Astronaujiena. Fosfinas Veneroje

Vakar paskelbta apie fosfino dujų atradimą Veneros atmosferoje. Tikrai labai įdomi žinia, tačiau ji būtų praslydusi pro žiniasklaidos akiratį, jei ne geras viešųjų ryšių atstovų darbas. Pranešime spaudai garsiai ištransliuota galimybė, kad dujos yra gyvybės požymis. O jei kalba pasisuka apie nežemišką gyvybę – ypač 2020 metais – žiniasklaida iškart suklūsta ir puola rašyti, kalbėti, spekuliuoti… Žinia pasigavę internetai ją dar dešimt kartų pagarsina ir netrukus jau visa infosfera gaudžia nuo gandų, baimių ir memų. Na, bent jau memai yra smagūs.

Negali žiniasklaidos kaltinti dėl tokios reakcijos, bet visgi ji dažnai būna perdėta. Šaltinis: internetai.

Pabandykime į atradimą pažvelgti truputį giliau: kas buvo atrasta, kuo tai įdomu, kaip siejasi su gyvybe, ką apskritai žinome apie Veneros tinkamumą gyvybei ir kada ten skris sekantis NASA (ar kurios kitos kosmoso agentūros) zondas.

Atradimas. Nature straipsnyje (laisvai prieinama versija – čia) paskelbta apie aiškų fosfino (cheminė formulė PH_3, t. y. vienas fosforas, susijungęs su trim vandeniliais) dujų signalą Veneros atmosferoje. Signalas aptiktas milimetrų ilgio bangų ruože; fosfino dujos gali sugerti tokio ilgio spinduliuotę, skleidžiamą žemesnių, tankesnių ir karštesnių Veneros atmosferos sluoksnių. Aptiktas signalas sklinda iš maždaug 56 kilometrų aukščio virš planetos paviršiaus. Jo stiprumas leidžia apskaičiuoti fosfino gausą: naudoti instrumentai turėtų būti jautrūs vos vienos-dalies-milijarde (part per billion, ppb) gausai, o Veneroje rasta 20 ppb. Tai gali atrodyti nedaug, tačiau, pavyzdžiui, Žemėje fosfino vidutiniškai randama gerokai mažiau nei 1 ppb, o 20 ppb dujos pasiekia tik kai kuriose mažai deguonies turinčiose terpėse, pvz. pelkėse.

Pirmasis fosfino atradimas padarytas dar 2017 metais, naudojantis James Clerk Maxwell teleskopu Havajuose. Norėdami patikrinti atradimo teisingumą, mokslininkai pakartojo stebėjimus 2019 metais, naudodami ALMA teleskopų masyvą Čilėje. Abiem atvejais gautas panašus rezultatas. Papildomam patirinimui mokslininkai pabandė užfiksuoti sunkaus vandens (HDO – šioje molekulėje vienas vandenilis pakeistas sunkesniu izotopu deuteriu), kurio Veneros atmosferoje tikrai yra, signalą ir jiems tą padaryti pavyko. HDO linija yra labai artima fosfino linijai, taigi galima teigti, jog teleskopais fiksuojamas vaizdas gerai atitinka tai, kas iš tiesų egzistuoja Veneros atmosferoje. Galutinis rezultatas yra tikrai statistiškai reikšmingas – formaliai patikimumas vertinamas kaip 15 sigmų, t. y. tikimybė, kad stebimas rezultatas yra atsitiktinis („triukšmas“) tėra 1 iš 10^{50}. 10^{50}, arba vienas su 50 nulių yra palyginama su Veneros mase, padalinta iš protono masės. Kitaip tariant, tai maždaug atitinka bendrą atomų skaičių Veneroje.

Reikšmingumas. Fosfino dujos už Žemės ribų aptinkamos ne pirmą kartą. Pirmas toks atradimas padarytas prieš ketvirtį amžiaus Saturno atmosferoje. Kiek vėliau fosfino aptikta ir Jupiteryje. Kodėl garsiai nespekuliuojama apie gyvybę ten? Ogi todėl, kad Saturne ir Jupiteryje egzistuoja sąlygos abiotinei (=negyvybinei) fosfino gamybai.

Fosfinas Žemėje atsiranda keliais būdais. Daugiausiai jis gaminamas pramoniniu būdu, reaguojant kalio arba natrio hidroksidui su fosforu. Laboratorijoje jį galima išgauti iš fosforo rūgšties. Gamtoje dujos formuojasi, kai organinės medžiagos yra aplinkoje su mažai deguonies. Taip nutinka pelkėse, kai kurių gyvūnų virškinamajame trakte ir panašiai.

