生活在宇宙中

地球是宇宙中唯一的地方,我们知道,生命的存在。这些生物学家研究生活在别处(外星生物学家和天体生物学家),而小。唯一的宇宙中其他身体,人类有访问,和从样本返回地球,月球是我们——原来是一个贫瘠的地方就生活而言。天体生物学家不得不依靠理解荷兰国际集团(ing)的条件,地球上的生命可能然后试图确定是否存在这样的条件在我们的太阳系和宇宙其他地方。这是没完没了的一个区域,但娱乐性,猜测和争议。外星生命是否存在是一个重要的问题,然而,在其他地方甚至证明非常简单的生命会产生巨大的影响我们理解我们在宇宙中的位置。

目前的复苏天体生物学的兴趣推动了我们越来越了解的范围条件下地球上存在生命,观察太阳系的行星及其卫星由太空探测器,和改进的工具和技术提供给天文学家。这个新的兴趣一直认可的国家航空和宇宙航行行政(NASA)通过建立其天体生物学研究所。这是艾姆斯研究中心的协调在山景城,加州,但构思的“虚拟研究所”利用互联网链接各种各样的来自世界各地的研究人员。的意义极端的生物NASA承认了其参与的生活吗极端环境中”计划(LExEn)的美国国家科学基金会。

直到1960年代,猜测其他行星上的生命的可能性仅限于那些基于的观察。人们很容易忘记多短太空探索的时期。第一颗卫星(人造卫星)1957年推出第一个载人航天飞行是在1961年由苏联的尤里·加加林()和1969年的第一次被人类在月球上着陆(由美国人尼尔·阿姆斯特朗和埃德温·'巴斯'·奥尔德林)。第一个金星探测器于1962年由美国,紧随其后的是一系列的俄罗斯和美国调查。探测火星始于1960年代末,一直持续至今。在1980年代早期,美国旅行者1号和旅行者2号探测器发回的木星和土星的照片,和他们的卫星,天王星和海王星。照片、地图和由这些太空探测器测量提供了依据我们目前的猜测关于生命的可能性在我们的太阳系。我们被外星人拜访对象(陨石的形式,如果不是ufo !),我们从地球上观察的能力(或接近)与可用的技术进步改善了天文学家——特别是与哈勃太空望远镜于1990年发射。

我们对生活的理解,其可能的地球上起源和条件的范围可以在过去50年里增加了巨大的存在。极端微生物的知识告诉我们关于生活的可能性在我们的太阳系和其他地方吗?我将看看被认为是什么,或者曾经被认为是最可能的候选人外星生命。

金星

金星曾经被认为是地球的孪生和人们想象的世界里茂密的森林隐藏下面掩盖了其表面的大气。然而,由航天探测器测量表明,它是一个邪恶的双胞胎。大气厚约100倍比地球和主要由二氧化碳。这创造了一个失控的温室效应捕获热量和生产平均表面温度大约480°C。甚至在两极高山很难想象生活生存如此高的温度远远超过地球上超嗜热菌的功能。大气中温度高会降低,一些人认为生物可能存在这花所有的时间漂浮在云。除了保持永久的空中,这些将不得不应对由于二氧化硫酸性条件由火山活动注入大气表面。

火星

火星一直是我们最喜欢的地方想象生活在我们的太阳系和其他地方,尽管我们承认那是一个寒冷干燥的沙漠,它仍然是最有可能的地方发现过去或者现在的生活。也是地球上我们目前最具体的证据依据我们的推测,生命的存在与否。

1877年,意大利天文学家乔凡尼夏描述了火星上的直线,他称之为“canali”(渠道)。这是错误的翻译成“运河”,导致了激烈的猜测关于火星上的文明建设。美国天文学家珀西瓦尔洛厄尔的主要倡导者,他们带的植被接壤的灌溉渠道系统设计把水从两极。这无疑激发了HG威尔斯写《世界大战》(1898),他想象的生物入侵地球的火星,反过来大卫·鲍伊1972年的摇滚专辑的兴衰瑞格星尘和蜘蛛从火星。然而,火星表面的照片从水手6和7号空间探测器在1969年并没有发现这样的运河,距离地球现在的出现被认为是由于机会地质特征的比对。

