Читать книгу Życie i ewolucja biosfery - January Weiner - Страница 30

Nawet w naszym Układzie Słonecznym, na planetach i planetoidach, które powstały jednocześnie z tej samej chmury materii międzygwiezdnej, panują skrajnie zróżnicowane warunki (ramka 2.2). Obok martwych, nagich, skalistych brył Merkurego, ziemskiego Księżyca i planetoid, pokrytych bliznami po uderzeniach meteorów, krąży wokół Słońca tajemnicza planeta Wenus, najbardziej podobna do Ziemi, spowita gęstą atmosferą złożoną z dwutlenku węgla i azotu, w której unoszą się deszczowe i burzowe chmury kwasu siarkowego. Na powierzchni Wenus temperatura wynosi 475°C, a ciśnienie jest prawie 100 razy większe niż na powierzchni Ziemi.

Często wysuwano hipotezę, że życie mogło rozwijać się na Marsie — czwartej planecie naszego Układu, o połowę mniejszej od Ziemi. Mars jest dzisiaj zimny (temperatury od –90 do –30°C, wyjątkowo, być może, sięgające temperatury topnienia lodu). Atmosfera złożona z dwutlenku węgla (95%), azotu, argonu, śladów wody i tlenu jest ponad 100-krotnie rzadsza od ziemskiej. Powierzchnia planety, poryta kraterami i kanionami, zasypana rumoszem skalnym, składa się przede wszystkim ze związków żelaza. Bieguny pokrywają czapy z „mrożonej wody sodowej”: lodu i zestalonego dwutlenku węgla. Analizy przeprowadzone przez sondy kosmiczne nie wykryły na Marsie żadnych śladów życia. Ostatnio wysunięto jednak przypuszczenie, że warunki fizykochemiczne w głębi skorupy marsjańskiej mogą być podobne do warunków panujących w głębi skał skorupy ziemskiej, gdzie żyją bakterie chemosyntetyzujące.

Amerykańska sonda Curiosity, której misją było sprawdzenie, czy na Marsie mogło istnieć życie, po wylądowaniu na Marsie w 2012 roku dokonała analizy marsjańskiego gruntu; wyniki potwierdziły przypuszczenie, że na powierzchni Marsa występowały morza, rzeki i jeziora. Udokumentowana została obecność pierwiastków niezbędnych do życia (węgiel, fosfor, azot, siarka, wodór i tlen), kilkucentymetrowy odwiert ujawnił istnienie gradientu redoks minerałów (utlenione na powierzchni, zredukowane pod powierzchnią) — ziemskie mikroorganizmy wykorzystują taki gradient utlenienia jako źródło energii.

Kolejna sonda InSight wylądowała na Marsie w listopadzie 2018 roku, w jej programie — prócz badań geofizycznych — jest również odwiert na głębokość kilku metrów, co może przynieść więcej danych na temat możliwości istnienia życia na tej planecie.

Dalsze planety, wielokrotnie większe od Ziemi lub Wenus, mają skład chemiczny i warunki fizyczne w ogóle trudne do opisania w kategoriach, do jakich przyzwyczajeni jesteśmy na Ziemi (ramka 2.2). Atmosfera Jowisza składa się z wodoru, helu, amoniaku, metanu i wody. Powierzchnię planety pokrywa ciekły wodór, a w jej wnętrzu, pod olbrzymim ciśnieniem, wodór przechodzi w płynny stan metaliczny. Podobnie Saturn, Uran i Neptun są ogromnymi wirującymi kulami z gazu (wodór, hel, metan i in.), w których wnętrzu panuje gigantyczne ciśnienie i temperatura.

Ramka 2.2. Porównanie warunków na planetach Układu Słonecznego

Nazwa planetyWielka półoś [AU]1Okres obiegu [lata]Okres obrotuNachylenie równika do płaszczyzny orbityPromień równikowy [km]Średnia gęstość [g × cm3]Dochodząca energia promieniowania (Ziemia = 1)Merkury0,3870,24158d650°2 4405,506,68Wenus0,7230,615243d01 (wstecz)–2°6 0505,111,91Ziemia1,0001,00023h56m04s23,4°6 3785,521Mars1,5241,88124h37m23s24,0°3 3973,940,431Jowisz5,20311,8629h51m3,1°71 4001,330,037Saturn9,53929,45610h14m29°57 8000,700,011Uran19,19184,0717h24m (wstecz)98°27 9001,710,0022Neptun30,061164,8117h24m29°24 3001,770,0011Pluton*39,529248,536d38m94,3°1 1001,500,00061 AU [jednostka astronomiczna = wielka półoś orbity Ziemi] = 149,6 mln km.