Cheminiai procesai, sukuriantys fosfiną, reikalauja aukštos temperatūros ir slėgio. Tokių aukštų, kokių nėra nei Žemėje, nei netgi Veneroje, bet gali būti giliai Saturno ar Jupiterio atmosferose. Ten taip pat yra labai daug vandenilio ir mažai deguonies, todėl fosforo reakcijos su vandeniliu vyksta dažnai, jas skatina ir galingi vėjai bei audros sūkuriai, nuolat vykstantys dujinėse planetose. Manoma, kad fosfinu virtęs visas Saturno ir Jupiterio gelmių fosforas. Susiformavusios molekulės tų pačių audrų iškeliamos į atmosferos paviršių, kur jas įmanoma aptikti. Veneroje nėra nei tinkamo atmosferos gylio, nei tankio, nei temperatūros, nei energijos šaltinių, be to, jos atmosferoje vandenilio mažai, o deguonies – palyginus daug (tiesa, ne laisvo, o susijungusio į anglies dvideginį ir panašius junginius).

Kartu su atradimo straipsniu tyrėjų grupė paskelbė ir žymiai detalesnę galimos fosfino kilmės analizę. Ten jie bando įvertinti daugybę galimų abiotinių fosfino gamybos procesų ir prieina išvadą, kad nei vienas jų negali paaiškinti tokio didelio dujų kiekio. Taigi lieka du galimi kilmės paaiškinimai: arba fosfiną gamina egzotiškas procesas, iki šiol neaptiktas ar neįvertintas, kaip galintis vykti Veneros sąlygomis; arba tai yra gyvybės – mikrobų – metabolizmo produktas.

Gyvybingumas. Šis atradimas toli gražu nėra pirmas kartas, kai kalbama apie gyvybei tinkamas sąlygas Veneroje ar net gyvybės egzistavimą ten. Neskaitant senovinių duomenimis nepagrįstų svaičiojimų apie atogrąžų miškus ir dinozaurus, Venera dėmesį traukia būtent savo atmosferos savybėmis. Nors planetos paviršius yra pragariškai karštas, rūgštus ir slegiamas milžiniško slėgio, 50-60 km aukštyje atmosferoje yra zona, kur temperatūra bei slėgis labai panašūs į Žemės paviršių. Pridėkime įvairių cheminių junginių gausą atmosferoje ir gauname visai neblogas sąlygas sudėtingiems procesams vykti bei gyvybei atsirasti.

Veneros atmosferos struktūra (supaprastintas vaizdas). 50-60 km aukštyje virš paviršiaus temperatūra ir slėgis labai panašūs į Žemės paviršiaus sąlygas. Šaltinis: Baines et al. (2020), adaptuota iš Seager et al. (2021)

Dar septintajame dešimtmetyje Veneros atmosferoje atrastos ultravioletinę spinduliuotę sugeriančios juostos. Kol kas jų kilmė neišaiškinta, o viena iš hipotezių yra mikroorganizmai, naudojantys UV spinduliuotę kaip energijos šaltinį. Kol kas nežinia, ar fosfino dujos atmosferoje atsiranda ten pat, kur ultravioletą sugeriančios juostos, bet jei ateityje paaiškėtų, kad tokia koreliacija egzistuoja, tai sustiprintų biologinę hipotezę.

Sustiprintų, bet, žinoma, neįrodytų. Įrodymams greičiausiai nuotolinių stebėjimų neužteks, reikės nuskristi ir tyrinėti betarpiškai.

Tyrimai. Veneros sąlygos daro ją sudėtingu tyrimų objektu. Ypač nedėkingas planetos paviršius, suvalgantis bet kokį zondą. Visgi tai nesustabdė bandymų: Šaltojo karo metais į Venerą planuotos dešimtys misijų. Daugiau ten keliavo Sovietų sąjungos, o ne JAV zondai, bet buvo ir pastarųjų. Pirmas sėkmingas praskridimas pro Venerą buvo JAV Mariner 2 misija 1962 metų pabaigoje, pirmas sėkmingas nusileidimas – sovietų Venera 4 1967-aisiais. Iš viso iki 1990 metų paleistos net 22 sėkmingos misijos, praskridusios pro Venerą, įėjusios į orbitą aplink ją ar net nusileidusios paviršiuje. Vėliau tyrimai aprimo, dėmesys nukrypo į Marsą, bet ne visiškai. Europos kosmoso agentūros Venus Express tyrinėjo planetą 2006-2014 metais, japonų Akatsuki – nuo 2015-ųjų iki dabar. Šiuo metu planuojama ne viena NASA, Rusijos, Europos ir net Indijos misija. Misijų įvairovė taip pat didžiulė – balionai debesų tyrimams, laikrodiniais mechanizmais paremti planeteigiai, taip siekiant išvengti pavojų, kuriuos atmosfera kelia delikačiai elektronikai, ir taip toliau. Dabar neabejotinai pasiūlymų Veneros misijoms bus daugiau, padidės ir dėmesys joms bei tikimybė gauti finansavimą. Vienas įdomesnių siūlymų buvo neseniai iškelta idėja, kad žmonių misija į Marsą galėtų praskristi ir pro Venerą ir paimti atmosferos mėginių, kuriuos vėliau pargabentų į Žemę laboratoriniams tyrimams.

