Wie viel Wasser muss für das Leben anderswo im Sonnensystem?

Das große und Tiefe Wasserbecken aus allen bekannten noch nie gesehen Seefahrer. Er hat keine Inseln und Küsten, der wind nicht hindurch, wirbelt sinnlos drauf Wellen, auf dem Wasser nicht laufen Blendung. Dieses dunkle Ozean finden Sie nicht auf eine Karte der Erde — er mehr als 500 Millionen Kilometer von uns, auf Europa, einem der 69 bekannten Monde des Planeten Jupiter. Daten der Raumsonde Galileo, die flogen Europa 11 mal von 1995 bis 2003 haben gezeigt, dass unter der eisigen Oberfläche dieses glatten Mond liegt unermessliche salzigen Ozean. Seine Tiefe sollte 100 Kilometer — acht mal tiefer Pazifischen Ozeans auf die maximale Tiefe. In ihm zwei bis drei mal mehr Wasser als in allen Meeren und Ozeanen der Erde.

Wir wissen, dass das Universum ist voll von wässerigen Monden und Planeten. Aber Woher wissen wir, ob Sie am Leben halten?

Europa ist nicht der einzige seiner Art. Mindestens noch zwei Jupitermonde — Ganymed und Callisto — verstecken sich unter der Oberfläche der Ozeane. Titan und Мимас, ein Satellit des Jupiter wahrscheinlich auch. Und es gibt keinen Zweifel daran, dass ein weiterer Mond des Saturn, Enceladus, versteckt sich das Wasser unter der gefrorenen Kruste. Erstaunliche und unwiderlegbare Beweise der tiefen Tiefe des Enceladus erschienen im Jahr 2005, als die Sonde «Cassini» fängt Geysire, spuckt Eis und Wasser über Hunderte von Kilometern in den Weltraum. «Cassini» selbst flog durch die Geysire im Oktober 2015, geschwommen 50 Kilometer von der Oberfläche des Mondes, um Proben zu nehmen, deren Inhalt.

Sagen, dass die fülle des flüssigen Wassers im äußeren Sonnensystem vollständig wandelte die Ansichten der Wissenschaftler, — nichts zu sagen. Vor den Offenbarungen Cassini, Galileo und anderen Sonden die Allgemeine Meinung war: die Monde von Jupiter und Saturn werden ähnlich wie die Monde des mars — Feste, утыканные kargen Kratern Steine, die unfähig sind, schützen das Leben.

«Niemand erwartet, dass es Subsurface Ozeane», sagt Seth Shostak, Astronom, SETI Institute aus Mountain View, Kalifornien. «Unsere Vorstellung von bewohnten Welten erweitert, und jetzt erwarten wir, dass wir das Leben finden, wo nicht gedacht, danach zu suchen vor. Wir sind immer davon ausgegangen, dass das Leben auf dem Planeten. Aber ich weiß jetzt sieben Orten in unserem Sonnensystem, wo es alle Gründe zu suchen das Leben — oder zumindest die Bedingungen für Sie sind. Und die meisten von Ihnen — Satelliten».

Mit einer solchen fülle von Wasser haben wir zur Hand, kann man mit Sicherheit behaupten, dass unzählige Planeten bei anderen Sternen sollte auch mit Ozeanen, geschweige denn über Ihre Satelliten. Astronomen bereits vorher identifiziert mehrere «Wasserwelten» außerhalb unseres Sonnensystems — die Planeten im Allgemeinen ohne Sushi.

«Es ist auffallend», sagt Christopher Глейн, die Wissenschaftler der Mission «Cassini» aus der Süd-West-Institute in San Antonio, Texas. «Es ist wie erfinden ein neues Gebiet der Ozeanographie».

