình thành, cũng như các cấu trúc sinh học (các chất được tạo ra bởi các sinh vật) và các dấu vết có thể có của vi khuẩn trong thiên thạch.

Bằng chứng chất lỏng

Sự hiện diện của nước là điều kiện tiên quyết cho sự tồn tại của sự sống như chúng ta đã biết. Nước đóng vai trò là dung môi và chất xúc tác cho một số loại protein. Nó cũng là môi trường lý tưởng cho các phản ứng hóa học và vận chuyển các chất dinh dưỡng. Ngoài ra, nước hấp thụ bức xạ hồng ngoại, vì vậy nó có thể giữ nhiệt - điều này rất quan trọng đối với các thiên thể lạnh nằm khá xa vùng phát quang.

Dữ liệu quan sát cho thấy nước ở trạng thái rắn, lỏng hoặc khí tồn tại ở các cực của sao Thủy, bên trong các thiên thạch và sao chổi, cũng như trên sao Mộc, sao Thổ, sao Thiên Vương và sao Hải Vương. Các nhà khoa học cũng cho rằng các mặt trăng Europa, Ganymede và Callisto của Sao Mộc có các đại dương nước lỏng dưới bề mặt rộng lớn. Họ tìm thấy nó ở dạng này hay dạng khác trong khí giữa các vì sao và thậm chí ở những nơi đáng kinh ngạc như quang quyển của các ngôi sao.

Nhưng việc nghiên cứu dấu vết của nước chỉ có thể hứa hẹn đối với các nhà thiên văn học (chuyên gia về sinh học ngoài Trái đất) khi có các điều kiện thích hợp khác. Ví dụ, nhiệt độ, áp suất và thành phần hóa học trên cùng một sao Thổ và sao Mộc là quá khắc nghiệt và có thể thay đổi đối với các sinh vật sống để thích nghi với chúng.

Một điều nữa là các hành tinh gần chúng ta. Ngay cả khi ngày nay họ trông có vẻ hiếu khách, những ốc đảo nhỏ với "tàn tích của sự xa hoa trước đây" vẫn có thể tồn tại trên đó.

Năm 2002, tàu quỹ đạo Mars Odyssey đã phát hiện ra lớp băng nước bên dưới bề mặt sao Hỏa. Sáu năm sau, tàu thăm dò Phoenix đã xác nhận kết quả của người tiền nhiệm của nó, thu được nước lỏng từ một mẫu băng từ cực.

Điều này phù hợp với giả thuyết rằng nước lỏng đã có mặt trên sao Hỏa gần đây (theo tiêu chuẩn thiên văn học). Theo một số nguồn tin, mưa trên Hành tinh Đỏ "chỉ" cách đây 3,5 tỷ năm, theo những người khác - thậm chí 1,25 triệu năm trước.

Tuy nhiên, một trở ngại ngay lập tức nảy sinh: nước trên bề mặt sao Hỏa không thể tồn tại ở trạng thái lỏng. Ở áp suất khí quyển thấp, nó ngay lập tức bắt đầu sôi và bay hơi - hoặc đóng băng. Do đó, hầu hết lượng nước được biết đến trên bề mặt hành tinh đều ở trạng thái băng. Có hy vọng rằng điều thú vị nhất đang xảy ra bên dưới bề mặt. Đây là cách mà giả thuyết về các hồ muối dưới sao Hỏa nảy sinh. Và mới ngày hôm trước, cô ấy đã nhận được xác nhận.

Các nhà khoa học thuộc Cơ quan Vũ trụ Ý đã phát hiện ra hệ thống 4 hồ nước lỏng ở độ sâu hơn 1,5 km tại một trong các cực của sao Hỏa. Khám phá được thực hiện bằng cách sử dụng dữ liệu âm thanh vô tuyến: thiết bị hướng sóng vô tuyến vào bên trong hành tinh, và các nhà khoa học, bằng sự phản xạ của chúng, xác định thành phần và cấu trúc của nó.

