Aby odkryć życie, trzeba najpierw znaleźć miejsca, w których może ono zaistnieć – najlepiej podobne do Ziemi. Przez wiele lat jednak nie znano żadnych planet poza naszym Układem Słonecznym. Dopiero w 1992 roku polski astronom prof. Aleksander Wolszczan wraz ze swym amerykańskim kolegą Dalem Frailem opisał pierwsze takie obiekty. Wkrótce odkrycia zaczęły mnożyć się w coraz szybszym tempie. Na początku 2012 roku potwierdzono już istnienie ponad 700 planet pozasłonecznych. A w styczniu prestiżowy tygodnik „Nature” doniósł, że tylko w naszej galaktyce – Drodze Mlecznej – może być ich 160 miliardów!
Wśród 42 autorów pracy z „Nature” jest ośmiu Polaków z zespołu OGLE Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego, wraz z jego szefem prof. Andrzejem Udalskim. Grupa ta już od lat regularnie obserwuje 100 mln gwiazd Drogi Mlecznej. „To nie są gwiazdy badane po to, by stwierdzić, czy mają planety. To po prostu źródła światła, wzmacniane ewentualnie przez przechodzące między nami a nimi gwiazdy z układami planetarnymi. I dopiero te ostatnie dają nam informacje o liczbie planet” – podkreśla prof. Udalski w rozmowie z „Focusem”.
Gdzie jest Ziemia-bis?
W ten sposób zespół OGLE odkrył już wiele globów pozasłonecznych. Opisał również nową ich klasę – niezwiązanych z żadnymi gwiazdami, samotnie przemierzających przestrzeń kosmiczną. I wreszcie teraz, na podstawie zebranych dotychczas danych, pokusił się o oszacowanie całkowitej liczby planet w Drodze Mlecznej. Naukowcy wyliczyli, że każdą gwiazdę naszej Galaktyki obiega średnio 1,6 planety. Ponieważ zaś w Drodze Mlecznej znajduje się blisko 100 miliardów gwiazd, to w sumie powinno im towarzyszyć wspomniane 160 miliardów planet. „Oczywiście, nasze wyniki to dopiero pierwsze i pewnie dość przybliżone oszacowanie. Jednak ten wynik raczej na pewno nie zmieni się np. dziesięciokrotnie. Myślę, że co najwyżej 2–3-krotnie, w górę lub w dół” – przewiduje prof. Udalski. Globy, które opisali badacze, są znacznie większe od Ziemi. „W naszym eksperymencie odkryta planeta o najmniejszej masie to tak zwana Super-Ziemia, obiekt najprawdopodobniej skalisty o masie około pięć razy większej niż ten, na którym żyjemy. Mniej masywnych ciał niebieskich w tych danych nie znaleźliśmy. Możemy jedynie spekulować, że takich planet ziemiopodobnych jest jeszcze więcej” – wyjaśnia astronom.
„Teraz odkrywamy, że rzeczywiście ziemiopodobne planety są powszechne. A zatem następną sprawą będzie próba odkrycia, które z nich mogą mieć wodę i podtrzymywać życie” – mówił serwisowi „Voice of America” współautor pracy dr Kailash Sahu z amerykańskiego Johns Hopkins University. „Jeśli gdzieś rodzi się system żywy, to będziemy go w stanie zidentyfikować jedynie, jeśli będzie podobny do tego, co znamy. Bo inaczej nie mamy klucza” – komentuje dla „Focusa” prof. Józef Kaźmierczak z Instytutu Paleobiologii PAN, czołowy polski astrobiolog.
Z węgla, wody i magnetyzmu
Jego stanowisko jest podzielane przez większość poszukiwaczy życia pozaziemskiego. Dlatego, przeczesując niebo, zwracają uwagę głównie na skaliste globy o masie podobnej do Ziemi. Taka wielkość daje szansę, że w środku będzie się znajdować płynne metalowe jądro, które wytwarza pole magnetyczne. Ono zaś jest potrzebne, aby od powierzchni planety odepchnąć cząstki zabójczego dla organizmów wiatru słonecznego.
Planeta musi mieć też jakieś źródło energii, której potrzebuje życie. Najbardziej prawdopodobne jest oczywiście, tak jak i w przypadku Ziemi, promieniowanie gwiazdy macierzystej. Inna opcja to zasoby samej planety – takie jak choćby w głębokomorskich kominach hydrotermalnych, gdzie bakterie korzystają z energii chemicznej płynącej z wnętrza Ziemi. No i wreszcie ów glob musiałby mieć taką temperaturę, by przynajmniej przez część roku znajdowała się na nim płynna woda. „Nie musi być to zewnętrzna pokrywa wodna. Równie dobrze woda może znajdować się pod powierzchnią planety” – dodaje prof. Kaźmierczak.
