ما هي كمية المياه اللازمة للحياة في مكان آخر في النظام الشمسي ؟

أكبر وأعمق الخزان من المعروف أبدا أن رأى البحارة. فإنه لا يوجد لديه الجزر و الساحل الرياح تثير موجات الماء لا يعمل وهج الشمس. هذا الظلام المحيط أنك لن تجد في أي خريطة الأرض — هو أكثر من 500 مليون كيلومتر من الولايات المتحدة في أوروبا واحدة من 69 المعروف أقمار كوكب المشتري. بيانات المركبة الفضائية غاليليو التي تدور حول أوروبا 11 مرة من عام 1995 إلى عام 2003 أظهرت أن متجمد تحت سطح أملس القمر يكمن العظمى المحيط المالح. وينبغي أن يكون عمقه 100 كيلومتر ثماني مرات أكثر عمقا من المحيط الهادئ في أقصى العمق. في هذا مرتين إلى ثلاث مرات أكثر من كل البحار والمحيطات من الأرض.

ونحن نعلم أن الكون مليء المائي الأقمار والكواكب. ولكن كيف نعرف إذا أنها يمكن أن تدعم الحياة ؟

أوروبا ليست من نوع واحد. على الأقل اثنين من أقمار كوكب المشتري — جانيميد وكاليستو — إخفاء المحيطات تحت السطح. تيتان و ميماس ، القمر من كوكب المشتري ، وربما أيضا. و ليس هناك شك في أن آخر القمر زحل إنسيلادوس يخفي الماء تحت قشرة المجمدة. مذهلة و أدلة دامغة من أعماق عميقة من القمر إنسيلادوس ظهرت في عام 2005 عندما المسبار "كاسيني" يلتقط السخانات يقذف الماء و الجليد على بعد مئات الكيلومترات في الفضاء. كاسيني حتى طار من خلال السخانات في تشرين الأول / أكتوبر 2015 ، بعد السباحة 50 كيلومترا من سطح القمر لأخذ عينات من محتواها.

أن أقول أن وفرة من الماء السائل في النظام الشمسي الخارجي تغير تماما فكرة العلماء — أن أقول شيئا. إلى الكشف كاسيني ، غاليليو وغيرها من تحقيقات الرأي العام هذا: أقمار المشتري وزحل سوف تكون مشابهة أقمار المريخ الصلبة ، رصع مع الحفر صخرة جرداء ، غير قادرة على إيواء الحياة.

"لا أحد يتوقع أن يكون هناك المحيطات تحت السطح" ، ويقول سيث شوستاك ، فلكيا في معهد SETI في ماونتن فيو, كاليفورنيا. "فهمنا للسكن العالمين وسعت والآن نتوقع أن يمكن أن تجد الحياة حيث لا يوجد فكرت أبحث عنها من قبل. ونحن قد افترض دائما أن الحياة تحتاج إلى أن تكون على هذا الكوكب. ولكن الآن وأنا أعلم سبعة أماكن في نظامنا الشمسي ، حيث هناك كل ما يدعو إلى التماس الحياة — أو على الأقل شروط. ومعظمهم من الأقمار الصناعية."

مع وفرة المياه في الفناء الخلفي لدينا, انها آمنة أن أقول أن هناك عدد لا يحصى من الكواكب التي تدور حول نجوم أخرى يجب أن تكون أيضا في المحيطات ، ناهيك عن الأقمار الصناعية. علماء الفلك قد سبق تحديد عدد قليل من "الماء العالمين" خارج مجموعتنا الشمسية — الكواكب حتى دون الأرض.

"إنه لأمر مدهش" ، ويقول كريستوفر Glein عالم من بعثة "كاسيني" من الجنوب الغربي معهد سان أنطونيو ، تكساس. "انها مثل اختراع جديد في مجال علم المحيطات".

ومع ذلك ، فإن وجود خارج المحيطات لا ينبغي أن يكون الكثير من مفاجأة. الهيدروجين تشكل 74% من المادة العادية في الكون و الأكسجين هو ثالث أكثر العناصر وفرة. الانضمام إليهم — الحصول على الماء ، H₂O لاحظ علماء الفلك بقايا من جليد الماء في الحفر على سطح القمر و عطارد هو أقرب إلى الشمس من الأرض. لها الكثير من الغيوم بين النجوم في المتربة الأقراص الوليدة الأنظمة الكوكبية ؛ حتى في الجو من بعض الكواكب الخارجية العملاقة بالفعل وجدت الماء.