Theo các tác giả của tác phẩm, sự tồn tại của cả một hệ thống hồ nước cho thấy đây là một hiện tượng bình thường đối với sao Hỏa.

Vẫn chưa rõ nồng độ cụ thể chính xác của các loại muối trong các hồ trên Sao Hỏa, cũng như thành phần của chúng. Theo giám đốc khoa học của chương trình Sao Hỏa, Roberto Orosei, chúng ta đang nói về các giải pháp rất mạnh với "hàng chục phần trăm" muối.

Nhà vi sinh vật học Elizaveta Bonch-Osmolovskaya giải thích trên Trái đất có những vi sinh vật ưa mặn thích độ mặn cao. Chúng giải phóng các chất giúp duy trì cân bằng điện nước và bảo vệ cấu trúc tế bào. Nhưng ngay cả trong các hồ nước cực kỳ mặn (nước muối) với nồng độ lên đến 30% cũng có rất ít vi sinh vật như vậy.

Theo Orosei, dấu vết của các dạng sống tồn tại khi có khí hậu ấm hơn và nước trên bề mặt hành tinh, và các điều kiện tương tự như Trái đất sơ khai, có thể vẫn còn trong các hồ trên sao Hỏa.

Nhưng có một trở ngại khác: chính thành phần của nước. Đất trên sao Hỏa rất giàu peclorat - muối của axit pecloric. Dung dịch perchlorate đóng băng ở nhiệt độ thấp hơn đáng kể so với nước biển thông thường hoặc thậm chí. Nhưng vấn đề là peclorat là chất oxy hóa hoạt động. Chúng thúc đẩy sự phân hủy các phân tử hữu cơ, có nghĩa là chúng có hại cho vi sinh vật.

Có lẽ chúng ta đánh giá thấp khả năng của cuộc sống để thích ứng với những điều kiện khắc nghiệt nhất. Nhưng để chứng minh điều này, bạn cần tìm ít nhất một tế bào sống.

"Gạch" mà không cần bắn

Không thể tưởng tượng được các dạng sống sống trên Trái đất nếu không có các phân tử hữu cơ phức tạp chứa cacbon. Mỗi nguyên tử cacbon có thể tạo ra tối đa bốn liên kết với các nguyên tử khác cùng một lúc, dẫn đến vô số hợp chất. "Bộ xương" carbon hiện diện trong cơ sở của tất cả các chất hữu cơ - bao gồm protein, polysaccharid và axit nucleic, được coi là "khối xây dựng" quan trọng nhất của sự sống.

Giả thuyết panspermia chỉ khẳng định rằng sự sống ở dạng đơn giản nhất đã đến Trái đất từ không gian. Ở một nơi nào đó trong không gian giữa các vì sao, các điều kiện đã phát triển để có thể tập hợp các phân tử phức tạp.

Có lẽ không phải ở dạng tế bào, mà ở dạng một loại protogenome - nucleotide có thể tái tạo theo cách đơn giản nhất và mã hóa thông tin cần thiết cho sự tồn tại của phân tử.

Lần đầu tiên, những cơ sở để đưa ra kết luận như vậy đã xuất hiện cách đây 50 năm. Các phân tử uracil và xanthine được tìm thấy bên trong thiên thạch Marchison, rơi ở Australia vào năm 1969. Đây là những bazơ nitơ có khả năng hình thành các nucleotide, từ đó các polyme axit nucleic - DNA và RNA - đã được hình thành.

Nhiệm vụ của các nhà khoa học là xác định xem những phát hiện này là hậu quả của ô nhiễm trên Trái đất, sau sự sụp đổ hay có nguồn gốc từ ngoài Trái đất. Và vào năm 2008, bằng cách sử dụng phương pháp carbon phóng xạ, người ta có thể xác định rằng uracil và xanthine thực sự được hình thành trước khi thiên thạch rơi xuống Trái đất.