Doch die Existenz von Außerirdischen Ozeane sollte nicht so eine überraschung. Wasserstoff beträgt bis zu 74% der gewöhnlichen Materie im Universum; der Sauerstoff das dritthäufigste Element. Verbinden Sie diese — erhalten Sie Wasser, H₂O. Astronomen beobachteten Spuren von Wasser-Eis in Kratern auf dem Mond und sogar auf Merkur — nächsten Planeten zur Sonne. Es ist viel in interstellaren Wolken und in staubiger Laufwerken entstehenden Planetensysteme; auch in den Atmosphären von einigen riesigen Exoplaneten fanden bereits das Wasser.

«Forschung Exoplaneten zeigte sich explosionsartig», sagt Bonnie Мейнке, Wissenschaftler der NASA, arbeitet mit kosmischen Teleskop James Webb, der sich in den Raum im nächsten Jahr. «In den letzten 20 Jahren haben wir von einigen Exoplaneten gingen zu tausenden. Und jetzt wissen wir, dass jeder Stern am Nachthimmel gibt es mindestens einen Planeten. Ich denke, wir können davon ausgehen, dass die meisten dieser Planeten gibt es in einem gewissen Sinne und Wasser».

Und dort, wo es Wasser gibt, kann und Leben. «Suche nach Wasser» — ein Alter Grundsatz астробиологов. Was macht das Wasser so unverzichtbar? Chemische Reaktionen, die nähren Motoren des Lebens, erfordern die flssigkeit FR die Auflsung und Migration der Moleküle in der gesamten Zelle. Wasser ist einer der besten bekannten Lösungsmitteln; es bleibt flüssig bei einem höheren Temperaturbereich als jede andere Substanz. Es ist durchaus möglich, dass andere Flüssigkeiten die Rolle des Wassers in der Alien-Biochemie — Methan Seen, zum Beispiel, die wir fanden auf Titan. Aber bisher keine Ausnahmen von der Regel «Leben braucht Wasser» haben wir nicht gefunden.

Es stellt sich heraus, Planeten, komplett beschichtet damit die wichtigste Substanz, sollte die perfekte Herberge für das Leben? Neuere Studien solche Erwartungen ein Kupfer-Becken: Wasser auf einem solchen Planeten könnte zu viel sein für das Leben, oder läuft alles so wie es angefangen hat zu gedeihen, die Chance. «Mehr ist nicht besser», sagt Stephen Desh, Astrophysiker an der Arizona State University. Desh und seine Kollegen die Computersimulation von exotischen geophysikalischen und atmosphärischen Umgebungen

So haben die Planeten, vollständig bedeckt mit diesen wesentlichen Substanz, nicht die ideale Refugium für Leben? Einige neuere Studien werfen ein riesiges nasses Decke auf solche Erwartungen: viele Welten wirklich sein kann zu viel Wasser für das Leben, um das auftreten — oder gedeihen, wenn es begann. «Mehr ist nicht unbedingt besser», —, sagt Stephen Desh, Astrophysiker von der University of Arizona. Desh und seine Kollegen führten die Computersimulation exotischen geophysikalischen und atmosphärischen Umgebungen, die erkannt werden können, die auf anderen Welten. Ihr Ziel — eine etwas wie Feld-Führer für zukünftige Jäger экзопланетами. Desh nennt ihn «der periodischen Tabelle des Planeten». In Ihr werden die Arten von Welten, die wahrscheinlichernur enthalten die Produkte der Lebenserhaltung in der Atmosphäre — Sauerstoff oder Methan zum Beispiel. Was noch wichtiger ist, diese Gase müssen in ausreichend großen Mengen, um Sie erkennen konnten Teleskope zukünftigen Jahrzehnte. «Wir sollten solche Planeten in der Forschung Priorität, weil auf Ihnen werden die besten Indikatoren des Lebens».

Wasser-Welten, wie sich herausstellte, kann der beste Ort für die Suche nach Leben. Das Team Desh erstellt ein Computer-Modell, erinnert an die Erde fast überall: Maße und nicht zu kaltes und nicht zu heißes Entfernung vom stabilen Typ Sterne der Sonne. Dann füllten Sie diese Welt mit Wasser, in fünf bis sieben mal größer als auf der Erde zu ertränken alle Kontinente. Versinkt die virtuelle Welt, Sie beseitigt ein wichtiger Prozess, unterstützt das Leben, das wir Erdlinge überhaupt vergessen: Verwitterung von nackten Felsen.