"دراسة الكواكب الخارجية تم المتفجرة" ، ويقول بوني Manke, عالم ناسا العمل مع تلسكوب الفضاء جيمس ويب الذي سوف تذهب إلى الفضاء العام المقبل. "على مدى 20 عاما انتقلنا العديد من الكواكب الخارجية إلى الآلاف. ونحن نعلم الآن أن كل نجم في السماء ليلا وقد كوكب واحد على الأقل. أعتقد أننا يمكن أن نفترض أن معظم هذه الكواكب هو بمعنى والماء."

حيث يوجد الماء ، ربما الحياة. "البحث عن الماء" — قديم اكسيوم من astrobiologists. ما يجعل الماء ضروري جدا? التفاعلات الكيميائية التي سوف تغذي محركات الحياة يتطلب السائل من أجل حل والنقل من الجزيئات عبر الخلية. المياه هي واحدة من أفضل المعروفة المذيبات; يبقى السائل في مجموعة أكبر من درجات الحرارة أكثر من أي مادة أخرى. فمن الممكن أن السوائل الأخرى سوف تؤدي دور المياه في الغريبة الكيمياء الحيوية — بحيرات الميثان ، على سبيل المثال ، وجدنا على تيتان. ولكن في حين لا توجد استثناءات لهذه القاعدة "الحياة يحتاج إلى الماء" نجد.

اتضح هذا الكوكب مغطى تماما مع هذا حاسمة مادة يجب أن تكون الإقامة المثالية للحياة ؟ دراسات حديثة تغطي هذه التوقعات مع النحاس حوض من الماء على هذه الكواكب قد يكون كثيرا عن الحياة التي ظهرت أو بدأت تزدهر إذا أتيحت له الفرصة. "أكثر ليست أفضل" يقول ستيفن Desch ، وهو عالم الفيزياء الفلكية في جامعة ولاية أريزونا. داش وزملاؤه بإجراء محاكاة الكمبيوتر الغريبة الجيوفيزيائية و بيئات الغلاف الجوي

لذا ما لم يكن هذا الكوكب مغطى تماما مع هذه المادة الأساسية لن تكون ملاذا مثاليا للحياة ؟ بعض الدراسات الحديثة رمي عملاق بطانية مبللة على مثل هذه التوقعات: عوالم كثيرة يمكن أن يكون في الواقع الكثير من الماء من أجل الحياة تنشأ — أو أن تزدهر إذا بدأ. "أكثر ليست بالضرورة أفضل" — يقول ستيفن Desch ، وهو عالم الفيزياء الفلكية في جامعة أريزونا. داش وزملاؤه نفذت النمذجة الحاسوبية الجيوفيزيائية غريبة في الغلاف الجوي البيئات التي يمكن الكشف عنها على عوالم أخرى. هدفهم هو خلق نوع من الدليل الميداني في المستقبل الصيادين من الكواكب الخارجية. داش يسميها "الجدول الدوري من كوكب الأرض." سيكون أنواع من العالمين ، والتي ربماكل ما سوف تحتوي على منتجات من دعم الحياة في جو من الأكسجين أو الميثان ، على سبيل المثال. والأهم من ذلك هذه الغازات يجب أن تكون موجودة بكميات كبيرة بما يكفي لتكون قادرة على الكشف عن التلسكوبات العقود القادمة. "نحن بحاجة إلى وضع دراسة مثل هذه الكواكب في الأولوية ، لأنها يمكن أن تكون أفضل المؤشرات من الحياة."

الماء العالمين ، كما اتضح ، يمكن أن يكون أفضل مكان للبحث عن الحياة. فريق داش خلق نموذج الكمبيوتر تشبه الأرض في كل شيء تقريبا و لا بارد جدا ولا حار جدا المسافة من مستقر نجم مثل الشمس. ثم شغل العالم مع الماء خمس إلى سبع مرات أكثر من في الأرض يغرق كل القارات. غرق العالم الافتراضي الخاص بك ، لديهم القضاء على العملية الحيوية التي تحافظ على الحياة التي نحن البشر ، عموما نسيت: التجوية من الصخور المكشوفة.

في غياب المطر أو الحالية من المياه يؤدي إلى تآكل الصخور, البحر في العالم ، إنشاؤه من قبل فريق من ديش الوارد القليل جدا من الفوسفور عنصر أساسي للحياة. مياه البحر نفسها الحمضية ما يكفي لإذابة الفوسفور فعالة كما الطازجة. "الفوسفور مهم جدا" يقول تيسا فيشر الميكروبية عالم البيئة في جامعة ولاية أريزونا. "بالإضافة إلى الحمض النووي الريبي والحمض النووي ، كما يخلق ATP الطاقة يحمل الجزيء المعروف الكيمياء الحيوية. الأرضية الكيمياء الحيوية ، بقدر ما نعلم, لا يمكن أن تعمل في غياب الفوسفور".

داش و فيشر التأكيد على أن النموذج لا يحول دون وجود حياة في المياه في العالم. البحر الكواكب ربما تحتوي على كمية معينة من الفوسفور ، ولكن ليس بما يكفي لدعم الحياة على نطاق واسع وترك ملحوظ بصمة في الغلاف الجوي. "لن يكون هناك جو 30% يتكون من الأوكسجين ، كما على الأرض" ، ويقول فيشر. "ربما كوكب مغطاة بالكامل من قبل المحيط ، المأهولة بالسكان. فقط الحياة هناك سوف تكون مجزأة بحيث أننا لن تكون قادرة على الكشف عن من الأرض."

ربما هناك من العالمين مع نفس الكمية من الماء أن الحياة ستكون مستحيلة. وفقا للعلماء ، كوكب بحجم الأرض مع 10% من وزنه في الماء سوف تكون بالتأكيد هامدة. مثل هذا الكوكب قد ما يعادل 400 من محيطات الأرض ؛ ضغط هائل في قاع البحر من شأنه أن يخلق كثيفة أشكالا غريبة من الجليد المعروف الجليد ستة أو الجليد-سبعة. "أنواع المياه لا تتفاعل ، لا شيء قد الحياة لم تسر" ، وقال داش.

و غريبة مثل هذه الظروف قد تبدو هذه العوالم قد تكون أكثر شيوعا مما الكواكب الصلبة من نوع الأرض. الماء والحجر ، ربما ، على قدم المساواة شيوعا في أنظمة كوكبية في جميع أنحاء الكون. في نظامنا الشمسي المذنبات والقمر بعض المجمدة سكان حزام كويبر يعتقد أنها تحتوي على نفس الكمية من الثلج و الحجر. "الكواكب الخارجية 50% من الجليد" يقول داش. "لا بأس. مجنون فقط كم اليابسة".

من وجهة نظرنا الأرض يبدو أن جوهر العالم المحيط "نقطة زرقاء باهتة" تغطي البحار. ولكن كل هذه المحيطات انتشار طبقة رقيقة على سطح الكوكب. من كتلة الأرض فقط 0,025% من الماء. مع التكنولوجيات الحالية ، الفلكيين غير قادر على القول ما إذا كانت الكواكب مثل الأرض في أي الماء. علماء الفلك استخدام اثنين من التقنيات الأساسية لتحديد تكوين الكواكب الخارجية. أولا ويقدر حجم الكوكب ، ومراقبة مدى حجب الضوء يمر أمام نجمه. ثم قياس الاهتزازات النجم الذي يسبب كوكب في مداره ، مما يعطينا كتلة الكوكب. تقسيم كتلة الكوكب إلى حجمه يعطي كثافة وكثافة يسمح تقديرات علماء الفلك ما يقرب من نسبة الغازات والمواد الصلبة المياه على كوكب الأرض.

"التفكير في كيفية رقيقة المحيط. فإنه لا يغير من نصف قطر الأرض." الآن يقول علماء الفلك أن كوكبا المحيطات ، فقط إذا كان الماء سوف تمثل حوالي 10% من وزنه. و هذا يساوي 400 محيطات الأرض كميات كبيرة من الماء ، كسر كل شيء على قيد الحياة. حتى الماء فقط العوالم التي يمكننا الكشف عن استخدام التكنولوجيات القائمة ، سوف تكون غير صالحة للسكن. "هذا هو الوضع في هذه اللحظة" يقول داش. "لدينا القدرة على إيجاد الماء حتى يرى عند المياه 10% من كتلة هذا الكوكب, ولكن الكثير من المياه."

سبعة من هذه العوالم تدور في المدار الترابيست-1, ستار 49 سنة ضوئية من الأرض تكريما من البيرة البلجيكية. هم كل حجم الأرض وثلاثة داخل يحتمل أن تكون صالحة للسكن منطقة نجوم على مسافة ، حيث احتمال وجود الماء في الحالة السائلة. الآن هذا هو الأكثر أنه لا هو قلق لنا "المحتملة من الأراضي" ، ولكنها قد تكون رطبة جدا أو مغطاة بالجليد أنهم كانوا التعشيش.

محاولة لتحديد تكوين الكواكب البعيدة عبر عدة بكسل الضوء المحاصرين في التلسكوب ، على الأقل لن تكون دقيقة. وفي ضوء هذه القيود ، اندفاعة وزملاؤه تقدير أن الكواكب الخارجية الترابيست-1 تتألف من 50% الجليد ؛ الكواكب الداخلية تتكون من 10% من الجليد والماء السائل. "هذا هو أكثر من كاف لتغطية القارات" يقول داش. "سوف تحصل على مئات أو حتى كيلومترا تقلص جليد في قاع المحيطات. هذا هو كوكب ميت".

ماذا تحتاج إلى تحديد "الحياة" كوكب الأرض خليط من القارات والبحار ، وليس رطبة جدا ، ليس جافة جدا ؟ وبالنظر إلى مجموعة من العوالم الممكنة ، مثل أن يكون الكثير. ولكن كيف يمكن العثور عليها ؟ تلسكوب الفضاء جيمس ويب سوف يكون ملك الفلك في أقرب وقت سوف تبدأ 10 سنوات البعثة في عام 2020العام; وقال انه سوف تكون قادرة على تحليل أجواء الكواكب الخارجية العملاقة نبتون-نوع و ربما تجد بعض "supertall" الكوكب 2-10 مرات من كتلة الأرض. ومع ذلك ، فإنه سيتم أيضا النظر إلى رؤية أجواء الكواكب ، ناهيك عن المحيطات.

"من الصعب جدا أن ننظر إلى شيء صغير — بحجم الأرض يمر أمام نجم — أن ترى بريق خافت من الغلاف الجوي" ، يقول مانس. "هناك خطط مستقبلية التلسكوبات التي سوف تكون قادرة على القيام بذلك ، حتى أنني أرى ذلك في حياتي. ولكن ويب لن تكون قادرة على تأكيد وجود الماء على كوكب مثل الأرض".

التلسكوبات قادرة على تصور المحيطات والأرض الجماهير من العالم الآخر, ربما يفصل من الولايات المتحدة لبضعة عقود. وحتى ذلك الحين القرار من المرجح أن تكون محدودة إلى عنصر أو اثنين على كوكب الأرض بأكمله. التي قد تبدو وكأنها واحدة من اهم واخطر الاكتشافات في تاريخ العلم — أول نظرة مباشرة في العالم مثل: لون بكسل واحد هو دوري يتغير من الأزرق إلى البني ، كما في الدوران ، بالتناوب عرض البر والبحر أعيننا.

حتى يأتي ذلك اليوم ، يمكننا العثور على دلائل على وجود حياة في بعض ecoocean أقرب إلى المنزل. و الأقرب لنا مثل هذا المحيط على القمر إنسيلادوس ، بالإضافة إلى أنه لديه كل الشروط الضرورية للحياة. عندما المسبار "كاسيني" ، تتحرك بسرعة ما يقرب من 30 ألف كيلومتر في الساعة ، اتجه من خلال السخان "إنسيلادوس" في تشرين الأول / أكتوبر 2015 ، مسجلة الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون والميثان ، وبالتالي ، على هذا القمر الصناعي هو موجود في أعماق البحار المائية النشاط على الأرض. "نحن حرفيا ذاقت المحيط من القمر إنسيلادوس ، وحلقت من خلال عمود من نبع" يقول غلين.

