Używamy ciasteczek, dzięki którym strona działa poprawnie.
Fosfina na Wenus
Tomasz Miller
7 października 2020

 

Międzynarodowy zespół uczonych odkrył w atmosferze Wenus fosfinę – rzadki i nietrwały gaz, którego nie powinno tam być. Co to oznacza dla poszukiwań życia pozaziemskiego?

Na początek postawmy sprawę jasno: na Wenus ani nie znaleziono życia, ani dowodów na jego istnienie – przynajmniej na razie. Podkreślają to sami autorzy omawianego odkrycia w swoim artykule opublikowanym na łamach prestiżowego czasopisma naukowego „Nature Astronomy”. Niemniej jednak ich ustalenia są niezwykle intrygujące i w najgorszym razie doprowadzą do znacznego pogłębienia naszej wiedzy na temat planetarnej chemii. A w najlepszym razie…

 

Co właściwie odkryto?

Zanim zajmiemy się tą ostatnią kwestią, opowiedzmy o tym, czego właściwie dokonano. Wszystko zaczęło się w czerwcu 2017 roku, gdy Jane Greaves, astronomka z Uniwersytetu w Cardiff, skierowała czaszę hawajskiego radioteleskopu Jamesa Clerka Maxwella w stronę Wenus. Jej zamiarem było sprawdzenie, czy da się w ten sposób wykrywać w atmosferach odległych planet tzw. fosforowodór. Gaz ten, nazywany także fosfiną, ma prosty wzór chemiczny PH3 (jego cząsteczki są więc zbudowane z jednego atomu fosforu i trzech atomów wodoru) i na Ziemi powstaje w zasadzie na dwa sposoby: w laboratoriach i zakładach chemicznych oraz za sprawą bakterii beztlenowych żyjących na bagnach i torfowiskach, ale też w naszych jelitach. W związku z tym wielu astrobiologów uznaje go za tzw. biosygnaturę – jego obecność na planetach skalistych może być silną poszlaką świadczącą o istnieniu na nich życia.

Co ciekawe, Greaves wcale nie spodziewała się wykryć fosfiny na Wenus, która to planeta – delikatnie mówiąc – nie uchodzi za miejsce przyjazne życiu (więcej o tym za chwilę). Jak wspomina astronomka, miał to być tylko eksperyment służący określeniu górnej granicy czułości radioteleskopu na poczet przyszłych obserwacji. Tym większe było jej zaskoczenie, gdy na uzyskanym wykresie widma radiowego zobaczyła charakterystyczne wgłębienie – swego rodzaju „odcisk palca” fosforowodoru.

Wynik ten był tak dziwny, że wymagał potwierdzenia za pomocą innego, potężniejszego  instrumentu. Choć wymagało to uzbrojenia się w cierpliwość, po niemal dwóch latach udało się przeprowadzić potrzebne obserwacje. Dokonano tego za pomocą największego na świecie zespołu 66 radioteleskopów ALMA, zbudowanego na pustyni Atacama w Chile. Otrzymany wykres także zawierał wyraźne „fosfinowe wgłębienie”.

W międzyczasie do zespołu prof. Greaves dołączyli kolejni członkowie – astronomowie, astrobiolodzy i planetolodzy. Ich celem było przeanalizowanie zebranych danych w świetle całej zgromadzonej wiedzy o Wenus, aby odpowiedzieć na szereg pytań: Ile w atmosferze „siostry Ziemi” jest fosfiny? Skąd ten gaz się tam wziął? Czy jego obecność można wyjaśnić czynnikami niebiologicznymi? Jeśli za obecność PH3 faktycznie odpowiadają wenusjańskie mikroorganizmy, to co da się o nich powiedzieć? I wreszcie: co dalej?

 

Co udało się ustalić?

Przede wszystkim stwierdzono, że fosfiny w atmosferze Wenus jest stosunkowo dużo, bo ok. 20 ppb (1 ppb = jedna część na miliard = promil promila promila). Nie jest jednak rozłożona równomiernie. Jak wynika z obserwacji, koncentruje się ona na wysokościach 50–60 km nad powierzchnią planety, w umiarkowanych szerokościach geograficznych. Co bardzo istotne, gaz ten jest bardzo nietrwały – w warunkach panujących w wenusjańskiej atmosferze jego cząsteczki powinny się rozpadać pod wpływem promieni słonecznych średnio po kilkunastu minutach. Coś więc musi stale wytwarzać fosforowodór.

