Hur mycket vatten behövs för livet på andra håll i solsystemet?

Den största och djupaste reservoar av alla kända aldrig har sett sjömän. Det har ingen Öarna och kusten, och vinden väcker vågorna, vattnet är inte körs solens sken. Denna mörka havet kommer du inte att finna på någon karta på Jorden — det är mer än 500 miljoner kilometer från oss, i Europa, en av de 69 kända satelliter av Jupiter. Data från rymdsonden Galileo, som cirkulerade i Europa 11 gånger från 1995 till 2003, visade att under den isiga ytan av denna smidiga månen ligger ett stort salt hav. Dess djup skall vara 100 kilometer — åtta gånger djupare än Stilla havet på den maximala djup. I detta två till tre gånger mer vatten än hav och oceaner av Jorden.

Vi vet att universum är full av vattniga månar och planeter. Men hur vet vi om de kan stödja liv?

Eu är inte en av ett slag. Minst två månar — Ganymedes och Callisto — dölja oceaner under ytan. Titan och Mimas, måne och Jupiter, förmodligen, också. Och det är ingen tvekan om att en annan måne av Saturnus, Enceladus döljer sitt vatten under sitt frusna skorpan. Fantastiska och ovedersägliga bevis för den djupa djup av Enceladus dök upp i 2005, när sonden "Cassini" fångar gejsrar sprutar ut vatten och is för hundratals kilometer ut i rymden. Cassini även flög genom gejsrar i oktober 2015, efter simning 50 kilometer från månens yta för att ta prover av deras innehåll.

För att Säga att förekomst av flytande vatten i solsystemet med en helt ändrat uppfattning om forskare — att säga någonting. Avslöjandet Cassini, Galileo och andra sonder Allmänna uppfattningen var denna: de månar Jupiter och Saturnus kommer att vara liknande den som månar i Mars — fast, översållad med kratrar, karga klippor, oförmögna att hysa liv.

"Ingen förväntas att det kommer att vara under ytan haven", säger Seth Shostak, en astronom vid SETI Institute i mountain view, Kalifornien. "Vår förståelse av beboeliga världar har expanderat och nu förväntar vi oss att hittar liv där det inte finns någon tanke med att leta efter henne innan. Vi har alltid antagit att livet måste vara på planeten. Men nu vet jag att sju platser i vårt solsystem, där det finns alla anledning att söka livet — eller åtminstone förutsättningar för det. Och de flesta av dem satelliter."

Med det överflöd av vatten i vår trädgård, det är säkert att säga att det finns otaliga planeter runt andra stjärnor bör också vara i haven, för att inte nämna deras satelliter. Astronomer har tidigare identifierat några "vatten planeter utanför vårt solsystem — planeterna även utan land.

"Det är fantastiskt", säger Christopher Glein, en vetenskapsman av uppdraget "Cassini" från sydväst Institute i San Antonio, Texas. "Det är som att uppfinna ett nytt fält för Oceanografi".

Men, förekomsten av utomjordiska hav bör inte vara så mycket av en överraskning. Väte utgör 74% av vanlig materia i Universum och syre är det tredje vanligaste grundämnet. Gå med dem för att få vatten, H₂O Astronomer observerat spår av vatten som is i kratrar på månen och även om merkurius ligger närmast Solen planet. Det är en hel del av interstellära moln i dammiga skivor av begynnande planetära system, även i den atmosfär av några jätte exoplaneter redan funnit vatten.

"den Studie av exoplaneter har varit explosiv, säger Bonnie Manke, NASA-forskare som arbetar med James Webb space telescope, som kommer att gå ut i rymden nästa år. "Under de senaste 20 åren har vi flyttat flera exoplaneter till tusentals. Och nu vet vi att varje stjärna på natthimlen har åtminstone en planet. Jag tror vi kan anta att majoriteten av dessa planeter är, i en mening, och vatten."