Hiện nay ở Marchison và các thiên thạch tương tự (chúng được gọi là chondrite cacbon), các nhà khoa học đã tìm thấy tất cả các loại bazơ mà từ đó cả DNA và RNA được tạo ra: đường phức hợp, bao gồm ribose và deoxyribose, các axit amin khác nhau, bao gồm cả các axit béo thiết yếu. Hơn nữa, có những dấu hiệu cho thấy chất hữu cơ được hình thành trực tiếp trong không gian.

Vào năm 2016, với sự trợ giúp của bộ máy Rosetta của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu, dấu vết của axit amin đơn giản nhất - glycine - cũng như phốt pho, cũng là một thành phần quan trọng cho nguồn gốc của sự sống, đã được tìm thấy trong đuôi của sao chổi Gerasimenko -Churyumov.

Nhưng những khám phá như vậy cho thấy làm thế nào sự sống có thể đã được đưa đến Trái đất. Liệu nó có thể tồn tại và phát triển lâu dài ngoài điều kiện trên cạn hay không vẫn chưa được làm rõ. Nhà thiên văn học Dmitry Vibe cho biết: “Các phân tử lớn, các phân tử phức tạp, mà chúng ta xếp vào loại hữu cơ trên Trái đất mà không có bất kỳ lựa chọn nào, có thể được tổng hợp trong không gian mà không cần sự tham gia của các sinh vật sống. Trái đất. Nhưng sau đó một điều gì đó khác đã xảy ra với cô ấy - thành phần đồng vị và tính đối xứng đã thay đổi."

Dấu vết trong khí quyển

Một cách hứa hẹn khác để tìm kiếm sự sống là kết hợp với các dấu hiệu sinh học, hoặc dấu ấn sinh học. Đây là những chất, sự hiện diện của chúng trong bầu khí quyển hoặc đất của hành tinh chắc chắn cho thấy sự hiện diện của sự sống. Ví dụ, có rất nhiều oxy trong bầu khí quyển của Trái đất, được hình thành do quá trình quang hợp với sự tham gia của thực vật và tảo lục. Nó cũng chứa nhiều khí mêtan và khí cacbonic, được tạo ra bởi vi khuẩn và các sinh vật sống khác trong quá trình trao đổi khí trong quá trình hô hấp.

Nhưng việc tìm thấy dấu vết của khí mê-tan hoặc oxy trong khí quyển (cũng như nước) vẫn chưa phải là lý do để mở rượu sâm banh. Ví dụ, mêtan cũng có thể được tìm thấy trong bầu khí quyển của các vật thể giống sao - sao lùn nâu.

Và oxy có thể được hình thành do sự phân tách hơi nước dưới tác động của bức xạ cực tím mạnh. Các điều kiện như vậy được quan sát thấy trên hành tinh ngoài hành tinh GJ 1132b, nơi nhiệt độ lên tới 230 độ C. Cuộc sống trong những điều kiện như vậy là không thể.

Để một loại khí được coi là đặc tính sinh học, nguồn gốc sinh học của nó phải được chứng minh, nghĩa là nó phải được hình thành chính xác do hoạt động của các sinh vật sống. Ví dụ, nguồn gốc của các khí như vậy được chỉ ra bởi sự thay đổi của chúng trong khí quyển. Các quan sát cho thấy nồng độ khí mêtan trên Trái đất dao động theo mùa (và hoạt động của các sinh vật phụ thuộc vào mùa).

Nếu trên một hành tinh khác, khí mê-tan biến mất khỏi bầu khí quyển, sau đó nó xuất hiện (và điều này có thể được ghi lại trong suốt một năm chẳng hạn), điều đó có nghĩa là ai đó đang thải ra nó.

Sao Hỏa hóa ra lại là một trong những nguồn có thể tạo ra khí mêtan "sống" trở lại. Những dấu hiệu đầu tiên của nó trong đất đã được tiết lộ bởi các thiết bị của chương trình Viking, được gửi đến hành tinh vào những năm 1970 - chỉ với mục đích tìm kiếm chất hữu cơ. Các phân tử metan kết hợp với clo được phát hiện ban đầu được lấy làm bằng chứng. Nhưng vào năm 2010, một số nhà nghiên cứu đã sửa lại quan điểm này.

