Astrobiológia9

Hľadanie života v Slnečnej sústave:

Mars

Európa

Enceladus

Triton, Titán a ostatné telesá RNDr. Tomáš Paulech, PhD.KAFZM, FMFI UK

Slnečná sústava z pohľadu Astrobiológie

Teleso Význam Popis

Merkúr -1 Pravdepodobne nikdy neobývateľný. Žiadna voda, výrazne mimo obyv.zóny

Venuša -1 Veľmi pravdepodobne bez oceánu a života (viď ďalej)

Zem +1 Jediný známy život

Mars +1 Najlepší kandidát spomedzi planét (viď ďalej)Magnetické pole nemá (v minulosti áno)

Jupiter, Saturn, Urán, Neptún

0 Život by bol veľmi odlišný od pozemského (trvalé vznášanie sa v atmosfére)

Mesiace obrov +1 Veľmi vhodné podmienky mimo obývateľnej zóny (viď ďalej)Hlavní kandidáti: Európa, Enceladus, Titan, Triton,...

Iné (kométy, asteroidy...)

0 Organické látky – misia CAESAR/NASA

Venuša – obyvateľnosť

• Historicky:• Do 1.pol. 20.stor. oblaky považované za H20• V skutočnosti vysoký obsah H2SO4 v oblakoch (vysoké albedo

zabraňuje ešte teplejšej planéte)• Povrch s teplotou cca 460°C (740K)

• dnes určite neobývateľný• zrejme nikdy žiaden oceán (pri danom tlaku kvap. voda len pod

650K, voda len ako para)• mladý povrch(300-600 Ma) – náhle litosphere resurfacing

udalosti? = žiadne geologické dôkazy dávnej minulosti• Hustá atmosféra

• Zloženie hlavne CO2,N2, málo H2O • tlak=92 atm.• Runaway greenhouse – únik možného oceánu disociáciou vody (aj

kvôli absencii magnet. poľa a väčšiemu UV zo Slnka)• oceán s objemom pozemského by sa vyparil za rádovo 108 rokov

Venuša, Zem, Mars – atmosféry

Astrobiology primer v.2, p.588

Mars – obyvateľnosť (Noachian, Hesperian)

• Noachian (4.5-3.7 Ga)▫ Teplá a vlhká klíma, najvhodnejšie obdobie pre život na

povrchu▫ Pravdepodobne tekutá voda na povrchu

vodou erodované horniny, riečna sieť fylosilikáty – vrstvené minerály (aj íly) Depozity s obsahom solí v údoliach – sedimentácia vo vode Minerály jarosit, hematit (Opportunity rover)

▫ Magnetosféra (podľa zvyškového magnetizmu hornín)

• Hesperian (3.7-3.0 Ga)▫ Zmena klímy, okyslenie vôd (reakcia s SO2 z vulkanizmu –

sulfátové sedimenty)▫ Strata magnetosféry▫ Chladnejšie a suchšie prostredie na povrchu

Mars – obyvateľnosť (Amazonian)

• Amazonian (3.0 Ga– dnes)▫ Povrch:

Minimum tekutej vody (iba krátke incidenty jej tekutého stavu, nízky tlak na kvapalnú fázu H2O)

nechránený pred UV a sln. vetrom+kozm. žiarením Vysoká salinita a silné oxidanty (perchloráty-soli kys. chloristej)

▫ Pod povrchom: Ochrana - stačí 1mm na UV a 1m horniny na časticové žiarenie

▫ Indície súčasnej/sezónnej/nedávnej tekutej vody „Recurring slope lineae“– opakovane roztopené podpovrchové

na ľad a soli bohaté oblasti Soľné roztoky (brine) – indikátory podpovrchovej vody Kanály na svahoch vulkánov 2018 – Mars Express - radarové pozorovania tekutej vody pod

ľadom južnej polárnej čiapky (Planum Australe, 2012-2015) „We interpret this feature as a stable body of liquid water on

Mars“

Mars – Mount Sharp (Gale crater), MSL/Curiosity

Mars – Metán v atmosfére (cieľ EM/TGO)

• Nebiologické zdroje:

▫ spiaci vulkanizmus (aktívny pred 10-30 Ma)

▫ Rozmrzanie „permafrostu“ + uvoľnenie plynu

▫ serpentinizácia hornín?

• Biologické zdroje?

• NASA/Curiosity (Tunable Laser Spectrometer)–nepotvrdil prvé náznaky metánu na Marse, TGO ich môže potvrdiť

Venuša, Zem, Mars – geologické epochy

• Astrobiology primer v.2, p.599

Mars – recurring slope lineae (RSL)

Mars vs Chile

...nodular and digitate silica structures at El Tatio(hot springs @Chile) that most closely resemble those on Mars include complex sedimentary structures produced by a combination of biotic and abiotic processes...

Podľa space.com (http://www.space.com/34795-mars-life-nasa-spirit-rover.htm)

Marťanský meteorit Nakhla @Natural history museum, London

Marťanský meteorit Tissint @Natural history museum, London

Planetary protection - kontaminácia• back contamination

▫ prinesenie mikroorganizmov na Zem (karanténa - od projektu Apollo)

• forward contamination▫ zanesenie života mimo Zem (aj rekontaminácia vzoriek)

• Metódy :▫ Zostavenie v clean rooms (nechtiac „šľachtenie“ odolných kmeňov)▫ Monitorovanie mikroogranizmov na sonde – bioburden (PCR, ATP bioluminiscence)▫ Sterilizovanie povrchu chemikáliami▫ Sterilizácia gama žiarením▫ Sterilizácia suchým teplom▫ Sterilizácia peroxidom vodíka+plazmou

• COSPAR – committee on Space Research – kategorizácia projektov z hľadiska rizika kontaminácie

Európa

Vodné svety v rámci Slnečnej sústavy

Európa @Jupiter• Základné údaje:

▫ najmenší z Galileiho mesiacov (objav 1610)▫ priemer: 3100 km– o niečo menší ako Mesiac▫ obežná doba: 3,5 dňa▫ viazaná rotácia k Jupiteru a v rezonancii s ostatnými mesiacmi▫ Významné slapové efekty, eliptická dráha

• Flybys▫ Voyager 1,2 – 1979 – prvýkrát vidno ľadovy povrch a praskliny v ňom▫ Galileo (1995-2003)´- väčšina významných zistení▫ New Horizons - 2007

• Povrch▫ ľad hrubý rádovo 10km▫ veľmi málo kráterov = veľmi mladý, pretváraný povrch▫ žiarenie z Jupitera vytvára oxidujúce zlúčeniny na povrchu – môžu byť recyklované do oceánu + redox reakcie▫ tmavé čiary na povrchu – teplé prúdy zdola narúšajú ľad (Keck Obs., Hawaii, október 2015)▫ teleso mesiaca rotuje rýchlejšie ako ľad nad ním - usudzujeme na to z tvaru štruktúr povrchu▫ Výtrysky hmoty ako Enceladus (HST 2014-2016) !

• Oceán ▫ Galileo - elmag pole je indukované vodivým materiálom do 200 km pod povrchom – slaný oceán▫ Kvapalná fáza vďaka slapovému pôsobeniu Jupitera a okolitých mesiacov▫ oceán hlboký cca 100km a 2-3x objemnejší ako pozemský (chemickým zložením možno podobný Zemi – Hand et al.,

máj 2016)▫ Interakcia s horninou pod ním – hydrotermálne pramene/Serpentinizácia?▫ Prostredie pre psychrofily/piezofily

• planovaná sonda ESA – JUICE (jupiter icy moons explorer)• 2016 – JUNO mission – výskum atmosféry J.

Výtrysky na Europe

Enceladus

Enceladus @ Saturn• Základné údaje

▫ ľadový povrch, -200°C, extrémne vysoké albedo▫ priemer : 500km , oveľa menší ako Mesiac▫ Posiaty krátermi, geologicky mladý a aktívny▫ nachádza sa v najhustejšom prstenci E Saturnu – dopĺňanie materiálu do prstenca (Cassini-Huygens)

• Povrch▫ krátery erodujú – aktívny povrch▫ tiger stripes – len asi 500.000 rokov staré pásy

zdá sa, že majú odlišné zloženie ako zvyšok mesiaca hrubé zrná ľadu, organické látky

• Pod ľadovým povrchom pravdepodobne oceán vody▫ Detekovaný taktiež poruchami magnetosféry Saturnu+librácie▫ Hĺbka cca 26-31 km▫ 3 dôležité faktory pre život: tekutá voda, energetický gradient, komplexné molekuly (serpentinizácia na styku vody a

podložia?)

• Výtrysky hmoty v okolí južného pólu1

▫ gravitácia Saturna a rádioaktivita jadra zahrieva ľad▫ vytvárajú sa bloky slanej vody a zvyšuje sa tlak▫ Únik vody zlomami na povrch▫ Cassini – zmerané zloženie výtryskov:

voda, metán, CO2, organické zlúčeniny, etán, amoniak, soli (NaCl)...