Och där det finns vatten, kanske livet. "Leta efter vatten" — ett gammalt axiom astrobiologists. Vad är det som gör vatten så viktigt? En kemisk reaktion som kommer att driva motorer i livet kräver en vätska för upplösning och transport av molekyler över cellen. Vatten är en av de mest kända lösningsmedel; det stannar flytande på ett större spektrum av temperaturer än något annat ämne. Det är möjligt att andra vätskor som kommer att göra rollen som vatten i främmande biokemi — metan sjöar, till exempel, att vi hittar på Titan. Men medan inga undantag till regeln "liv behöver vatten" vi hittar.

Det Visar sig att planeten är helt täckt med detta viktiga ämne bör vara perfekt bostad för livet? Senare studier omfatta dessa förväntningar med en koppar bassäng med vatten på sådana planeter som kan vara för mycket för det liv som hon dök upp, eller började blomstra, de får chansen. "Mer är inte bättre," säger Steven Desch, en astrofysiker vid Arizona state University. Dash och hans kollegor genomfört en datorsimulering av exotiska geofysiska och stämningsfulla miljöer

Så om inte planet är helt täckt med detta viktiga ämne kommer inte att vara en perfekt tillflyktsort för livet? Några nyare studier kasta en jätte våt filt på sådana förväntningar: många världar kan verkligen vara för mycket vatten för liv att uppstå — eller att blomstra om det började. "Mer är inte nödvändigtvis bättre" — säger Steven Desch, en astrofysiker vid Universitetet i Arizona. Dash och hans kollegor genomförde dator modellering av geofysiska exotiska och stämningsfulla miljöer, som kan upptäckas på andra världar. Deras mål är att skapa en typ av fält som vägledning för framtida jägare av exoplaneter. Dash kallar den för "den periodiska planet." Det kommer att vara olika typer av världar, som förmodligenalla kommer att innehålla produkter av livet-stöd i atmosfären och syre eller metan, till exempel. Ännu viktigare, dessa gaser bör vara närvarande i tillräckligt stora mängder för att kunna upptäcka teleskop för årtionden framöver. "Vi måste sätta studie av sådana planeter i prioritet, eftersom de kan vara de bästa indikatorerna för livet."

Vatten världar, som det visade sig, kan vara den bästa platsen att söka efter liv. Team dash har skapat en modell i datorn som liknar Jorden i nästan allt och inte för kallt och inte för varmt avstånd från en stabil stjärna som liknar Solen. Sedan de fyllt världen med vatten fem till sju gånger mer än Jorden för att dränka alla hennes kontinenter. Sjunkande din virtuella världen, de har eliminerat en viktig process som upprätthåller livet som vi människor är i allmänhet glömt: vittring på exponerade klippor.

I frånvaro av regn eller ström av vatten urholkar berget, havet i världen, skapad av ett team av Desh, innehöll mycket lite fosfor, viktigt inslag för livet. Havsvatten i sig är sur nog att upplösa den fosfor som är så effektiv som färska. "Fosfor är mycket viktigt, säger Tessa Fisher, en mikrobiell ekologi vid Arizona state University. "I tillägg till RNA och DNA, det skapar också ATP, den energi som bär molekyl som kallas biokemi. Markbundna biokemi, såvitt vi vet, inte kan fungera i avsaknad av fosfor".

Dash och Fischer betona att deras modell inte hindra förekomsten av liv i vattnet världen. Havet, planeterna kommer förmodligen att innehålla en viss mängd fosfor, men inte tillräckligt för att stödja liv i stor skala och lämna ett märkbart avtryck i atmosfären. "Det blir ingen atmosfär, 30% består av syre, som på Jorden", säger Fisher. "Kanske en planet helt täckt av hav, är bebodda. Bara liv det kommer att bli så fragmenterad att vi kommer inte ens att kunna upptäcka från Jorden."

Förmodligen, det finns världar med samma mängd vatten att livet skulle vara omöjligt. Enligt forskare planet är storleken på Jorden med 10% av sin vikt i vatten kommer att vara helt livlös. En sådan planet skulle ha motsvarande 400 av jordens hav; det enorma trycket på botten av havet skulle skapa en tät exotiska former av is som kallas ice-sex eller is-sju. "Vatten arter interagerar inte med varandra, ingenting skulle ha liv har inte visat sig," sade Dash.