Họ phát hiện ra rằng các chất peclorat đã được chúng ta biết đến trong đất sao Hỏa, khi bị nung nóng, sẽ phá hủy hầu hết các chất hữu cơ. Và các mẫu từ người Viking đã được nung nóng.

Trong bầu khí quyển của sao Hỏa, dấu vết của khí mê-tan lần đầu tiên được phát hiện vào năm 2003. Phát hiện ngay lập tức làm sống lại các cuộc trò chuyện về khả năng sinh sống của sao Hỏa. Thực tế là bất kỳ lượng đáng kể khí này trong khí quyển sẽ không tồn tại lâu, nhưng sẽ bị phá hủy bởi bức xạ cực tím. Và nếu khí mê-tan không bị phân hủy, các nhà khoa học đã kết luận rằng có một nguồn vĩnh viễn của khí này trên Hành tinh Đỏ. Chưa hết, các nhà khoa học không có niềm tin chắc chắn: dữ liệu thu được không loại trừ rằng khí mê-tan được tìm thấy cũng là "ô nhiễm".

Nhưng các quan sát từ Curiosity rover vào năm 2019 đã ghi nhận sự gia tăng bất thường về nồng độ khí mê-tan. Hơn nữa, hóa ra hiện nay nồng độ của nó cao gấp ba lần so với mức khí được ghi nhận vào năm 2013. Và sau đó, một điều bí ẩn hơn đã xảy ra - nồng độ khí mê-tan một lần nữa giảm xuống giá trị nền.

Câu đố về mêtan vẫn chưa có câu trả lời rõ ràng. Theo một số phiên bản, rover có thể nằm ở đáy miệng núi lửa, trong đó có một nguồn khí mê-tan dưới lòng đất, và việc giải phóng nó có liên quan đến hoạt động kiến tạo của hành tinh.

Tuy nhiên, đặc điểm sinh học có thể không rõ ràng. Ví dụ, vào tháng 9 năm 2020, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Cardiff đã phát hiện ra dấu vết của khí phosphine trên sao Kim, một hợp chất phốt pho đặc biệt có liên quan đến quá trình trao đổi chất của vi khuẩn kỵ khí.

Vào năm 2019, các mô phỏng trên máy tính cho thấy rằng phosphine không thể được hình thành trên các hành tinh có lõi rắn ngoại trừ do hoạt động của các sinh vật sống. Và lượng phosphine được tìm thấy trên sao Kim đã ủng hộ thực tế rằng đây không phải là một lỗi hay một tạp chất ngẫu nhiên.

Nhưng một số nhà khoa học nghi ngờ về khám phá này. Nhà thiên văn học và chuyên gia về các trạng thái giảm của phốt pho Matthew Pasek cho rằng có một số quá trình kỳ lạ chưa được mô phỏng trên máy tính tính đến. Chính anh ta là người có thể diễn ra trên Sao Kim. Pasek nói thêm rằng các nhà khoa học vẫn chưa chắc sự sống trên Trái đất tạo ra phosphine như thế nào và liệu nó có được tạo ra bởi các sinh vật hay không.

Chôn trong đá

Một dấu hiệu khả dĩ khác của sự sống, một lần nữa liên quan đến sao Hỏa, là sự hiện diện trong các mẫu vật từ hành tinh có cấu trúc kỳ lạ tương tự như tàn tích của sinh vật sống. Chúng bao gồm thiên thạch sao Hỏa ALH84001. Nó bay từ sao Hỏa khoảng 13.000 năm trước và được tìm thấy ở Nam Cực vào năm 1984 bởi các nhà địa chất trượt tuyết quanh Đồi Allan (ALH là viết tắt của Đồi Allan) ở Nam Cực.