To dlatego jeszcze w naszym Układzie Słonecznym wielkie zainteresowanie poszukiwaczy życia pozaziemskiego budzi księżyc Jowisza – Europa. W 2020 roku NASA ma wysłać sondę, która zbada ten tajemniczy glob. Jego powierzchnię pokrywa wielokilometrowej grubości warstwa lodu, w którym mogą znajdować się „oczka” ciekłej wody. Pod nią kryje się najprawdopodobniej gigantyczny ocean, którego głębokość może dochodzić do dziesiątek, a może i setek kilometrów. Jeśli cokolwiek w nim żyje, to raczej nie ma szans, by energię czerpało ze Słońca. Przypuszcza się raczej, że korzystałoby z siarkowodoru lub metanu – związków chemicznych wydobywających się z kominów hydrotermalnych na dnie oceanu.
Kolejny warunek powstania w kosmosie życia to dostępność węgla organicznego. Wszystko, co istnieje na naszej planecie, jest zbudowane z jego związków. Ten pierwiastek zwie się wręcz czasem „kręgosłupem życia”. Ma on rzadko spotykaną w świecie chemii zdolność „sklejania” różnych atomów tak, by powstała ogromna rozmaitość cząsteczek o złożonej budowie. Dzięki temu na bazie węgla powstają białka, węglowodany, tłuszcze i kwasy nukleinowe. Bez nich nie byłoby na Ziemi nawet bakterii.
Na szczęście związki węgla organicznego tworzą się wyjątkowo łatwo w przestrzeni kosmicznej. Jest ich tam nawet dużo większa rozmaitość niż na Ziemi. Życie na naszej planecie wykorzystuje np. 20 aminokwasów jako cegiełek do budowy łańcuchów białkowych.
Tymczasem na samym meteorycie Murchison, który spadł w Australii w 1969 roku, znaleziono około 150 aminokwasów. W roku 2008 ogłoszono, że znajdowały się na nim również zasady azotowe, czyli elementy, które wchodzą w skład łańcuchów DNA. „Nasza przestrzeń kosmiczna była i jest wręcz wypchana związkami organicznymi” – twierdzi prof. Kaźmierczak.
Mikrogoście z kosmosu
Istnieje więc niemała szansa, że wśród setek miliardów planet znajdzie się taka, na której powstało życie podobne do ziemskiego. Tylko jak je wykryć?
„O życiu może świadczyć obecność tlenu, ewentualnie także metanu, oraz fotopigmentów” – wylicza prof. Kaźmierczak. To ostatnie oznacza barwniki, za których pomocą organizmy wyłapują światło swojej gwiazdy. Na Ziemi najczęściej jest nim zielony chlorofil, przechwytujący głównie czerwoną oraz niebieską część widma słonecznego. Naukowcy z NASA twierdzą, że na naszej planecie to jest najlepsze rozwiązanie, bo takiego światła dociera najwięcej do powierzchni ziemskiej. Na globach z inną atmosferą oraz krążących wokół gwiazd o odmiennej budowie bardziej opłacalne może być postawienie na barwnik wyłapujący głównie niebieską, pomarańczową czy nawet podczerwoną część światła. Tamtejsze rośliny w naszych oczach przybrałyby więc kolor żółty, czerwony, a nawet czarny.
„Niestety, dzisiejsze sondy kosmiczne nie są w stanie wykryć fotopigmentów znajdujących się w wodzie” – ubolewa się prof. Kaźmierczak. Tymczasem nawet w przypadku Ziemi dwie trzecie powierzchni pokrywają oceany. To je zamieszkuje większość samożywnych organizmów – roślin i bakterii – które wyłapują światło słoneczne. Życie na innych planetach mogło zaś w ogóle nie opuścić wody. Na duże prawdopodobieństwo takiego zdarzenia wskazuje nasza własna historia. „Życie na Ziemi nie rozwijało się proporcjonalnie. Zapis o jego istnieniu sięga 3,5 mld lat wstecz. I przez pierwsze trzy miliardy istniały prawie wyłącznie jednokomórkowe mikroorganizmy wodne” – wyjaśnia prof. Kaźmierczak.
Dopiero około miliarda lat temu pojawiły się proste organizmy wielokomórkowe, a zwierzęta dopiero 600 mln lat temu. Życie roślinne opanowało ląd nieco ponad 400 mln lat temu. „A te wszystkie dinozaury, amonity to ledwie dogryweczka, końcówka tego rozstroju genetycznego. Nawet zasady darwinowskiej ewolucji zaczęły funkcjonować bardzo późno. Gdy dominowały mikroby, organizmy na potęgę wymieniały ze sobą materiał genetyczny. Wszystko było rozdzielane po równo, a to blokowało możliwość szybkiej ewolucji. Złożone formy powstawały jedynie tam, gdzie życie podlegało stresom. To, że istniejemy, to po prostu przypadek” – dodaje astrobiolog.