Och så konstigt eftersom dessa förhållanden kan tyckas, dessa världar kan vara vanligare än den fasta planeter genom Marken typ. Vatten och sten, kanske lika vanliga i planetära system i hela kosmos. I vårt eget solsystem kometer, månen och några av de frysta invånarna i kuiperbältet tros innehålla samma mängd av is och sten. "De yttre planeterna 50% av isen, säger Dash. "Det är okej. Galet hur mycket torr Mark".

Från vår synvinkel, Jorden verkar vara kärnan i world ocean — "pale blue dot" som omfattas hav. Men alla dessa oceaner sprider en tunn film på ytan av planeten. Med massa Jorden är bara 0,025% av vatten. Med befintlig teknik, astronomer inte kan säga om planeter, som Jorden, i Allmänhet, alla vatten. Astronomer använder två grundläggande tekniker för att bestämma sammansättningen av exoplaneter. För det första, de beräknar storleken på den planet, som visar hur mycket ljus det block, som passerar framför sin stjärna. Då de mäter vibrationerna av en stjärna som gör att en planet i sin omloppsbana, vilket ger oss massan av planeten. Uppdelningen av massan av planeten till dess volym ger densiteten, och tätheten gör att astronomer uppskattar att ungefär procent av gas, fasta partiklar och vatten på planeten.

"Tänk på hur tunn vår havet. Det förändrar inte det radie på Jorden." Nu astronomer säger att exoplaneter har oceaner, endast om det vatten, som står för ca 10% av dess vikt. Och detta är lika med 400 jordens oceaner, enorma mängder vatten, bryta allt levande. Så det enda vatten världar, som vi kan upptäcka med hjälp av befintlig teknik, kommer att vara obeboelig. "Detta är situationen just nu, säger Dash. "Vi har en förmåga att hitta vatten och även se när vattnet är 10% av massan av planeten, men det är för mycket vatten."

Sju av dessa världar kretsa i omloppsbana Trappist-1, stjärniga 49 ljusår från oss, är uppkallat av Belgisk öl. De är alla storleken på Jorden, och tre är inom potentiellt beboeliga zonen star, på avstånd, där den eventuella förekomsten av vatten i flytande tillstånd. Detta är nu den mest att ingen är en angelägenhet för oss "potential av landet", men de kan vara för fuktigt eller täckt med is att de häckande liv.

Försök att bestämma sammansättningen av avlägsna planeter i flera pixlar av ljus, instängd i teleskopet, åtminstone kommer inte vara korrekt. Med tanke på dessa begränsningar, Dash och hans kollegor uppskattade att de yttre planeterna Trappist-1 som består av 50% is; de inre planeterna består av 10% av is och flytande vatten. "Detta är mer än tillräckligt för att täcka kontinenter, säger Dash. "Du kommer att få hundratals eller till och med kilometer pressas isen på botten av haven. Detta är en död planet".

Vad du behöver för att identifiera en "levande" planet med jorden blandning av kontinenter och hav, inte för blött, inte för torrt? Med tanke på utbudet av möjliga världar, till exempel våra bör vara gott. Men hur hittar man dem? Rymdteleskopet James Webb kommer att vara kung astronomi som snart kommer att börja sitt 10-års uppdrag i 2020år; kommer han att kunna analysera atmosfärer på jätte exoplaneter av Neptunus-typ och kanske även hitta ett par "supertall" — planet 2-10 gånger mer Mark massa. Men det kommer att bli för närsynt för att se omgivningar av planeter, för att inte tala haven.

"det är Mycket svårt att titta på något så litet — om storleken på Jorden passerar framför en stjärna — och att se den svagt glitter i atmosfären", säger Nils. "Det finns planer för framtida teleskop som kommer att kunna göra det, och jag tror att jag till och med se det under min livstid. Men Webb kommer inte att kunna bekräfta förekomsten av vatten på planeten jorden-liknande".

Den Teleskop kan visualisera hav och massor mark i den andra världen, förmodligen åtskilda från oss för ett par decennier. Och även då upplösningen kommer sannolikt att vara begränsad till en pixel eller två för hela planeten. Som kan se ut som en av de mest betydelsefulla upptäckter i vetenskapens historia — vår första direkta titta på en värld som vår egen: färgen på en pixel är regelbundet ändras från blått till brunt, precis som i piruetter, omväxlande visar land och hav våra ögon.

Tills den dagen kommer, vi kan hitta tecken på existensen av liv i vissa ecoocean mycket närmare hem. Och närmast oss en sådan ocean på Enceladus, plus att han har alla förutsättningar som krävs för liv. När sonden "Fotosyntes", rör sig med en hastighet av nästan 30 tusen kilometer per timme, dök genom geyser "Enceladus" i oktober 2015, hans instrument som är registrerade för vätgas, koldioxid och metan, och därför, på denna satellit är närvarande djupt hav hydrotermisk aktivitet på Jorden. "Vi bokstavligen smakade den ocean av Enceladus, som flyger genom plym av en gejser, säger Glen.

Förekomsten av väte, i synnerhet, var ett tecken på att en kemisk reaktion mellan de heta stenarna och salt vatten på botten av havet av Enceladus bryta vatten i väte och syre. Kroppen storleken av Enceladus bör normalt inte har märkbar väteinnehåll, eftersom detta element är mycket lätt och liten kropp var att flyga i rymden för länge sedan. Därför vätgas av Enceladus bör på något sätt ständigt uppdaterad, troligen i samband med reaktioner av vatten och varma klippor. När vi hittar väte, kan vi dra slutsatsen att den kemiska energi som finns och en hel del av det, och det är samma energi som organismer i djupet av markanvändning för boende och mat.

Methanogens, en typ av gamla bakterier som finns runt hydrotermiska ventiler på Jorden — kombinera vätgas med koldioxid, och i processen av denna reaktion som frigör energi och metan som en biprodukt. Enkla organismer som dessa var de första som bebodde Jordens oceaner. Även nu, efter miljarder år efter dess införande, den methanogens leva oberoende av solljus och ta deras plats i en märklig livsmedelskedjan som upprätthåller den ekosystem av röret maskar och jättemusslor.

Kan någon form av liv är mer komplex än en bakterie, för att förekomma på Enceladus, Europa eller bekymmersfri i djupet av vissa andra månens hav? "I dessa hav under ytan kan finnas liv, men källor av energi för att upprätthålla liv är mycket mer komplexa organismer, som behöver mer mat kan inte vara tillgängliga, säger Shostak. "Vi kan inte säga att det inte kunde ske — kamrater var det, för 4,5 miljarder år gammal, så flercelliga saker det kan vara, men någon tonfisk — knappast."

Det Enda sättet att besvara denna fråga är att besöka dessa världar. NASA har godkänt uppdrag, Europa Clipper, som kommer att börja på 2024 och kommer att nå Jupiter år 2030. Rymdfarkosten kommer att resa runt i Europa för 45 gånger, kom till hennes isiga yta till 30 kilometer. Framtida uppdrag som faktiskt kommer att sitta på Europa, Enceladus eller Titan, kommer att hitta ett komplex av aminosyror och andra biomolekyler som produceras av levande varelser.

Har endast ett exempel, vår egen värld — det är omöjligt att säga om de bor i en ganska vanlig eller otroligt kosmiskt sett sällsynta. "Jag brukar tänka att eftersom den fossila eller kemiska bevis för att livet går så långt tillbaka i tiden, livet dök upp ganska snabbt, säger Glen. "Och människor tror att om du är snabb, så enkelt."

En Lätt, svårt eller någonstans i mellan — spelar ingen roll. Nu vet vi en sak: om liv behöver vatten, vatten i bulk i Universum. Denna del av ekvationen för att söka efter liv har redan varit löst slutligen och oåterkalleligen.