In Abwesenheit von Regen oder fließendes Wasser размывающих Rasse, des Meeres in einer Welt, die von einem Team Desh, enthielten sehr wenig Phosphor, ein unverzichtbares Element für das Leben. Das Meerwasser selbst säurehaltig ist nicht genug, um die Auflösung von Phosphor so effektiv wie frisches. «Phosphor ist äußerst wichtig», meint Tessa Fischer, mikrobielle ökologe an der Arizona State University. «Neben der RNA und DNA, es schafft auch ATP, переносящую Molekül Energie für das ganze uns bekannten Biochemie. Die irdische Biochemie, soweit wir wissen, nicht funktionieren kann, in der Abwesenheit von Phosphor».

Desh und Fischer betonen, dass Ihr Modell nicht die Möglichkeit der Existenz von Leben in wässrigem Welt. Meer auf solchen Planeten wird sicherlich enthalten eine bestimmte Menge an Phosphor, aber nicht genug, um Ihr Leben in großem Maßstab und hinterlassen sichtbare Auswirkungen in der Atmosphäre. «Es wird keine Atmosphäre, 30% bestehend aus Sauerstoff, wie auf der Erde», sagt Fischer. «Vielleicht ist der Planet vollständig bedeckt den Ozean, wird bewohnbar. Einfach das Leben dort wird so gespaltenes, dass wir Sie gar nicht entdecken können von der Erde».

Wahrscheinlich gibt es auch Welten mit so viel Wasser, dass das Leben ist einfach unmöglich. Nach Schätzungen der Wissenschaftler, der Planet mit der Größe der Erde mit 10% seiner Masse in Form von Wasser wird absolut leblos. Ein solcher Planet hätte den Gegenwert von 400 irdischen Ozeane; enormen Druck auf der Unterseite des Meeres würde eine exotische Feste Formen von Eis, bekannt als das Eis-und sechs Eis-sieben. «Wasser mit der Rasse überhaupt nicht ich wäre, hätte das Leben nicht funktioniert», sagt Desh.

Und wie seltsam solche Bedingungen auch sein mögen, diese Welten sind möglicherweise häufiger als Feste Planeten nach Art der Erde. Wasser und Stein, vielleicht ebenso Häufig in planetaren Systemen in der ganzen Raum. In unserem eigenen Sonnensystem Kometen, des Mondes und einige gefrorene Einwohner Kuiper-Gürtel, wie man glaubt, enthalten die gleiche Menge Eis und Stein. «Die äußeren Planeten auf 50% aus Eis», sagt Desh. «Es ist in Ordnung. Ungewöhnlich nur, wie trocken die Erde».

Aus unserer Sicht die Erde scheint die Quintessenz des Planeten mit dem Ozean — der «blasse Blaue Punkt», Meeren bedeckt. Aber alle diese Ozeanen rastekajutsja dünnen Film auf der Oberfläche des Planeten. Nach der Masse der Erde nur auf 0,025% aus Wasser besteht. Bei den bestehenden Technologien Astronomen könnten nicht sagen, ob ein Exoplanet wie die Erde überhaupt irgendwelches Wasser. Astronomen benutzen zwei grundlegende Technik zur Bestimmung der Zusammensetzung von Exoplaneten. Erstens, Sie schätzen die Größe des Planeten, zu beobachten, wie viel Licht blockiert, vor seinem Stern vorbei. Dann Messen Sie die Schwingungen der Sterne, die bewirkt, dass der Planet auf seiner Umlaufbahn, was uns die Masse des Planeten. Die Trennung der Masse der Planeten auf Ihr Volumen gibt Dichte und Dichte ermöglicht den Astronomen zählen etwa der prozentuale Anteil von Gas, Feststoff und Wasser auf dem Planeten.