Czy jednak muszą to być mikroorganizmy? Niekoniecznie. Chemia – zwłaszcza w skali planetarnej – dysponuje niemal nieograniczonym wachlarzem reakcji zdolnych wytworzyć prawie dowolną substancję. Choć ziemska fosfina praktycznie w całości jest wytwarzana przez beztlenowce i ludzką technologię, to wiadomo też, że na Jowiszu powstaje ona samoistnie w gęstych i gorących trzewiach jego atmosfery. Mając to na uwadze, badacze podjęli tytaniczną pracę przeanalizowania wszystkich znanych ciągów reakcji, w których PH3 powstaje bez udziału biologii. Rozważyli dosłownie tysiące możliwych scenariuszy fizykochemicznych mogących zachodzić w atmosferze i litosferze, w tym takie uwzględniające wulkany, pioruny, a nawet meteory. Wniosek? Owszem, fosfina może powstawać na Wenus abiotycznie, ale tempo jej wytwarzania będzie jakieś 10 000 razy za wolne, aby wytłumaczyć obserwowane stężenie.

Czy to oznacza, że na placu boju pozostaje tylko jedna hipoteza – życie? Jak obliczył William Bains, chemik z Uniwersytetu w Cambridge i członek zespołu Greaves, do wyprodukowania takiej ilości fosfiny hipotetyczne mikroby nawet nie musiałyby się specjalnie wysilać. Wystarczyłoby, żeby ich metabolizm osiągał 10% efektywności ich ziemskich odpowiedników. Sami badacze przestrzegają jednak przed wyciąganiem pochopnych wniosków. Jak piszą w swoim drugim, liczącym ponad sto stron artykule (wysłanym do czasopisma „Astrobiology”), nikt wcześniej nie studiował obiegu fosforu na Wenus i mimo ich najwyższej staranności, modele użyte w rachunkach mogą być niekompletne. Wciąż mogą istnieć jakieś nieznane reakcje geo- lub fotochemiczne, które wyjaśnią obecność PH3 w wenusjańskich obłokach bez udziału przedrostka „bio”.

 

Jak przeżyć na Wenus?

Skoro zastrzegliśmy, że odkrycie fosfiny nie stanowi jeszcze niepodważalnego dowodu na istnienie życia poza Ziemią, popuśćmy nieco wodze fantazji i zastanówmy się, jak mogliby wyglądać hipotetyczni mikro-Wenusjanie.

Zacznijmy od tego, że Wenus jest piekłem, w porównaniu z którym surowe pustynie Marsa są całkiem przytulne. Powierzchnia Wenus to bezkresne połacie suchej, wulkanicznej skały, przygniecione ciśnieniem 92 razy większym od ziemskiego i spieczone temperaturą 470 stopni Celsjusza utrzymującą się dzień i noc. Taki skwar – większy nawet niż na położonym bliżej Słońca Merkurym – to skutek ekstremalnego efektu cieplarnianego, albowiem atmosfera Wenus składa się niemal w całości z dwutlenku węgla. W jej górnych warstwach, mniej więcej od wysokości 45 km nad powierzchnią planety, zaczyna się gruba i gęsta powłoka chmur, która szczelnie spowija cały glob i nadaje mu charakterystyczny, kremowobiały kolor.

Trudno sobie wyobrazić, by jakakolwiek forma życia mogła przetrwać na powierzchni Wenus. Fosfinę odkryto jednak nie przy gruncie, lecz właśnie wśród wenusjańskich obłoków, gdzie panują znacznie łagodniejsze warunki. Co prawda wieją tam huraganowe wiatry, a same chmury to kropelki wysoko stężonego kwasu siarkowego, ale przynajmniej temperatura i ciśnienie są tam zbliżone do ziemskich.