有其他明显的假警报在火星上寻找生命。1975年,海盗1和2兰德斯,抵达火星表面的释放。兰德斯包含几个仪器包发送信息传回地球,包括生物实验旨在寻找火星土壤的生活。一勺着陆器的土壤样品分发给了生物学实验。第一个是一个碳同化试验。光合生物在地球上从大气中吸收二氧化碳和过程(同化)到有机材料使用阳光的能量。Chemotrophic生物可以使用的能量达到相应的技巧化学氧化反应。这个实验是为了测试相似的火星上的生物。火星土壤暴露在二氧化碳和一氧化碳气体从地球带来的,与14 c标记,碳的放射性同位素。任何有机化合物形成于火星生物的同化将包含14 c和标签。样品然后加热分解有机分子,这将释放二氧化碳14 c标记的形式。这是由探测器测量统计14 c放射性释放。你可以想象科学家的兴奋当第一个实验的结果显示,正是你所期望的火星土壤中活跃的生物。加热样品到175°C,然而,减少活动,虽然没有完全破坏它。破坏任何生物体的热量应该停止碳的同化。甚至超嗜热菌不会预期生存如此高的温度。 It is, however, conceivable that cryptobiotes could survive if they were exposed to high temperatures in a desiccated state.

第一个实验是为了寻找自养生物固定碳从无机二氧化碳利用能量来源。第二个实验是为了寻找异养生物使用有机材料作为原材料和能源的来源(通常通过吃其他生物)。labelled-release实验暴露了火星土壤有机营养,用放射性同位素标记。任何由于代谢活动释放的气体还会被这些同位素标记,可以检测到。再次,信号从这个实验观察正是预期的土壤中生物在场。加热样品160°C摧毁了活动,这也是你所希望如果它是由于生物。

第三个实验是一个气体交换的实验后发现氧气的生产营养的土壤被暴露在一个解决方案。然而,氧气在黑暗中继续生产和后加热样品145°C——这不是你希望如果生产的氧气是由于生物活性(植物需要光和任何生物将被热)。最后相关实验是气相色谱/质谱分析包应能够检测任何有机化合物在土壤中。这未能发现任何。本设备是如此敏感,科学家们得出结论,不仅没有有机物质礼物,但必须有一些机制的积极破坏有机化合物,有的是输入有机化合物的火星陨石和彗星将预期。

维京实验的结果给了一些混合信息的存在生活而言。代谢实验结果给预期如果生物在场但很难接受,生活出现了故障检测的有机化合物。一些控制实验的结果(加热样品销毁任何生物体)也很难与生命的存在。这些海盗的共识解释实验结果是由于一些不同寻常的火星土壤的化学性质和不表明生命的存在。然而,一些人认为,结果是一致的,是最好的解释为表明,生命的存在。

各种太空探测器的图片给我们的火星是寒冷,干燥,沙漠的世界。平均表面温度是- 53年°C,但可以超越0°C白天在赤道附近。大气中主要是二氧化碳和薄,约有1/100的地球的大气压力。的极地冰盖主要由固体二氧化碳融化和冻结在季节性的基础上。二氧化碳是一种永久性冰盖下的水冰。水存在火星上的其他地方,随着大气中水蒸气和(可能)冰下地面。液体水,然而,可能是罕见的和迅速如果暴露在地表蒸发到大气中。然而,仍然有液态水与热液系统的可能性,特别是在地下。火星的大气薄给小屏蔽来自太阳的射线和紫外线辐射强烈的表面。这些条件并不表明生命的存在。然而,极端微生物的知识告诉我们,极端微生物可以存在一些很没有希望的情况下,cryptobiotes可以生存严重的环境压力利用短暂的时间间隔的有利条件。NASA最近(2000年6月)公布证据火星环球探测器的火星轨道器照相机的最近的存在(甚至电流)水流在火星上,如果得到证实,再次提出了生命的可能性(图7.3)。这些特性像沟壑和形成

236生命的极限

图7.3小沟壑的墙壁Nirgal谷地,一个古老的山谷系统在火星上。火星全球勘测火星轨道摄像机图像显示超过14这些渠道,这是长约1公里,跑下朝南的斜坡Nirgal的意思。缺乏撞击坑表明,通道是相对年轻(从几百万年到几周或几天)。他们认为是由地下水渗流。这是唯一的地方这些类型的特性一直观察靠近火星赤道超过30°纬度。其他网站更接近两极。图片提供:美国宇航局/喷气推进实验室/马林空间科学系统。

悬崖在火山口或谷墙壁。建议他们是由水形成的建立一个冰大坝后,与水渗流从源提供的下表面。冰大坝最终打破,发送大量水冲沟。的功能被认为是最近形成的,甚至有可能是今天活动的水流。这些结构的形态类似于地球上形成的水流。然而,它是可能的,他们是由其他液体,如液态二氧化碳。

