tajemnice kosmosu



związki organiczne w kosmosie



Często przewija się temat poszukiwania życia pozaziemskiego, jak również temat pochodzenia życia na Ziemi. Istnieją dwie teorie: abiogeneza (zakłada, że życie na Ziemi powstało z materii nieożywionej) i panspermia (zakłada, że życie na Ziemię przybyło z kosmosu wraz z meteorytami, kometami i planetoidami), która moim osobistym zdaniem jest bardziej prawdopodobna. Przy założeniach pansmerii istotne staje się poszukiwanie źródeł życia w przestrzeni kosmicznej. Jak wiadomo, podstawą życia jest węgiel i woda. Większość organizmów żyjących na Ziemi opiera się na DNA, którego podstawą są zasady azotowe i grupy fosforanowe. Informacje genetyczne zawarte w DNA, tłumaczone w procesach translacji tworzą długie łańcuchy aminokwasów. Do powstania życia niezbędne są również lipidy - tworzące błony komórkowe długie łańcuchy węglowodorów. Również budujące o odżywiające organizm cukry, czyli węglowodany. Oczywiście powstanie i podtrzymywanie życia niemożliwe jest bez wody i źródła energii.
We wczesnym etapie życia Ziemi istniały na niej warunki sprzyjające syntezie aminokwasów ze związków organicznych. Ale czy jest to przywilej jedynie Ziemi? Czy jedynie nasz glob w całej przestrzeni i historii kosmosu posiadał układ wszystkich czynników sprzyjających zaistnieniu życia?