وجود الهيدروجين ، على وجه الخصوص ، كان علامة على أن تفاعل كيميائي بين الصخور الساخنة والمياه المالحة في قاع البحر من القمر إنسيلادوس انقطاع الماء إلى الهيدروجين والأكسجين. الجسم حجم القمر إنسيلادوس لا ينبغي عادة ملموس محتوى الهيدروجين ، لأن هذا العنصر هو خفيفة الوزن جدا وصغيرة الجسم أن يطير في الفضاء منذ وقت طويل. ولذلك ، فإن الهيدروجين من القمر إنسيلادوس نحو ما ينبغي أن تحديثها باستمرار ، على الأرجح في سياق ردود الفعل من الماء والصخور الساخنة. عندما نجد الهيدروجين ، يمكننا أن نستنتج أن الطاقة الكيميائية الحاضر الكثير من ذلك ، وهي نفس الطاقة التي الكائنات الحية في أعماق استخدام الأراضي عن أماكن السكن والغذاء.

Methanogens نوع من البكتيريا القديمة التي وجدت في جميع أنحاء الفتحات الحرارية المائية على الأرض — الجمع بين الهيدروجين مع ثاني أكسيد الكربون في عملية رد الفعل هذا النشرات الطاقة وغاز الميثان كمنتج ثانوي. كائنات بسيطة مثل هذه كانت أول من سكن الأرض والمحيطات. حتى الآن, بعد بلايين السنين بعد عرضه ، methanogens العيش بشكل مستقل من أشعة الشمس أخذ مكانها في غريب السلسلة الغذائية التي تحافظ على النظام البيئي من الديدان الأنبوبية و المحار العملاق.

أن أي شكل من أشكال الحياة أكثر تعقيدا من البكتيريا تحدث على القمر إنسيلادوس ، أوروبا أو الهم في أعماق بعض القمرية البحار ؟ "في هذه المحيطات تحت السطح قد يكون الحياة, ولكن مصادر الطاقة للمحافظة على الحياة هو أكثر الكائنات الحية المعقدة التي تحتاج إلى المزيد من الطعام قد لا تكون متاحة ،" يقول شوستاك. "لا نستطيع أن نقول أن هذا لا يمكن أن يحدث — الصحابة كانوا هناك 4.5 مليار سنة ، لذلك الخلايا الأشياء قد يكون هناك ، ولكن أي التونة من غير المرجح."

الطريقة الوحيدة للإجابة على هذا السؤال هو زيارة هذه العوالم. ناسا أقرت البعثة المقص أوروبا ، والتي سوف تبدأ في عام 2024 و سوف تصل إلى كوكب المشتري في عام 2030. المركبة الفضائية سوف السفر في جميع أنحاء أوروبا 45 مرة ، تأتي لها سطح الجليدية إلى 30 كيلومترا. البعثات في المستقبل من شأنها أن الجلوس على أوروبا ، إنسيلادوس أو تيتان ، سوف تضطر إلى العثور على مجموعة معقدة من الأحماض الأمينية والجزيئات الحيوية الأخرى التي تنتجها الكائنات الحية.

وجود مثال واحد فقط — عالمنا — أنه من المستحيل القول ما إذا كانت حياة عادية جدا أو بشكل لا يصدق فلكيا نادرا. "وعادة ما أعتقد ذلك لأن الأحفوري أو الكيميائية دليل على الحياة تذهب بعيدا إلى الوراء في الوقت المناسب ، ظهرت الحياة بدلا من ذلك بسرعة ،" يقول غلين. "الناس يعتقدون أنه إذا كنت سريعة وسهلة جدا."

سهلة, صعبة أو في مكان ما بينهما — لا يهم. الآن نحن نعرف شيئا واحدا: إذا كانت الحياة يحتاج إلى المياه بكميات كبيرة في الكون. هذا جزء من المعادلة إلى البحث عن الحياة قد حلت أخيرا وبشكل نهائي.