«Überlegen Sie, wie Dünn unsere Ozean. Es ändert sich nichts an dem Radius der Erde.» Jetzt haben die Astronomen sagen können, dass bei den Exoplaneten gibt es die Ozeane, nur wenn Wasser auf einen Anteil von etwa 10% Ihrer Masse. Und es ist 400 irdischen Ozeane, große Mengen an Wasser, сокрушающее alle Lebewesen. Rein, die einzigen aquatischen Welten, die wir entdecken können, unter Verwendung der vorhandenen Technologien werden für das Leben ungeeignet. «Das ist die Sache im Moment», sagt Desh. «Wir haben die Möglichkeit, nach Wasser zu suchen und auch sehen, wenn Wasser 10% von der Masse des Planeten, aber es ist zu viel Wasser».

Sieben solcher Welten Kreisen in der Umlaufbahn Trappist-1, Sterne in 49 Lichtjahre von uns entfernt, benannt nach einem belgischen Bier. Alle sind in der Größe mit der Erde und sogar drei liegen in der potenziell bewohnbaren Zone des Sterns, in der Ferne, wo vielleicht Wasser in flüssiger Form existieren. Jetzt ist es am wichtigsten, dass weder die beunruhigenden uns «mögliche Länder», allerdings könnte Sie zu nass oder засыпанными Eis, um auf Ihnen гнездилась Leben.

Der Versuch, die Fernen Planeten bestimmen Sie die Zusammensetzung aus mehreren Pixeln des Lichtes, die in das Teleskop, zumindest nicht genau. Angesichts dieser Einschränkungen, Desh und seine Kollegen schätzen, dass die äußeren Planeten Trappist-1 bestehen aus 50% aus Eis; die inneren Planeten bestehen zu 10% aus Eis und flüssigem Wasser. «Das ist mehr als genug zu übersättigen, um die Kontinente», sagt Desh. «Sie erhalten Hunderte oder sogar Kilometer сдавленного Eis auf dem Grund der Ozeane. Es ist ein Toter Planet».

Was braucht man für die Identifizierung des «lebendigen» Planeten, mit der Erde-Mischung Kontinente und Meere, nicht zu feucht, nicht zu trocken? Angesichts der Bandbreite der möglichen Welten, wie die unsere muss viel sein. Aber wie Sie zu suchen? Weltraumteleskop James Webb wird König der Astronomie, sobald die anfangen zu seiner 10-jährigen Mission in 2020Jahr; er ist in der Lage, den Atmosphären von riesigen Exoplaneten Typ Neptun und vielleicht findet auch etwas «суперземель» — Planeten in 2-10 mal größer als die Erde nach der Masse. Aber er wird zu kurzsichtige Atmosphäre des Planeten zu sehen, geschweige denn über den Ozeanen.

«es ist Sehr schwierig, etwas so kleines so groß wie die Erde, die sich vor dem Stern sehen und der schwache Glanz der Atmosphäre», sagt Мейнке. «Es gibt Pläne für die zukünftige Teleskope, die in der Lage, dies zu tun, und ich denke, dass ich Sie je wieder sehen es ist in meinem Leben. Aber Webb kann nicht bestätigen das Vorhandensein von Wasser auf dem Planeten Erde-Typ».

Teleskope, die fähig sind, visualisieren die Ozeane und die terrestrische Masse der anderen Welt, wahrscheinlich differieren von uns für ein paar Jahrzehnte. Und selbst dann wird die Auflösung vermutlich begrenzt oder zwei Pixel für den ganzen Planeten. Hier ist wie das Aussehen kann, eine der bedeutendsten Entdeckungen in der Geschichte der Wissenschaft — unser Erster direkter Blick auf die Welt, ähnlich unserer eigenen: die Farbe eines pixels wird in regelmäßigen Abständen abwechselnd von blau zu Braun, wie in пируэтах, zeigt abwechselnd Land und Meer unseren Augen.