也有证据表明,火星上的条件并不总是像看上去的那么荒凉的今天,它曾经是世界的温暖和湿润。有大量飞机,沉积岩,河谷和侵蚀功能表明丰富的液态水的存在火星历史上在某个阶段(图7.4)。可能曾经更有利于生活条件及其演化。可能有幸存者适应今天的寒冷干燥条件。有利的网站,他们可以坚持罕见,像cryptobiotic生物在地球上,潜伏等待条件生长和繁殖。可能存在的化石证据从早期的生活,更温和的时期。一些人认为这样的火星化石已经被发现。

1996年,一支由美国宇航局的约翰逊航天中心的大卫·麦凯在德克萨斯州和斯坦福大学的Richard Zare宣布他们发现的化石火星陨石的生活。1984年南极陨石被收集。其参考号码是ALH84001: ALH从集合的地方(Allan山,南极洲),84是集》(1984)和001年样本数量。南极高原是一个寻找陨石的好地方,因为他们很容易在一个毫无特色的雪和冰。冰流动与山脉趋于陨石在这个区域的位置。ALH84001最初列为diogenite陨石——这意味着它被认为是一群陨石被认为起源于小行星带。直到10年后,一些被认为是属于罕见的陨石群,来自火星。已经收集了大约20000陨石中,只有15已确认为火星的来源。他们被认为是小行星和火星的影响的结果,被岩石从地球到太空漫步的太阳系之前降落在地球上。据估计,大约半吨的火星物质在地球上的土地每年,但大多数,当然,狼狈的。科学家可以识别这些陨石来自火星,因为一些的气体的成分困在匹配的火星大气的海盗任务。

化石的证据ALH84001的生活中心的存在可见的碳酸盐的沉积,如碳酸钙(方解石)。这些矿物质是由水和降水形成的

图7.5可能的火星陨石中发现的化石生活ALH84001。这些结构比细菌小得多,只有20 - 100纳米(一纳米是一米的1000000000)。图片:美国航空航天局。

表明水在当下的存在和参与结构的陨石。特别感兴趣的是碳酸盐颗粒的形式分布于整个陨石。这些表现出了明显的分层边缘,周围的交替层镁、铁和富含钙的碳酸盐。在地球上,这种类型的分层产生的沉淀矿物是由细菌的活动协助。小粒磁铁矿(Fe3O4)和铁硫化物与富含铁碳酸盐相关联。这些矿物质通常不出现在一起,除某些细菌的活动导致他们同时生产。有机化合物(polycy-clic芳烃)检测到的浓度,而在一个分布,表明他们不是由于来自陆地的污染来源。

也许最有趣的是沉积岩对象与碳酸盐颗粒的存在由扫描电子显微镜观察(图7.5)。这些香肠状的或看起来像米粒和陆地细菌有非常相似的外观。然而,他们是小得多,比大多数细菌小100倍。陆地生物的化石在这个尺寸范围(nanobes)已报告,尽管有这些源自生物的争论。然而,在1999年3月,菲利帕Uwins和昆士兰大学的一组研究人员宣布隔离生活nanobes从砂岩从勘探井中恢复过来。这些看起来不同于提出火星化石,但在相同的尺寸范围。

自公布的证据可能化石ALH84001的生活,提出了许多非生物解释和证据积累可能矛盾的生物起源结构观察。不太可能解决的争议,直到我们能够发送一个火星任务恢复样品进行分析。条件干旱的山谷南极洲是地球上最接近火星上和被用作地面测试技术的发展寻找这颗红色星球上的生命。

木星及其卫星

木星是太阳系中最大的行星。至少有16卫星或卫星环绕木星,这四个最大的(Io,欧罗巴,Ganymede和木卫四)是1610年由伽利略发现的。木星是一个巨型气体行星的体积是厚厚的大气层主要由氢和氦。如果有一个坚实的核心,它被认为占体积的一个相对较小的比例。木星的大气层里的整体组成相似的太阳。它不是通过核反应产生高温,但持续收缩的地球引力下当它冷却。所有必要的元素出现在木星的大气层。水蒸气(可能存在液态水的云)和一些有机化合物(包括甲烷、乙烷、乙炔和氰化氢)被检测到。高层大气的条件不够酷,允许生命的存在。更深的大气中,然而,生活将很快就会被热量和压力。 As with Venus, it is possible to imagine life forms floating in the upper atmosphere. It is difficult, however, to imagine how such life could have evolved.