Nazwa planetyŚrednia temperatura powierzchni [C°]Ciśnienie atmosferyczne [Pa]AtmosferaMerkury430 (dzień), –180 (noc)10–9H, He, O (ślady)Wenus4809 × 106CO2 (96,6%), N2 (3,2%), He, SO2, H2O, H2SO4, O2, H2 i in.Ziemia15 (zmienna)1 × 105N2 (78,1%), O2 (20,9%), Ar (0,9%), H2O (1%), CO2 (0,033%), CH4 i in.Mars–50 (zmienna)6 × 102CO2 (95%), N2 (2,7%), Ar (1,6%), H2O, O2 (0,15%) i in.Jowisz–130 (na pow. chmur)<1012H2 (89%), He (11%), CH4, NH3, H2O i in.Saturn–185 (na pow. chmur)1,4 × 105H2 (96,3%), He (3,25%), CH4 (0,45%) NH3 i in.Uran–200 (na pow. chmur)<1,3 × 105H2 (83%), He (15%), CH4 (2,3%), NH3, H2ONeptun–200 (na pow. chmur)104H2 (80%), He (19%), CH4 (1,5%), NH3Pluton*–2301N2 (90 %), CO, CH4, H2O* Od 2006 r. uznawany za planetę karłowatą.

Niektóre z wielu księżyców olbrzymich planet, jak księżyc Saturna Tytan albo księżyce Jowisza: Ganimedes, Kallisto i Io, niewiele ustępują wielkością Marsowi czy Merkuremu — teoretycznie mogłyby na nich panować warunki nadające się do powstania życia. Te, które poznano dzięki sondom kosmicznym (zwłaszcza amerykańskim Voyagerom), charakteryzują się jednak warunkami mało interesującymi dla biologów: powierzchnię Tytana pokrywa gazowy, ciekły i stały metan (być może również inne związki organiczne) o temperaturze –180°C.

Sonda Cassini-Hugens (wspólne przedsięwzięcie europejsko-amerykańskie), wystrzelona w październiku 1997 roku, dotarła do Saturna i stała się jego sztucznym satelitą w roku 2004, pracowała aż do roku 2017. Dzięki niej poznano dokładnie nieprzystępne dla życia warunki na największym księżycu Saturna — Tytanie; zaskoczeniem okazały się odkrycia na niewielkim księżycu Enceladusie. Ten ostatni pokrywa lód, pod którego powierzchnią znajduje się ciekły ocean. Z lodowej powierzchni biją gejzery, próbnik Huygens wykrył obecność śladowych ilości prostych węglowodorów i związków azotu. Wraz z hipotezami o istnieniu zjawisk hydrotermalnych w głębi oceanu Enceladusa, odkrycia te dopuszczają możliwość, że warunki na tym księżycu Saturna mogłyby umożliwić istnienie życia.

Trzy z wielkich księżyców Jowisza nie stwarzają warunków dla istnienia życia: Io zbudowana jest z krzemu i siarki, ma atmosferę z dwutlenku siarki i czynny, siarkowy wulkanizm, podczas gdy Ganimedes i Kallisto są ogromnymi bryłami czystego lodu z krzemionkowym rdzeniem. Dzięki badaniom sondy kosmicznej Galileo, która od grudnia 1995 aż do roku 2003 znajdowała się na orbicie Jowisza, zbliżając się wielokrotnie do samej planety i jej satelitów — wiemy, że czwarty z „galileuszowych” księżyców Jowisza, Europa, pokryty jest grubą warstwą lodu, pod którą prawdopodobnie znajduje się ciekły ocean; obecne są również potrzebne do życia pierwiastki chemiczne, ale podobnie jak na Enceladusie — nie wiadomo, czy istnieje potencjalne źródło energii. Nie można jednak wykluczyć, iż panują tam warunki dopuszczające możliwość istnienia jakichś form życia.

W najbliższym sąsiedztwie w kosmosie życia nie wykryto, nie znajdujemy nawet warunków zbliżonych do ziemskich. Jakie czynniki wyróżniają Ziemię spośród innych ciał niebieskich? Które z nich miały wpływ na powstanie i ewolucję życia na Ziemi, a które zostały przez to życie ukształtowane?