Solange dieser Tag nicht gekommen ist, finden wir Anzeichen für die Existenz von Leben in einigen экзоокеанах viel näher zu Hause. Und am nächsten bei uns ein solcher Ozean auf Enceladus, Plus es hat alle Voraussetzungen für das Leben. Wenn die Sonde «Cassini», bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von fast 30 Millionen Kilometern pro Stunde, duckte sich durch den Geysir «Enceladus» im Oktober 2015, seine Werkzeuge registriert Wasserstoff, Kohlendioxid und Methan, was bedeutet, dass auf diesem Satelliten vorhanden Tiefsee hydrothermale Aktivität, wie auf der Erde. «Wir versuchten buchstäblich auf den Geschmack der Ozean von Enceladus Fliegen über ein Flachbandkabel Geysir», sagt Глейн.

Das Vorhandensein von Wasserstoff, insbesondere, war ein Zeichen dafür, dass Chemische Reaktionen zwischen den heißen Felsen und Salzwasser auf dem Boden des Meeres Enceladus brechen Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. Körper Größe mit Enceladus in der Regel nicht verfügen soll greifbar Wasserstoffgehalt im Allgemeinen, da dieses Element sehr leicht und mit dem kleinen Körper musste in den Weltraum zu Fliegen, vor langer Zeit. Deshalb Wasserstoff Enceladus muss irgendwie ständig aktualisiert, wahrscheinlich im Laufe der Reaktionen von Wasser und heißen Felsen. Wie nur finden wir Wasserstoff, können wir schließen, dass die Chemische Energie vorhanden ist und es viele, und es ist die gleiche Energie, die Organismen in den tiefen der Erde nutzen, um Unterkunft und Nahrung.

Метаногены — alten Art von Bakterien, die findet man überall bei hydrothermalen öffnungen am Boden — kombinieren von Wasserstoff mit Kohlendioxid, und während dieser Reaktion Energie freigesetzt wird, und Methan als Nebenprodukt. Einfache Organismen wie die folgenden bevölkerten die ersten Ozeane der Erde. Auch jetzt, nach Milliarden von Jahren nach seiner Einführung, метаногены Leben unabhängig vom Tageslicht und haben Ihren Platz in einer seltsamen Nahrungskette, das ökosystem unterstützt röhrenförmige Würmer und Riesenmuscheln.

Kann, ob es irgendeine Form des Lebens, die komplexer als Bakterien, entstehen auf Enceladus, Europa oder in den unbeschwerten tiefen irgendeinen anderen Lunar Meer? «In diesen unterirdischen Ozeanen Leben kann, aber die Quellen der Energie für die Aufrechterhaltung des Lebens ist viel komplexer Organismen, die brauchen mehr Nahrung möglicherweise nicht mehr verfügbar», sagt Shostak. «Man kann nicht sagen, dass es nicht passieren könnte — die Satelliten waren es 4,5 Milliarden Jahre, also vielzelligen Stück dort sein können, aber irgendwelche die Thunfische — unwahrscheinlich.»

Der Einzige Weg diese Frage zu beantworten — diese Welten besuchen. Die NASA bereits genehmigte Mission Europa Clipper, die wird im Jahr 2024 erreicht und Jupiter im Jahr 2030. Die Raumsonde обогнет Europa 45 mal, passt zu seiner eisigen Oberfläche auf 30 Kilometer. Zukünftige Missionen, die eigentlich sitzen auf Europa, Enceladus oder Titan, werden bereits nach komplizierten Aminosäuren und andere Biomoleküle produziert nur Lebewesen.

Habend ein Beispiel aus unserer eigenen Welt — es ist unmöglich zu sagen, ob das Leben völlig alltäglich oder unglaublich kosmisch Seltenes Phänomen. «In der Regel glauben, dass da fossile oder Chemische Beweise des Lebens gehen so weit in die Vergangenheit, das Leben erschien ziemlich schnell», sagt Глейн. «Und die Leute glauben, dass, wenn schnell, dann einfach».

Leicht, schwer oder irgendwo dazwischen — egal. Jetzt wissen wir eine Sache: wenn das Leben braucht Wasser, Wasser im Universum in großen Mengen. Dieser Teil der Gleichung für die Suche nach Leben hat man endgültig und für immer.