木星的卫星的至少一个看起来更有前途。一些卫星有一个热源由于潮汐加热由于与木星和相互的引力相互作用。Io围绕木星的轨道不是圆形的,所以,在不同的时间在它的轨道,接近,或远离地球。木星的引力Io因此变化,扭曲Io的形状。这种引力扭曲产生摩擦,因此热量。Io的潮汐加热是足以让大部分的内部表面熔融和有丰富的火山活动。没有水的存在的证据(任何形式)在Io和生命的存在是不可能的。

的潮汐加热欧罗巴上远小于Io和其表面上是冷的。非凡的木卫二的表面图像,由旅行者1号和2号,1979年伽利略飞船在1990年代末和2000年。从远处看,这与一些陨石坑表面相对光滑。这表明定期重新浮出水面。表面的吸收太阳光的欧罗巴表明它几乎完全由水冰。有裂缝和模式,然而,这表明液态水的存在下表面和表面液态水的周期性流动(图7.6)。木卫二可能完全是由冰冻的海洋的水和表面下存在液态水。地下的水可以保持液态的潮汐加热所产生的热量,从放射性衰变和阳光的渗透。的数量的估计加热产生这些来源差别很大,可能存在液态水在木卫二的表面或海洋可以完全冻结。

即使海洋几乎完全冻结,可能有液态水的口袋或湖泊由摩擦加热或火山活动。的发现沃斯托克湖中央下,类似的湖泊冰高原南极洲(见第二章),表明这样的湖泊

图7.6 Conamara混乱地区的欧罗巴表明相对近期的显现。冰的形状不规则的块是由现有的地壳的运动和解体。这是一个马赛克的1997年伽利略spaceprobe所拍下的照片。照片由美国航天局/喷气推进实验室/加州理工学院。

即使存在由4公里的冰。哪里有液态水,可能有生命和欧罗巴是最有前途的地方在火星上寻找外星生命在我们的太阳系。兴趣的一部分湖Vostok源于其相似性欧罗巴及其潜在的可能情境模型开发技术来寻找生活在这些条件下。最可能的木卫二上的生命能量的来源是化学氧化与热液系统,由潮汐加热,提供水和能源。

泰坦

土卫六是土星最大的卫星和月球第二大太阳系(Ganymede)。也只有月亮在太阳系已知厚厚的大气层。大气主要由氮和甲烷,连同氢、一氧化碳和二氧化碳。除甲烷外,其他各种有机化合物已发现包括乙烷、丙烷、乙炔、乙烯、氰化氢、丁二炔丙炔,cyanoacetylene和氰。水被认为是目前土卫六,但表面温度为-179°C,和没有火山热液活动,液态水的存在是不可能的。湖泊或海洋组成的液体甲烷和乙烷是可能的。泰坦上的生命似乎不太可能,但是大量的有机化合物的存在表明,它可以模拟的一些流程,导致地球上的生命的发展。土星的使命,卡西尼宇宙飞船,在1997年推出。在2004年,它将惠更斯号探测器将土地土卫六和提供信息在其表面和大气的成分。

在宇宙的其他地方

当然,我们知道,地球上存在生命。火星上的生命似乎是可能的,但不是在金星上。似乎有宜居带绕太阳:金星是太近(太热),火星可能太远了(太冷),地球刚刚好。除了距离太阳,行星的大小和能力形成和保留氛围也将确定它的适居性。如果宇宙中其他恒星周围的行星发生,可能会有类似地球的行星在他们居住的区域。我们理解生活的极端条件下可能会影响我们的恒星周围居住区域的大小的估计。

寻找太阳系外的行星(太阳系外行星)主要依靠他们的影响周围恒星的运动轨道。这取决于你如何定义一个星球,53个系外行星的存在已被证实在2000年7月。使用工具,如哈勃太空望远镜和非常大的数组在新墨西哥,已经观察到的原行星盘的年轻恒星周围,包括二进制系统。从哈勃太空望远镜观测,据估计,有500亿个星系每个包含多达数万亿的星星。许多这样的行星周围,其中一些将恒星的可居住区内。太阳系的不寻常之处在于,它涉及一个明星,而大多数恒星是在二进制或多个系统。

然而,鉴于其规模,似乎有生命宇宙中其他地方。是否我们能证明它的存在就是另一回事了。

继续阅读:什么是极端的重新审视

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