Dlatego zdaniem prof. Kaźmierczaka szansa na powstanie wyżej zorganizowanego życia na innych planetach jest znikoma. Najprawdopodobniej ma ono tam postać mikrobów, które wymieniają się genami i prawie nie ewoluują. „Oczywiście, takie życie też może nawiązać z nami kontakt. Drobnoustroje mogą np. dotrzeć na Ziemię z meteorytami. Z pewnością nie będą to jednak przyjaźni przybysze” – śmieje się badacz.
Drinki z metanu i amoniaku
Ale czy życie pozaziemskie rzeczywiście musi być tak podobne do tego, które znamy? Czy koniecznie musi opierać się np. na wodzie? Czy jej funkcji nie może równie dobrze odgrywać inny płyn?
Astronomowie wskazują na Tytana, księżyc Saturna, na którego sonda Cassini opuściła w 2005 roku próbnik Huygens. Na powierzchni tego globu panuje zabójcza dla nas temperatura minus 180 st. C. W takim mrozie woda zmienia się w lód tak twardy jak ziemskie skały. Z niego zbudowane są tytańskie góry, między którymi wiją się rzeki i rozciągają się jeziora z płynnego metanu – związku węgla, który na naszej planecie jest gazem. Na Tytanie tworzy też oceany i chmury, z których od czasu do czas spada metanowy deszcz. Jeśli na globie jest wewnętrzne źródło energii, to metan być może łączy się w bardziej złożone związki. Te zaś mają szansę, by dać początek życiu.
Można też sobie wyobrazić planetę, na której życie pływa w oceanach alkoholu metylowego (metanolu) albo dwutlenku węgla. Ten ostatni poddany ciśnieniu 90 atmosfer, jakie panuje choćby na Wenus czy Neptunie, zamieniłby się w płyn o przedziwnych właściwościach. Kubek dwutlenku węgla wydawałby się tak samo ciężki jak woda. Pływanie w nim byłoby jednak bardziej podobne do latania w ziemskiej atmosferze niż nurkowania w wypełnionym wodą jeziorze.
To jednak dopiero wstęp do pomysłów na istoty pozaziemskie. W 1954 roku J.B.S. Haldane, jeden z czołowych biologów XX wieku, opublikował pracę, w której dowodził, że życie na innych planetach może opierać się na amoniaku. Podobnie jak metan czy dwutlenek węgla, ten związek chemiczny w warunkach ziemskich jest gazem. Oparte na nim życie musiałoby więc egzystować w temperaturze poniżej minus 33 st. C lub też pod wysokim ciśnieniem – rzędu 60 atmosfer. Dla istot, które na co dzień piłyby amoniak, woda miałaby właściwości takie jak silny kwas. Gdyby więc wytworzyły cywilizację, a tamtejsi astronomowie przez teleskopy wypatrzyliby ziemskie oceany, doszliby może do wniosku, że w tak nieprzyjaznym środowisku życie nie ma prawa powstać…
Jeszcze inny pomysł na życie pozaziemskie miał pisarz Herbet G. Wells. Powiedział, że nie zdziwiłby się, gdyby zamiast na węglu opierało się ono na krzemie. Wyobraził sobie krzemowo-aluminiowego człowieka wędrującego w siarkowej atmosferze nad brzegiem jeziora ciekłego żelaza. Jego fantazje nie straciły do dziś swej aktualności. Naukowcy twierdzą jednak, że życie krzemowe nie rozwinęłoby się na piekielnie gorącym globie, lecz wręcz przeciwnie – strasznie zimnym. Napojem takich stworzeń nie byłoby więc płynne żelazo, ale raczej ciekły metan, etan lub azot.
Nie kop tego kamienia…
Pojawiały się też sugestie, że życie pozaziemskie mogłoby opierać się na fosforze, borze czy azocie. Ba, Carl Sagan zasugerował w roku 1980, że zamiast wody lub innego płynu organizmy na innych planetach mogłyby korzystać z gazu. Wyglądałyby wówczas jak żywe bąble, unoszące się wśród tamtejszej atmosfery.
Niezależnie jednak, z czego zbudowane będzie życie na innych planetach, zawsze pojawi się problem – czy potrafimy je odróżnić od martwej materii. „Bo co to znaczy w ogóle »żyć«? Słyszałem, jak dzieci odpowiedziały na to pytanie słowami: »Żyć to oddychać i poruszać się«. Tylko skąd wiemy, czy żywe nie są liczne minerały? Może ich tempo metabolizmu jest tak wolne, że nie jesteśmy w stanie tego zaobserwować?” – zastanawia się prof. Kaźmierczak. Jeśli ma rację, to poszukiwania życia na 160 miliardach planet Drogi Mlecznej trzeba zacząć od dokładniejszego przyjrzenia się temu, co nas otacza na Ziemi. Bo zadziwiające, obce istoty możemy mieć dosłownie pod nogami.