Internetai reaguoja greitai ir teisingai.

Būtent atmosferos mėginiai ir būtų pagrindinis būdas patikrinti, ar tikrai Veneros debesyse egzistuoja gyvybė. Tyrimai per atstumą – ar iš Žemės, ar iš Veneros orbitos – gali mums daug ką pasakyti apie biopėdsakus, bet to nepalyginsi su realių mikroorganizmų suradimu. O jei pavyktų tą padaryti, tada atsivertų didžiulės galimybės ieškoti atsakymų į kitus klausimus. Ar gyvybė Veneroje išsivystė pati savaime, ar gal atkeliavo iš Žemės ant kokio meteorito? Kiek ji skiriasi nuo žemiškosios, kaip prisitaikiusi išgyventi Veneros sąlygomis? Kokia tos gyvybės įvairovė, kokios ekologinės nišos egzistuoja? Kaip ten veikia evoliucija? Ir taip toliau.

Tik, žinoma, svarbu nepamesti sveiko proto ir sveiko skepticizmo. Kol kas atradome fosfino dujas. Jos reiškia arba gyvybę, arba kokią nors neįvertintą/nežinoma cheminį procesą. Abi galimos išvados džiugina.

XKCD visada džiugina.

Laiqualasse

13 komentarų

    1. Būtų labai įdomu, jei būtų gyvybė :) Bet kol kas su kategoriškais teiginiais palaukime.

      1. Greičiausiai iki tol, kol bus pargabenti atmosferos mėginiai ir detaliai ištirti laboratorijose. To gali prireikti palaukti apie dešimtmetį.

  1. Studijuoju geologiją, profesorius kaip tik kalbėjo apie tai šiandien. Tikslios citatos neparašysiu, bet kažkas tokio „Manau nesąmonė, jog ten yra egzotinė gyvybė debesyse. Juk Veneroje baisiai tanki atmosfera, kurios debesys sudaryti iš 90 nuošimčių sieros. Mediena nuo tokios koncentracijos užsidegtų. O vat manau, jog tikėtina, kad kadaise ten buvo gyvybė, kurios sugulęs sluoksnis buvo palaidotas po kokia uoliena, ta uoliena buvo neseniai paveikta vulkanizmo, kuris išgarino fosfiną atmosferon ir dabar šis yra aptinkamas“. Manau visai nieko, kaip jūs galvojate?

    1. Įdomi hipotezė. Tik dėl atmosferos tankumo tai ne visai tiesa – tame aukštyje, kuriame aptiktas fosfinas, atmosferos tankis labai panašus į Žemės paviršiuje esantį.

  2. Tikrai labai idomi naujiena, gaila jog tam patikrinti uztruks dar n metu, o taip nekantru suzinoti….

    1. Gaila, bet pasidžiaukime, kad iki Veneros nuskristi lengviau, nei iki Europos ar Encelado :)

    1. Neabejoju, kad hipotezių yra visokių. Gerai, kad žmonės galvoja, tik į youtube filmukus žiūrėčiau atsargiai :)

  3. Mane šis klausimas dėl fosfino kilmės iš fulguritų šiek tiek sudomino. Detalesnėje galimos fosfino kilmės analizėje (kurios nuoroda buvo paminėta ir Jūsų straipsnyje) fulguritai irgi kaip versija buvo paminėti. Tik kartu išsakytas pastebėjimas, kad jie Žemėje yra labai reti ir su mažu fosforo kiekiu:

    A mineral fulgurite – a glass resulting from lightning strikes was proposed as a potential source that could in principle contain reduced phosphorus species (Pasek and Block 2009). It is estimated that fulgurites probably contain < 0.5% phosphorus (Gailliot 1980), and are widely stated as being ‘rare’ (e.g. (Glover 1979; Petty 1936; Pye 1982)).

    Bet lyg ir tiek. Neaišku ir kartu smalsu, kiek ir kokiu mastu visa tai galima perkelti Venerai ir jos sąlygoms. Tačiau tam tikras fosfino generavimo mechanizmas teoriškai šitoje vietoje lyg ir žinomas ir galimas.

    Šiaip, filmuko autorius Thunderf00t (Phil Mason) yra ir mokslų daktaras chemijos srityje. Ir jo patrollinimas iš dalies pasiteisino, nes po jo video mačiau ir astrofizikės Dr. Becky (Becky Smethurst) komentarą:

    The problem is that a lightning strike only creates a tiny amount of phosphine. So the number of lightning strikes needed to create the amount of phosphine they observed would have been completely unrealistic. Their best estimate is that lightning could have created a few parts per *million billion*. The researchers were very thorough – they spent three years doing the analysis ensuring that they had covered all the bases before announcing what they knew would be a surprising result of phosphine on Venus.

    1. Labai įdomios įžvalgos, tikrai :) Jaučiuosi sužinojęs kažką naujo, o dar ankstus rytas. Ačiū!

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *