Ślady życia na Wenus? Przełomowe odkrycie naukowców

Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie naukowym "Nature Astronomy", poinformowało o nich także Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO). Dodatkowa publikacja ukaże się wkrótce na łamach "Astrobiology".

W pracach zespołu badawczego brał udział polski naukowiec pracujący w Stanach Zjednoczonych - dr Janusz Pętkowski z Massachusetts Institute of Technology (MIT). Polak, który jest astrobiologiem, był odpowiedzialny (wspólnie z Williamem Bainsem, biochemikiem z MIT) za analizę wszystkich możliwych procesów fizycznych i chemicznych, które mogłyby potencjalnie prowadzić do produkcji fosforowodoru na Wenus. Takich procesów mogących produkować fosforowodór na Wenus nie znaleziono.

Fosforowodór występuje w wenusjańskich chmurach w koncentracji około 20 cząsteczek na miliard. Po wykonaniu obserwacji naukowcy przeprowadzili obliczenia, aby sprawdzić, czy takie ilości mogą pochodzić z naturalnych niebiologicznych procesów na planecie. Potencjalne możliwości obejmowały światło słoneczne, minerały wyrzucane w górę z powierzchni, wulkany lub błyskawice, ale żadna z tych opcji nie jest w stanie wytworzyć wystarczająco dużo fosforowodoru. Ustalono, iż procesy niebiologiczne mogą być odpowiedzialne za najwyżej jedną tysięczną ilości fosforowodoru dostrzeżonej przez teleskopy.

I właśnie to rodzi sensacyjną możliwość: czy źródłem fosforowodoru mogą być jakieś organizmy biologiczne występujące w chmurach na Wenus? Na Ziemi gaz ten jest wytwarzany jedynie przemysłowo oraz przez mikroby, które rozwijają się w środowisku beztlenowym. Aby wytworzyć zaobserwowaną na Wenus ilość fosforowodoru, ziemskie organizmy wytwarzające ten związek musiałyby pracować na około 10 proc. swojej maksymalnej wydajności.

- Gdy uzyskaliśmy pierwsze wskazówki dotyczące fosforowodoru w widmie Wenus, było to szokiem! - powiedziała kierująca zespołem Jane Greaves z Cardiff University w Wielkiej Brytanii, która pierwsza dostrzegła oznaki fosforowodoru w obserwacjach prowadzonych przy pomocy James Clerk Maxwell Telescope (JCMT).

Jednak - jak podkreślają naukowcy - odkrycie nie oznacza automatycznie, że znaleziono obce życie na planecie Wenus.

- Odkrycie śladów fosforowodoru nie jest ostatecznym dowodem na istnienie życia pozaziemskiego. Taki dowód uzyskamy, gdy wyślemy statek kosmiczny na Wenus, "złapiemy" życie, a następnie zobaczymy je gołym okiem lub pod mikroskopem. Niezależnie jednak od tego, czy fosforowodór jest sygnałem życia czy nie, wykrycie tego gazu na Wenus jest odkryciem niezwykłym i oznacza przełom w badaniach nad planetami skalistymi typu ziemskiego, które znajdują się w naszym Układzie Słonecznym - wyjaśnia dr Pętkowski.

Badacze są pewni swoich rezultatów. Do potwierdzenia wyników wykorzystano sieć radioteleskopów Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) w Chile, której europejskim partnerem jest Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO), do którego z kolei należy Polska. W obserwacjach uczestniczyło 45 anten ALMA, analizowano fale o długości około 1 milimetra. W trakcie obserwacji warunki pogodowe były bardzo dobre, a Wenus była usytuowana pod odpowiednim kątem. Chociaż analiza danych była pewnym wyzwaniem - ALMA zazwyczaj nie szuka tak subtelnych sygnałów w aż tak jasnych obiektach jak Wenus - ale ostatecznie udało się potwierdzić, że zarówno JCMT, jak i ALMA widzą to samo: słabą absorpcję od fosforowodoru w formie gazowej.

Jeżeli w chmurach Wenus faktycznie żyją jakieś drobnoustroje, rodzi to pytanie, w jaki sposób są zdolne tam przetrwać. O ile w wysokich chmurach w atmosferze Wenus panuje temperatura około 30 stopni Celsjusza, to ich skład chemiczny jest zupełnie inny niż chmur ziemskich. Na Wenus chmury nie składają się z kropelek ciekłej wody, lecz z kropel ciekłego stężonego kwasu siarkowego z bardzo niewielkimi śladami wody. Otoczenie jest niesamowicie kwaśne, w około 90 proc. jest to kwas siarkowy. Dla porównania, na Ziemi znamy mikroby radzące sobie z około 5 proc. zawartością kwasu w otoczeniu.

Agencje kosmiczne rozważają od jakiegoś czasu nowe misje bezzałogowych sond do Wenus. Na przykład NASA ma dwie takie propozycje: Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble gas, Chemistry, Imaging Plus (DAVINCI+) oraz Venus Emissivity, Radio Science, InSAR, Topography, and Spectroscopy (VERITAS). Jednak, jak tłumaczy dr Pętkowski, do bezpośredniego szukania życia w chmurach Wenus potrzeba by było raczej dedykowanej misji, specjalnie zaprojektowanej do tego celu.

Przeczytaj też wywiad z dr Januszem Pętkowskim, astrobiologiem z Massachusetts Institute of Technology.***Co państwo właśnie ogłaszają światu?

Dr Janusz Pętkowski, astrobiolog z grupy badawczej prof. Sary Seager w Massachusetts Institute of Technology: - Zespół naukowców pod przewodnictwem Jane Greaves z Uniwersytetu w Cardiff - w tym również ja - odkryliśmy obecność fosforowodoru, zwanego też fosfiną, w atmosferze planety Wenus. A dokładniej w chmurach, na wysokości około 55 km nad powierzchnią tej planety. Badania ukazały się w "Nature Astronomy".

Co to jest fosforowodór?

- To gaz, w którego skład wchodzi atom fosforu i trzy atomy wodoru (PH3). Odkrycie tego związku w chmurach Wenus jest o tyle nieoczekiwane, że na chwilę obecną nie znamy procesów, które by wytwarzały ten gaz - np. w procesach geologicznych albo w atmosferze - na planetach skalistych, takich jak Wenus czy Ziemia. Wiadomo za to, że na Ziemi fosforowodór jest produkowany wyłącznie przez życie lub jest wytwarzany w procesach przemysłowych.

Gdzie na Ziemi powstaje fosforowodór?

- Wytwarzają go beztlenowe organizmy, które żyją w środowisku całkowicie pozbawionym tlenu: na bagnach, mokradłach, czy nawet we wnętrzu naszego układu pokarmowego. Fosforowodór jest również produktem procesów przemysłowych.

Co więc oznacza odkrycie fosforowodoru na Wenus?

- Są dwie możliwości. Albo na Wenus dochodzi do produkcji fosforowodoru w wyniku kompletnie nieznanych nam procesów fizycznych, chemicznych, geologicznych czy fotochemicznych. Albo mamy do czynienia z tym, że ewentualnie w chmurach Wenus istnieje jakieś życie. Oba te warianty są nieprawdopodobne! Albo nie rozumiemy chemii planet skalistych, albo mamy pierwszą potencjalną sugestię, że na tej sąsiadującej z Ziemią planecie możliwe jest życie.

Czy to znaczy, że odkryli państwo życie w chmurach Wenus?

- Nie, to nie jest ostateczny dowód na istnienie życia. Ale to sugestia, że w atmosferze naszej sąsiedniej planety istnieją procesy, których nie rozumiemy. Jedną z możliwych hipotez na wyjaśnienie tych procesów jest życie.

Co właściwie zakłada hipoteza, którą państwo prezentujecie? Że w chmurach Wenus unoszą się jakieś mikoorganizmy?

- Jeśli nawet założymy, że fosforowodór ma związek z obecnością życia, to na razie i tak nie moglibyśmy powiedzieć, jak to życie wygląda i czym ono jest. Wykryliśmy tylko ewentualny produkt metabolizmu organizmów żywych. Jeśli okaże się, że to życie, to ono musi funkcjonować wyłącznie w atmosferze, w chmurach, pewnie bez kontaktu z powierzchnią planety, która jest za gorąca. Temperatura powierzchni planety to około 465 stopni Celsjusza. Ale jak miałoby funkcjonować takie życie i czy to są mikroorganizmy - nie wiadomo. Jedyną możliwością, żeby to sprawdzić, jest polecieć na Wenus i zbadać próbki z chmur.

Niech pan opowie o tych wenusjańskich chmurach!

- Na Ziemi chmury składają się z wody. A skład chmur na Wenus to w 85 proc. kwas siarkowy i w 15 proc. woda.

Stężony kwas siarkowy? Oj!

- Tak, dla nas, Ziemian, to nie do pomyślenia. Nawet najbardziej ekstremofilne bakterie żyjące na Ziemi by sobie w takim środowisku nie poradziły. Kwas siarkowy to jednak rozpuszczalnik, ciecz. A obecność jakiejś cieczy jest niezbędna do tego, by życie mogło funkcjonować. Nie wiemy, czy jakieś życie jest w stanie funkcjonować w tak dużym stężeniu kwasu siarkowego.

Jeśli życie istnieje na Wenus, to biedne jest to życie...

- Jeżeli okaże się, że w chmurach Wenus jest życie, to musiałoby być życie kompletnie inne niż to, które znamy. W teorii jednak można by było zbudować biochemię kompatybilną z kwasem siarkowym. Można przecież sobie wyobrazić, że dla innych form życia nie do pomyślenia jest życie na Ziemi - przy tak dużej obecności tlenu, który wszystko utlenia. My się jednak dostosowaliśmy. Tlen nie jest naszym wrogiem, jakim był jeszcze trzy miliardy lat temu. A stał się dla nas koniecznością. Czy analogiczna sytuacja mogła mieć miejsce na Wenus, gdzie kwas siarkowy stał się niezbędny do życia? Nie wiadomo. Ale możemy się nad tym zastanawiać.

Ale skąd hipotetycznie - miałoby się wziąć życie w chmurach Wenus?

- Są modelowania klimatu Wenus, które sugerują, że Wenus przez miliardy lat wyglądała jak Ziemia. Miała np. oceany ciekłej wody, rzeki, jeziora. Około 700 mln lat temu doszło tam jednak do kataklizmu, który sprawił, że Wenus zmieniła się w "piekielną planetę", jaką teraz znamy. Jest pytanie, czy jakieś życie mogło przetrwać ten kataklizm. A akurat w chmurach - przynajmniej pod względem temperatury - życie mogłoby sobie poradzić. W chmurach Wenus - na wysokości 55 km - temperatury wynoszą między 20 a 60 stopni Celsjusza, a więc o wiele łatwiej byłoby tam przetrwać.

Może zatem fosforowodór to ślady po życiu, które istniało na Wenus miliony lat temu?

- Nie, fosforowodór jest reaktywnym gazem, jest niszczony fotochemicznie w atmosferze. Fakt, że on tam istnieje, oznacza, że teraz musi zachodzić tam proces, który ciągle go produkuje. Fosforowodór musi być więc stale uzupełniany w atmosferze planety.

Czy fosforowodór jest równomiernie rozłożony w atmosferze? Czy może znaleziono go w jakimś konkretnym obszarze Wenus?

- Obecność fosforowodoru potwierdziły obserwacje dwóch teleskopów: teleskopu JCMT na Hawajach i teleskopu ALMA w Chile. JCMT był w stanie określić, na jakiej wysokości w chmurach występował gaz, a ALMA dodatkowo określiła, że fosfina jest obecna w pasie geograficznie analogicznym do naszych szerokości geograficznych klimatu umiarkowanego. Gaz więc nie powstaje na biegunach Wenus. Nie znamy powodów takiego rozłożenia fosfiny w atmosferze Wenus. Można więc sobie wyobrazić, że jeśli w tamtejszych chmurach jest życie, to preferuje ono z jakiegoś powodu funkcjonowanie w umiarkowanych szerokościach geograficznych.

Fosforowodór ma prosty wzór chemiczny PH3... To nie brzmi jak skomplikowany w produkcji związek chemiczny.

- Tylko na pierwszy rzut oka. Ten gaz był już wcześniej odkryty na Jowiszu i Saturnie. To jednak olbrzymie gazowe planety. I są tam są trzy warunki, które ułatwiają powstawanie fosfiny: wysokie ciśnienie, wysoka temperatura i bardzo duże ilości wodoru. A to warunki, które nie występują jednocześnie na planetach takich, jak Wenus i Ziemia. Nie mamy pojęcia, jak fosforowodór mógłby na takich planetach skalistych powstać. Na Ziemi jest on produkowany przez życie. Czy jest tak też na Wenus? Nie wiemy.

Specjalnie szukali państwo fosforowodoru, czy przypadkiem go państwo znaleźli?

- My na MIT zajmowaliśmy się fosforowodorem od kilku lat. Badaliśmy jego właściwości i zastanawialiśmy się, jak go wykrywać na planetach daleko od nas. Nawet nie przypuszczaliśmy, że gaz ten może być tak blisko nas - na sąsiedniej planecie. A z kolei Jane Greaves szukała w obiektach Układu Słonecznego gazów, które nie pasowałyby do tamtejszej chemii i mogłyby być sygnałem życia. Jednym z nich był właśnie fosforowodór. Jane Greaves wycelowała teleskop w Wenus i okazało się, fosfina tam jest. Nasze grupy połączyły siły i dzięki temu mogliśmy przedstawić hipotezy dotyczące obecności fosforowodoru.

Czy już wcześniej pojawiały się przypuszczenia, że na Wenus może być życie?

- Odkrycie fosfiny dodaje kolejną tajemnicę do listy tajemnic tej planety. Pierwsza tajemnica jest taka, że być może planeta ta przez miliardy lat wyglądała kiedyś jak Ziemia. Drugą tajemnicą jest to, co wiadomo od lat - że w chmurach Wenus jest związek chemiczny, który pochłania 50 proc. promieniowania UV, które pada na planetę. Nikt nie wie, co to za związek blokuje światło. Ludzie zaczęli nawet spekulować, że to może jakiś pigment potrzebny do prowadzenia fotosyntezy w chmurach. Tego ciągle nie wiadomo. A teraz do listy tajemnic Wenus dochodzi jeszcze tajemnica pochodzenia fosforowodoru (to nie on pochłania promieniowanie UV). To lista tajemnic, które sugerują, że Wenus może być ciągle siedliskiem życia.

No to chyba warto będzie wysłać sondę, która zbada możliwość życia w superkwaśnych chmurach Wenus.

- To konieczne. Bez tego nie będziemy w stanie potwierdzić, skąd fosforowodór bierze się w atmosferze Wenus. Czy to geologia, czy to może życie. Jeśli jednak chcemy badać Wenus, ważna jest ochrona planetarna. Nie chcemy przy okazji badań zawlec na Wenus życia z Ziemi. Ani przypadkiem przewieźć na Ziemię życia z Wenus.