Co ciekawe, już ponad pół wieku temu Carl Sagan i Harold Morowitz spekulowali na temat istnienia podniebnej wenusjańskiej biosfery, zamieszkanej przez balonowate, fotosyntetyzujące organizmy. Miały one być dalekimi ewolucyjnymi potomkami ekosystemów wymarłych setki milionów lat temu, gdy powierzchnia Wenus uległa doszczętnej sterylizacji za sprawą niekontrolowanego efektu cieplarnianego. Aby uniknąć piekła, życie musiało „wniebowstąpić”.

Choć brzmi to jak czysta fantastyka, taka wizja okazuje się nie być pozbawiona podstaw. Obecne modele ewolucji Układu Słonecznego dopuszczają scenariusze, według których młoda Wenus nie różniła się zbytnio od Ziemi i przez miliardy lat cieszyła się warunkami sprzyjającymi powstaniu życia. Od niedawna wiemy też, że mikroorganizmy docierają do górnych warstw atmosfery – w ostatniej dekadzie odkryto setki gatunków bakterii unoszących się nawet 36 km nad poziomem morza.

Ostatnia analogia jest jednak zwodnicza. Ziemska stratosferyczna flora bakteryjna nie jest niezależna od gruntowej; podniebne eskapady mikroorganizmów trwają najwyżej kilka tygodni. Tymczasem dla hipotetycznych wenusjańskich mikrobów zabójcza byłaby zarówno zbyt mała, jak i zbyt duża wysokość. Ich udziałem byłby wieczny lot Ikara, między młotem kosmicznego mrozu a kowadłem wyjałowionych niższych partii troposfery.

Zespół Greaves pochylił się również nad tym problemem. Już miesiąc temu na łamach „Astrobiology” ukazał się ich spekulatywny artykuł, w którym dokonują rewizji hipotez Sagana-Morowitza i ich kontynuatorów. Autorzy rozważają prostą, bakteriopodobną formę życia, która miałaby zamieszkiwać kropelki kwasu siarkowego tworzące wenusjańskie chmury. Proponują nawet schematyczny cykl życiowy takiego hipotetycznego organizmu, odmierzany rytmem naprzemiennego wznoszenia się i opadania jego macierzystej kropli, ulegającej na zmianę parowaniu i kondensacji.

Badacze zauważają jednak, że rozważane przez nich mikroby musiałyby bazować na kompletnie obcej biochemii niż znane nam życie. Stężony kwas siarkowy, śladowe ilości wody i nikła dostępność metali to problemy, którym nie podołałyby nawet najbardziej wytrzymałe ziemskie ekstremofile. Z drugiej strony, wszystko to sprawia, że obecność potencjalnej biosygnatury na Wenus jest tym bardziej ekscytująca. Skoro już samo znalezienie życia poza Ziemią oznaczałoby rewolucję, to co dopiero odkrycie życia fundamentalnie obcego znanej nam biologii?

 

Co dalej?

Jak na planetę najbliższą Ziemi, Wenus nie cieszy się wielkim powodzeniem jako cel misji kosmicznych. Od rozpadu Związku Radzieckiego, który to kraj w latach 70. i 80. osadził na jej powierzchni aż 10 lądowników (seria Wenera) i badał jej atmosferę za pomocą dalszych kilku próbników, wysłano na nią ledwie dwie sondy: europejską Venus Express (na orbicie w latach 2006–2015) i japońską Akatsuki (na orbicie od 2015 r.). Ale trudno się temu dziwić, skoro jej powierzchnia nie nadaje się ani do przyszłej kolonizacji, ani nawet do eksploracji. W warunkach morderczej temperatury i ciśnienia aparatura radzieckich lądowników przestawała działać raptem po kilkudziesięciu minutach. Gdy zrozumiano, jak niegościnna jest Wenus, przekierowano uwagę na Marsa, który był dużo bardziej obiecującym obiektem badań, także pod kątem astrobiologii.