Thiên thạch này có hai đặc điểm. Đầu tiên, nó là một mẫu đá từ kỷ nguyên của cùng một "sao Hỏa ẩm ướt", tức là thời điểm có thể có nước trên đó. Thứ hai - các cấu trúc kỳ lạ được tìm thấy trong đó, gợi nhớ đến các vật thể sinh học đã hóa thạch. Hơn nữa, hóa ra chúng có chứa dấu vết của chất hữu cơ! Tuy nhiên, những "vi khuẩn hóa thạch" này không liên quan gì đến vi sinh vật trên cạn.

Chúng quá nhỏ đối với bất kỳ cuộc sống tế bào trên cạn nào. Tuy nhiên, có thể những cấu trúc như vậy chỉ ra những tiền nhân của sự sống. Năm 1996, David McKay thuộc Trung tâm Johnson của NASA và các đồng nghiệp của ông đã tìm thấy cái gọi là giả hình trong một thiên thạch - những cấu trúc tinh thể bất thường mô phỏng hình dạng của (trong trường hợp này là) một cơ thể sinh vật.

Ngay sau thông báo năm 1996, Timothy Swindle, một nhà khoa học hành tinh tại Đại học Arizona, đã tiến hành một cuộc khảo sát không chính thức với hơn 100 nhà khoa học để tìm hiểu xem cộng đồng khoa học cảm thấy thế nào về những tuyên bố này.

Nhiều nhà khoa học tỏ ra nghi ngờ về tuyên bố của nhóm McKay. Đặc biệt, một số nhà nghiên cứu đã lập luận rằng những thể vùi này có thể phát sinh do kết quả của quá trình núi lửa. Một ý kiến phản đối khác liên quan đến kích thước rất nhỏ (nanomet) của các cấu trúc. Tuy nhiên, những người ủng hộ phản đối điều này rằng vi khuẩn nano đã được tìm thấy trên Trái đất. Có một công trình cho thấy khả năng không thể phân biệt cơ bản của vi khuẩn nano hiện đại với các vật thể từ ALH84001.

Cuộc tranh luận đang bế tắc vì lý do tương tự như trường hợp của Venusian phosphine: chúng ta vẫn còn rất ít ý tưởng về cách những cấu trúc như vậy được hình thành. Không ai có thể đảm bảo rằng sự giống nhau đó không phải là một sự trùng hợp ngẫu nhiên. Hơn nữa, có những tinh thể trên Trái đất, chẳng hạn như kerite, rất khó phân biệt với tàn tích "hóa thạch" của ngay cả những vi khuẩn thông thường (chưa kể đến những vi khuẩn nano được nghiên cứu kém).

Việc tìm kiếm sự sống ngoài Trái đất giống như việc bạn chạy theo cái bóng của chính mình. Có vẻ như câu trả lời đã có trước mắt, chúng ta chỉ cần tiến lại gần hơn. Nhưng anh ấy đang di chuyển ra xa, tiếp thu những phức tạp và dè dặt mới. Đây là cách hoạt động của khoa học - bằng cách loại bỏ những "tích cực giả". Điều gì sẽ xảy ra nếu phân tích quang phổ bị cháy sai? Điều gì sẽ xảy ra nếu khí mê-tan trên sao Hỏa chỉ là một dị thường cục bộ? Điều gì sẽ xảy ra nếu những cấu trúc trông giống như vi khuẩn chỉ là một trò chơi của tự nhiên? Không thể loại trừ hoàn toàn mọi nghi ngờ.

Rất có thể sự bùng phát của sự sống liên tục xuất hiện trong Vũ trụ - ở đây và ở đó. Và chúng tôi, với kính thiên văn và quang phổ kế của mình, luôn bị trễ hẹn. Hoặc ngược lại, chúng tôi đến quá sớm. Nhưng nếu bạn tin vào nguyên lý Copernicus, nói rằng Vũ trụ nói chung là đồng nhất và các quá trình trên trái đất phải diễn ra ở một nơi khác, thì sớm muộn gì chúng ta cũng sẽ giao nhau. Đó là vấn đề thời gian và công nghệ.