Warunki zbliżone do ziemskich występowały również na wczesnym Marsie i Wenus, jednak ich ewolucja poszła w zupełnie innym kierunku. Bo obecność związków organicznych w przestrzeni kosmicznej jest już znanym faktem. Do wybuchu życia potrzebny im jedynie katalizator, np. promieniowanie kosmiczne lub wyładowanie elektryczne towarzyszące zjawiskom meteorologicznym. Poszukajmy zatem takich miejsc. Saturn, oprócz całej swej magii i tajemnic, posiada dość ciekawego satelitę - maleńkiego (siedem razy mniejszego od naszego Księżyca) Enceladusa. Posiada on powierzchnię skutą lodem, ze śladami niedawnej aktywności geologicznej. Według astrogeologów sieć spękań i podłużnych wzniesień może być pozostałością po działalności płynnej wody - skorupa Enceladusa może być zamarzniętą wodą, wypływającą z jego wnętrza ok. 100 mln. lat temu. Również obecnie, prawdopodobnie z powodu pływów, w wyniku rezonansu orbitalnego pomiędzy Enceladusem i Dione, jest on aktywny geologicznie - można obserwować jego wysoką aktywność kriowulkaniczną. Wyrzucane z wulkanów duże ilości cząsteczek zamarzniętej wody osiągają prędkość nawet 400 m/s i osiągają pułap do półtora tys. km ponad powierzchnią księżyca. Z południowych gejzerów Enceladusa wyrzucane są oprócz cząsteczek lodu m.in. związki soli i wodór cząsteczkowy. Ten ostatni może okazać się niezwykle ważny, ponieważ właśnie wodór cząsteczkowy, jak i ten powiązany z innymi pierwiastkami jest najczęściej odnajdywanym pierwiastkiem w pobliżu kominów termalnych ziemskiego dna oceanicznego, które są uważane za możliwe źródło pochodzenia życia na Ziemi. Przypuszcza się, że pod powierzchnią Enceladusa istnieją bakterie, odżywiające się za pomocą chemosyntezy. Gejzery Enceladusa często porównywane są z gejzerami oceanicznego dna Ziemi. Jego hydrotermalną aktywność potwierdziła sonda Cassini, wykrywając w pióropuszach cząsteczek lodu i pary wodnej pył krzemionkowy. Z pomiarów dokonanych spektometrem jonowym wynika, że materiał organiczny wydobywający się z gejzerów Enceladusa jest ok. 20 razy gęstszy od spodziewanego. Pomiaru dokonano w trakcie bezpośredniego kontaktu sondy Cassini z lodowym pióropuszem w trakcie jej przelotu nad południowymi gejzerami, identyfikując m.in. metan, propan, acetylen i formaldehyd. Intrygująca jest ilość wodoru cząsteczkowego, zawartego w pióropuszach (jest go zaskakująco dużo) - astrobiolodzy przypuszczają, że jego pokłady dawno powinny się wyczerpać i prawdopodobnie wodór powstaje w podpowierzchniowych procesach serpentynizacji. Wynikiem reakcji gorącej wody ze skałami jest m.in. cząsteczkowy wodór wyrzucany razem z lodem i związkami organicznymi. Naukowcy mają nadzieję, że przeprowadzone badania będą mogły wyjaśnić wątpliwości co do pochodzenia związków zawartych w materiale wyrzucanym z gejzerów i rozszerzyć wiedzę w kwestii związków organicznych na Enceladusie.
Bardzo interesującym obiektem w Układzie Słonecznym jest księżyc Saturna - Tytan. Jako jedyny z księżyców posiada gęstą atmosferę, w której zaobserwowano złożone zjawiska meteorologiczne - m.in. słynne metanowe deszcze. Ponad 98% atmosfery Tytana stanowi azot, a 1,5% metan, którego stężenie jest zależne od poziomu atmosfery, w którym się znajduje - w miarę spadania poniżej tropopauzy jego objętość wzrasta, a ok. 8 km nad powierzchnią globu dochodzi do niecałych 5%. Z organicznych związków w atmosferze Tytana występują m.in. etan, acetylen i propan. Wykryto również dwutlenek i tlenek węgla, cyjanoacetylen (odnajdywany głównie w obłokach międzygwiazdowego gazu i w kometach), oraz gazy szlachetne - argon i hel. Według naukowców, promieniowanie słoneczne powinno przekształcić obecny tam metan w węglowodory złożone w ciągu zaledwie 50 mln lat. Istnieje hipoteza, że atmosfera Tytana zasilana jest dzięki jego działalności kriowulkanicznej, co zdają się potwierdzać mapy globalnego rozkładu jezior na jego powierzchni.
Astronomowie sugerują, że węglowodory w atmosferze Tytana ( złożone średnio z 7 atomów węgla) powstają w reakcji metanu z azotem pod wpływem promieniowania słonecznego lub dzięki energii cząstek pochodzących z magnetosfery Saturna. Mogą się one stopniowo skraplać w niskich temperaturach i opadać na powierzchnię globu. W przyszłości w wyniku ewolucji Układu Słonecznego, gdy do Tytana zaczną docierać większe ilości energii słonecznej warunki środowiskowe mogą się na tyle zmienić, że umożliwi to rozwój prostych organizmów żywych. W 2013 r. w górnych partiach atmosfery Tytana wykryto wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA). Zaliczamy do nich ok. 200 związków chemicznych, które były prawdopodobnie materiałem wyjściowym dla najwcześniejszych form życia. Astrobiolodzy przypuszczają, że nawet 1/5 węgla we wszechświecie może być związana z WWA. Wykryto je m.in. w Mgławicy Czerwony Prostokąt.