Kremičité zrná – môžný pôvod v hydrotermálnych prameňoch na dne

• Flybys▫ 1981 – Voyager 1,2 – prvé zábery, jasný povrch, málo kráterov▫ 2004 – Cassini – pozorovanie a prelet cez oblasť výtryskov z južného pólu▫ NASA+ESA – plánované misie

Cca 2030 – EnceladusLifeFinder, NASA

Enceladus- výtrysky plynov spod ľadového povrchu

Titan – hmlistá atmosféra z Tolínov tvoriacich sa cca 1000km nad povrchom

Titan @ Saturn

• najväčší mesiac Saturna- priemer 5150km▫ kamenné jadro zo silikátov - cca 2000km priemer

▫ Atmosféra: 98% N2, 2% CH4, O2 absentuje bohatá na organické molekuly (uracil, glycín,...)1

Atmosféra z aerosolov Tholinov–hmlistá

• Voyager1+2 flyby 1980s (pozorovaná hmlistá atmosféra)• Cassini+Huygens (2004-2017)

▫ prvé obrázky z povrchu▫ detailné radarové mapy▫ Huygens – mäkké pristátie na Titane

• Možné habitaty:▫ V kvapalnom oceáne v telese Titanu – podľa modelov možná prítomnosť vodného oceánu v

telese – stovky km pod povrchom, slapy Saturnu - ohrev

▫ V moriach metánu a etánu na povrchu pri cca -180°C Jediné mimozemské známe teleso s dokázanou prítomnosťou stabilnej kvapaliny na

povrchu Kraken Mare – 1100 km široké Moria a jazerá (30-50km široké) prevažne na severnej hemisfére

Titan – radarová mapa sondy Cassini

Titan – Ligeia Mare - radarové snímky sondy Cassini, vývoj neobjasnených štruktúr

Titan – Oblak kyanidu nad južným pólom

Tritón, Ganymedes, ostatné

• Triton @Neptún▫ Priemer 2700 km▫ Retrográdna dráha (zachytené teleso?)▫ ľadový povrch: metán, dusík, CO, CO2...▫ mladý povrch, nie tak aktívny ako Európa▫ aktívna geológia – N2 gejzíry cez praskliny (Voyager 2)▫ pod povrchom je možný kvapalný oceán (vnútorné teplo) – avšak

bez kontaktu s podložím

• Ganymedes @Jupiter▫ podpovrchový oceán?▫ na povrchu ľadova vrstva

• TNOs – možný výskyt vody a rádioaktivitou zohrievané telesá (Pluto-New Horizons, 2015)

• Ceres (sonda Dawn, 2015) – možný podpovrchový oceán• Meteority - meteorit ALH84001- 1996 Science mag.

(1984, Allan Hills, Antarktida)

Tritón Neptúna a Ganymedes Jupitera

Zdroj: New Scientist

Diskusia, zdroje

• Mars-sedimenty: http://www.nasa.gov/mission_pages/msl/news/msl20130312.html#.VAy1jPl_uSr

• http://www.nytimes.com/2014/12/09/science/-stronger-signs-of-life-on-mars.html?_r=0

• Mars – metanove nehomogenity:

▫ http://www.sciencemag.org/content/early/2014/12/15/science.1261713.abstract

▫ http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=4413

▫ https://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2014/16dec_methanespike

• 8 – Tečúca voda na Marse: http://www.nature.com/ngeo/journal/v8/n11/full/ngeo2546.html

• Curiosity- Organicke molekuly na Marse: https://www.nasa.gov/press-release/nasa-finds-ancient-organic-material-mysterious-methane-on-mars

• Uracil a glycín na povrchu Titánu: http://adsabs.harvard.edu/abs/2012DPS....4420102C

• Titan a prebiotické podmienky: http://www.space.com/27880-saturn-moon-titan-origin-life.html?adbid=10152480711606466&adbpl=fb&adbpr=17610706465&cmpid=514630_20141201_36500207

• Vznikol Titan samostatne a nie pri akrécii Saturnu?: http://www.astrobio.net/topic/solar-system/saturn/titan/titan-greenhouse-and-anti-greenhouse/

• Titan- meniace sa pobrežia mora a bubliny dusíka: https://www.universetoday.com/135111/bubbly-streams-titan/

• New Horizons mission: http://pluto.jhuapl.edu/mission/missionDesign.php

• New Horizons goals: https://d396qusza40orc.cloudfront.net/emergenceoflife/images/hw8/The%20First%20Mission%20to%20Pluto%20and%20the%20Kuiper%20Belt_Exploring%20Frontier%20Worlds.pdf

• Rosetta Philae: http://phys.org/news/2014-11-rosetta-lander.html#jCp

• Prebiotic= podmienky na Titáne: http://www.spaceflightinsider.com/missions/solar-system/data-from-huygens-lander-suggest-prebiotic-conditions-on-titan/

• 1 – porovnaj „Hidden depths“, New Scientists, 13. august 2016

• 2 - Voda pod povrchom/ľadom na Marse: http://science.sciencemag.org/content/early/2018/07/24/science.aar7268