Czy dzięki fosforowodorowi to się zmieni? Na to wygląda. Obecny administrator NASA Jim Bridenstine już w dniu ogłoszenia odkrycia napisał na Twitterze, że to jak dotąd „najbardziej znaczące osiągnięcie w poszukiwaniach życia poza Ziemią” i że „nadszedł czas, by nadać priorytet Wenus”. Dzień później sponsorowany przez miliardera Jurija Milnera program Breakthrough Initiatives zapowiedział, że sfinansuje dalsze badania nad tajemnicą wenusjańskiej fosfiny.

Przede wszystkim jednak trzeba rozwiać wszelkie wątpliwości, że radiowy „odcisk palca” fosforowodoru, od którego wszystko się zaczęło, nie został błędnie zinterpretowany. Można oczekiwać, że na Wenus skupią teraz swoją uwagę wszelkie instrumenty zdolne wykrywać fosfinę w jej atmosferze. Niestety, Akatsuki nie ma odpowiedniej aparatury na pokładzie, ale tak się szczęśliwie składa, że europejsko-japońska sonda BepiColombo, dedykowana badaniom Merkurego, będzie w październiku bieżącego roku mijać Wenus w ramach tzw. asysty grawitacyjnej. Ma ona na wyposażeniu stosowny detektor, aczkolwiek nie wiadomo, czy jego czułość będzie wystarczająca do tego zadania.

Istnieje obecnie cały szereg planowanych misji wenusjańskich w różnym stopniu zaawansowania. Najbliżej realizacji są sondy: amerykańska DAVINCI, indyjska Shukrayaan-1, a także sonda Photon budowana przez prywatną amerykańsko-nowozelandzką firmę Rocket Lab. Co istotne, wszystkie mają wykorzystywać próbniki atmosferyczne, ale niestety wystartują nie wcześniej niż w roku 2023. Do tego czasu będziemy musieli zadowolić się obserwacjami radioteleskopowymi oraz improwizowanymi pomiarami sondy BepiColombo.

Zakładając, że obserwacja fosfiny w atmosferze Wenus się utrzyma, jednego dowiemy się ponad wszelką wątpliwość – w naszym rozumieniu drugiej planety od Słońca zieje potężna luka. W luce tej może na nas czekać jedno z największych odkryć w historii ludzkości – oto my, Ziemianie, nie jesteśmy sami.

Jeśli bowiem faktycznie okaże się, że na sąsiedniej planecie istnieje życie, to dlaczego nie miałoby być ono w Kosmosie czymś powszechnym?

 

 

Komentarze
DODAJ komentarz
Oceń
W przypadku naruszenia regulaminu Twój wpis zostanie usunięty.
Najnowsze artykuły
7 października 2020
Krótka historia czarnych dziur

 

Zbudowane z czystej grawitacji kosmiczne pułapki, w których załamuje się czas, przestrzeń i znane nam prawa fizyki. Czarne dziury są tak niezwykłe, że od ich teoretycznego odkrycia (i odrzucenia) do spektakularnego potwierdzenia obserwacyjnego musiało upłynąć sto lat.

7 października 2020
Czarne dziury: idealne ciała niebieskie

 

Wielce mnie ucieszyła tegoroczna Nagroda Nobla z fizyki, bo dotyczy dziedziny, która zajmuję się od ponad pół wieku (moja pierwsza opublikowana praca[1] dotyczyła powstawania nagiej osobliwości!). Po raz pierwszy też, bezpośrednio została wyróżniona teoria względności. Nareszcie!

7 października 2020
Blask matematyki i czarne dziury

 

              Co roku setki pism od Komitetu Noblowskiego trafia na biurka różnych profesorów, członków akademii, naukowców i dotychczasowych noblistów z zapytaniem, kogo i dlaczego wskazaliby do Nagrody Nobla w najbliższym roku. Dawno temu, może to był początek lat osiemdziesiątych zeszłego wieku, podobne zapytanie trafiło do moich rąk. 

7 października 2020
Nagroda Nobla dla Rogera Penrose'a

 

 

Nagrodę Nobla z fizyki w 2020 roku otrzymali Roger Penrose oraz Reinhard Genzel i Andrea Ghez. Wszystkie trzy osoby przysłużyły się nauce, potwierdzając - na różne sposoby - występowanie
w naszym Wszechświecie czarnych dziur.