Ale wracając do Układu Słonecznego - w marcu 2015r. sonda kosmiczna Dawn weszła w orbitę Ceres (planety karłowatej w pasie planetoid pomiędzy orbitą Marsa i Jowisza) dokonując szeregu badań m.in. spektometrem, co umożliwiło przeanalizowanie składu chemicznego zewnętrznych warstw materiału skalnego. Na obszarze krateru Ernutet na płn. półkuli Ceres natrafiono na ślady związków organicznych na obszarze ok. 1000 km2. Co ciekawe, że choć obecnie Ceres pokryta jest lodową skorupą, to w przeszłości mogła tam istnieć woda w stanie ciekłym.
Podobnie woda w stanie ciekłym występowała w przeszłości również na Marsie np. w kraterze Gale, tworząc rozległe jezioro, które obecnie pokrywają mułowce, w których odkryto związki organiczne, a w rozrzedzonej atmosferze wykryto metan. Ze względu na to, że w kilku próbkach udało się zarejestrować czasowy wzrost stężenia metanu, astronomowie mają nadzieję na odnalezienie źródła tego organicznego związku. opuśćmy teraz Układ Słoneczny i udajmy się w podróż po wszechświecie. Przy pomocy sieci teleskopów ALMA w konstelacji Wężownika, w odległości ok. 460 lat świetlnych od Ziemi w rejonie wielokrotnego systemu gwiazdowego IRAS 16293-2422 (trzy protogwiazdy) wykryto izocyjanian metylu - jeden z prostszych związków organicznych, biorący udział w syntezie peptydów i aminokwasów (cegiełek życia). Jak wykazały badania, związek ten otacza każdą z obserwowanych gwiazd potrójnego systemu - jest więc powszechny w obłoku materii, który wciąż ściśle otacza młode gwiazdy z mgławicy w Wężowniku. Izocyjanian metylu odkryto wokół formujących się gwiazd podobnych do Słońca (miliardy lat temu) - śledząc zachodzące tam procesy, astronomowie mogą dowiedzieć się więcej o ewolucji naszej gwiazdy i prześledzić procesy powstawania związków, które prawdopodobnie na Ziemi przyczyniły się do powstania życia. W rejonie układu IRAS 16293-2422 natrafiono również na cząsteczki cukru w gazie otaczającym triplet gwiazd. Odkryty związek to aldehyd glikolowy - wcześniej obserwowany jedynie w przestrzeni międzygwiazdowej. Cząsteczki cukru odkryto w gazie otaczającym gwiazdy w odległości porównywalnej do odległości pomiędzy Słońcem a Uranem. Odkrycie to dowodzi, że składniki budujące życie mogą występować wokół gwiazd już we wczesnych etapach ich ewolucji, gdy dopiero powstają planety.
Odkrywanie cząsteczek cukru we wszechświecie jest istotne w poszukiwaniu śladów życia, czy też możliwości powstania życia - cukry budują bowiem organizmy żywe. Węglowodany są podstawą kodów genetycznych zawartych we wszystkich komórkach istot żywych na Ziemi - w DNA obecna jest dezoksyryboza, a w RNA ryboza.
Ponad 170 lat świetlnych od Ziemi w konstelacji Hydry znajduje się młoda gwiazda TW Hydrae. W dysku protoplanetarnym otaczającym tą gwiazdę wykryto alkohol metylowy (metanol), który jest związkiem organicznym,mogącym wchodzić w skład złożonych molekuł, tworzących skomplikowane aminokwasy. Notatka prasowa, opublikowana przez ESO donosi: "metanol odgrywa kluczową rolę w tworzeniu bogatej chemii organicznej potrzebnej dla życia". Odkrycie metanolu w dysku protoplanetarnym TW Hydrae jest o tyle cenne, że może dostarczyć wskazówek na temat tego, w jaki sposób tak złożone cząsteczki formują się wokół młodych gwiazd, w obszarze powstawania planet. Być może również inne obszary powstawania planet są bogate w tego typu związki organiczne.
455 lat świetlnych od Ziemi w zimowej konstelacji Byka, w jednym z regionów gwiazdotwórczych, w dysku protoplanetarnym młodej gwiazdy MWC 480 (liczy zaledwie milion lat i ma masę dwukrotnie większą od masy Słońca) wykryto cyjanek metylu. Według analiz jest go tam tak dużo, że skroplony mógłby wypełnić wszystkie ziemskie oceany. Na peryferiach tego dysku wykryto cyjanowodór. Obszar jego występowania można porównać do pasa Kuipera Układu Słonecznego. A według niektórych teorii woda, związki organiczne i życie trafiło na Ziemię i inne planety właśnie z takich rejonów. Można się tutaj doszukiwać analogii. Molekuły wykryte w tamtym rejonie były identyfikowane na powierzchni komet z Układu Słonecznego w podobnych koncentracjach. Wykryty również w tym rejonie cyjanid metylu zawiera wiązania węglowo-azotowe, będące podstawą do formowania się cząstek aminokwasów.
Już dzięki badaniom wykonanym za pomocą teleskopu Hubble'a odkryto związki organiczne w rejonach egzoplanet, np. HD 189733b w odległości ponad 60 lat świetlnych od Ziemi (metan), lub HD 209458b w odległości ok. 50 lat świetlnych od Ziemi, gdzie zidentyfikowano zarówno metan, jak i cząsteczki wody i dwutlenek węgla. Niestety obie planety zalicza się do gorących jowiszów. Jednak naukowcy mają nadzieję na dalsze odkrycia (być może w obszarach bardziej sprzyjających życiu) przy użyciu następcy HST - Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST).





góra  strony...





Dorota Kuryło