• 3 - Misia Caesar – sample return mission to 57P C-G

• Vodne svety v SS a dalej - https://aeon.co/essays/in-a-galaxy-awash-in-water-do-any-other-worlds-have-just-enough

• Zdroje obrázkov:

▫ Europa: http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA19048

▫ Titan: http://www.space.com/27880-saturn-moon-titan-origin-life.html?adbid=10152480711606466&adbpl=fb&adbpr=17610706465&cmpid=514630_20141201_36500207

▫ Titan Ligeia Mare: http://www.astrobio.net/topic/solar-system/saturn/titan/cassini-watches-mysterious-feature-evolve-titan-sea/

▫ Titan – kyanid: http://www.space.com/27310-cyanide-cloud-saturn-moon-titan.html?cmpid=514648

▫ Oceány mesiacov a planét: https://www.newscientist.com/article/mg22429930-600-weird-wet-worlds-why-earth-is-lucky-to-have-oceans/?utm_campaign=Echobox&utm_medium=Social&utm_source=Twitter#link_time=1490197885

Historické míľniky – AB prieskum planét• 1970s - Voyager 1+2 – zlaté plakety a platne + praskliny v ľade Europy@Jup• 1976 - Viking landers 1+2 (pokusy o meranie biologickej aktivity)• 1996 - Mars Global Surveyor (kompletná kartografia povrchu)

Mars Pathfinder (1. rover na Marse)• 2003 - Mars Express

▫ Mars Exploration Rovers (Spirit+Opportunity – hľadanie vody)▫ Beagle 2 (UK, 2003) – tiež na palube MarsExpress, zničený pri pristátí

• 2004-2017: Cassini-Huygens, Saturn orbit + Titan atmosphere • 2008 - Phoenix lander- polárna oblasť• 2008 - EXPOSE (@ISS)• 2012 Mars Science Laboratory (Curiosity rover) – dedikovaná AB misia• 2014-2016: Rosetta/Philae, Comet Churyumov-Gerasimenko• 2015-2018 - Tanpopo (Kibo module@ISS)• 2016 – ExoMars (ESA) +TGO , Schiaparelli lander– stroskotal

• 2020 - ExoMars rover (ESA)• 2020 - Mars 2020 (NASA)• 2025 - Europa Clipper (NASA)

• Life marker chip – antigény hlavných biomolekúl pre detekciu mimo Zeme• Koncepty: Icebreaker Life , Journey to Enceladus and Titan (JET) , Enceladus Life Finder

(ELF) , Life Investigation For Enceladus (LIFE), Oceanus , Explorer of Enceladus and Titan(E2T)

Mars - misie relevantné pre AB• Minulosť

▫ Viking 1976 – prvé foto z povrchu, hľadanie známok života – nepotvrdená prítomnosť života labelled release (rádioaktívne označkovanie výživy pre možné mikroorganizmy) – 1 nepotvrdený pozitívny výsledok

gas exchange (bioplyny metan, CO2 a pod.)

Pyrolytic release (radioaktivne označený CO2 do pôdy – autotrofné mikróby by ho metabolizovali, potom by bunkyspalili )

• Súčasnosť▫ 2004-dnes: Mars Exploration Rover – Oportunity (Spirit †2010)▫ Mars Express – detekcia kvapalnej vody pod ľadovou čiapkou ( z pozorovaní 2012-2015) 2

▫ Mars Odyssey▫ Mars Reconnaissance Orbiter▫ Mars Orbiter Mission (India)▫ MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN) - študuje hornú atmosféru a jej únik▫ NASA Mars Science Laboratory+Curiosity rover

Už detekované: metán!, dusík, tečúca voda, dno jazera-sedimenty, evolúcia atmosféry pomocou D/H)

SAM – sample analysis Mars package na Curiosity

▫ ESA Exo Mars – TGO▫ Simulované misie na Mars: Mars Desert Research Station

• Budúcnosť▫ 5.12.2014 – nosič Orion schopný dopraviť posádku na Mars▫ 2018: NASA In Sight mission – geofyzikálne merania landerom▫ 2020: ESA Exo Mars - rover▫ NASA - Planetary Science Decadal Survey 2013-2022 (Flagship - New Frontiers - Discovery) – aj sample

return missions▫ ESA - Cosmic Visions 2015-2025▫ Pokusy o terraforming Marsu

Exo Mars

• ExoMars (ESA+Roscosmos)

▫ TGO – Trace gas orbiter

ACS+NOMAD – 6 spektrometrov - stopové množstvá atm. plynov (metán...)

FREND – detekcia vodíka (podpovrchová voda do 1m) – hľadaná korelácia s plynmi

▫ Schiaparelli – pristávací modul – príprava na rover v r.2020

separácia 16.10.2016, (ne)pristátie 19.10.2016