Αστροβιολογία: Τι ακριβώς είναι; Πώς θα τη μελετήσουμε; Ποιες είναι οι προκλήσεις που απορρέουν;

Ο ιστότοπος ''Universe Today'' εξέτασε τη σημασία της μελέτης των κρατήρων πρόσκρουσης, των πλανητικών επιφανειών και των εξωπλανητών καθώς και τι μπορούν όλα αυτά να διδάξουν στους επιστήμονες και στο κοινό σχετικά με την εύρεση ζωής πέρα από τη Γη. 

Εικόνα: NASA

Οι κρατήρες πρόσκρουσης διαμορφώνουν αυτές τις πλανητικές επιφάνειες και έχουν τη δύναμη να δημιουργούν ή να καταστρέφουν ζωή, και επίσης μάθαμε πώς οι εξωπλανήτες αλλάζουν τις απόψεις μας για τον σχηματισμό και την εξέλιξη των πλανητών, συμπεριλαμβανομένου του πώς και πού θα μπορούσαμε να βρούμε ζωή (όπως την ξέρουμε) στο σύμπαν. Θα δούμε στο παρόν άρθρο πώς οι τομείς αυτοί συμβάλλουν στο επιστημονικό πεδίο που είναι υπεύθυνο για την εύρεση ζωής πέρα από τη Γη, γνωστό ως Αστροβιολογία. Θα δούμε επίσης γιατί επιστήμονες μελετούν την Αστροβιολογία, γνωστοί και ως αστροβιολόγοι, αποδέχονται την πρόκληση της μελέτης της Αστροβιολογίας, αλλά και το πώς οι σπουδαστές μπορούν επίσης να ασχοληθούν με τη μελέτη της Αστροβιολογίας. Λοιπόν, γιατί είναι τόσο σημαντική η μελέτη της Αστροβιολογίας;

Ο Δρ Manasvi Lingam, ο οποίος είναι αστροβιολόγος και επίκουρος καθηγητής στο Τμήμα Αεροδιαστημικής, Φυσικής και Διαστημικών Επιστημών στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Φλόριντα (Department of Aerospace, Physics and Space Sciences at the Florida Institute of Technology), λέει στο Universe Today, ''Η Αστροβιολογία ασχολείται με μερικά από τα βαθύτερα ερωτήματα που έχουν γοητεύσει την ανθρωπότητα για χιλιετίες: Από πού προερχόμαστε; ΕΙΜΑΣΤΕ μόνοι; Που πάμε;"

Ο ανεπίσημος ορισμός της αστροβιολογίας είναι ''η μελέτη της ζωής στο σύμπαν''. Ενώ αυτό συχνά ερμηνεύεται ως ζωή πέρα από τη Γη, στην πραγματικότητα περιλαμβάνει τη Γη. Προηγουμένως, μάθαμε πώς οι πλανητικοί γεωλόγοι χρησιμοποιούν τη Γη ως ανάλογο για τη μελέτη πλανητικών επιφανειών σε άλλους κόσμους, και οι αστροβιολόγοι χρησιμοποιούν επίσης τη Γη - που είναι ο μόνος πλανήτης που είναι γνωστός ότι έχει ζωή - ως ανάλογο για την προσπάθεια εύρεσης ζωής και σε άλλους κόσμους . Εξετάζουν τις μυριάδες διεργασίες που λαμβάνουν χώρα για να υπάρξει, να επιβιώσει και να ευδοκιμήσει η ζωή στον μικρό, μπλε κόσμο μας, και ερευνούν εάν αυτές οι ίδιες διαδικασίες θα μπορούσαν να είναι υπεύθυνες για τη ζωή που υπάρχει σε άλλους κόσμους, όχι μόνο στο ηλιακό μας σύστημα, αλλά σε όλο το σύμπαν. Επομένως, ποιες είναι ορισμένες έστω από τις προκλήσεις που απορρέουν από την μελέτη της Αστροβιολογίας;

''Η Αστροβιολογία είναι ένα εγγενώς διαθεματικό και διεπιστημονικό θέμα'', δηλώνει ο Δρ. Lingam στον ιστότοπο Universe Today. ''Ως εκ τούτου, απαιτεί την απόκτηση μιας σημαντικής γνωσιακής βάσης, και στη συνέχεια τη σύνθεση αυτής της γνώσης με ουσιαστικό τρόπο''.

Αυτό που κάνει το πεδίο της Αστροβιολογίας μοναδικό είναι ότι περιλαμβάνει μυριάδες επιστημονικούς κλάδους και υπόβαθρα. Οι κλάδοι αυτοί περιλαμβάνουν την αστρονομία, την αστροφυσική, τη βιολογία, τη χημεία, την επιστήμη των υπολογιστών, τη γεωλογία, τη φυσική και την πλανητική επιστήμη, τομείς οι οποίοι χρησιμοποιούν εργασίες πεδίου, εργαστηριακές μελέτες και μοντέλα υπολογιστών όπου συνδυάζονται με τον κοινό στόχο της καλύτερης κατανόησης της ζωής στη Γη και του τρόπου με τον οποίο μπορούμε να ανακαλύψουμε παρόμοια κατάσταση και πέρα από τη Γη. Μια συγκεκριμένη πτυχή της Αστροβιολογίας, η οποία έχει θα λέγαμε ριζώσει τα τελευταία χρόνια στον ευρύ επιστημονικό πεδίο, είναι η μελέτη των λεγόμενων εξτρεμόφιλων (extremophiles), η οποία είναι ζωή που μπορεί να επιβιώσει και να ευδοκιμήσει σε περιβάλλοντα πολύ ακραία τόσο για τους ανθρώπους όσο και για το μεγαλύτερο μέρος της ζωής στη Γη. Αυτά τα εξτρεμόφιλα έχουν βρεθεί ότι ζουν σε περιβάλλον με υπερβολική ζέστη, κρύο, αλατότητα (αλάτι) και περιβάλλοντα που βρίσκονται κάτω από μεγάλη πίεση. Αλλά ποια ήταν η πιο συναρπαστική πτυχή της Αστροβιολογίας που έχει μελετήσει ο Δρ. Lingam σε όλη τη διάρκεια της καριέρας του;

"Μου άρεσαν όλοι οι τομείς της Αστροβιολογίας στους οποίους έχω εργαστεί', δηλώνει ο Δρ. Lingam στο Universe Today. ''Μερικά πρόσφατα σημαντικά σημεία περιλαμβάνουν: (1) Την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο η ανίχνευση και η μετάδοση πληροφοριών σε ποικίλα περιβάλλοντα μπορεί να έχουν διαμορφώσει την προέλευση και την εξέλιξη της ζωής. (2) Τη διατύπωση νέων ανιχνεύσιμων υπογραφών εξωγήινης τεχνολογίας και νοημοσύνης (δηλαδή, τεχνολογικές υπογραφές). (3) τη διερεύνηση του τρόπου με τον οποίο οι αστροφυσικές διεργασίες υψηλής ενέργειας (π.χ. υπερκαινοφανείς ή Σουπερνόβα) μπορούν να αποστειρώσουν μεγάλα τμήματα γαλαξιών. (4) την μοντελοποίηση της διάρκειας ζωής των τεχνοσφαίρων σε κατοικήσιμους κόσμου''.

Ενώ το σημερινό τεχνολογικοί μας επίπεδο περιορίζει επί του παρόντος την άμεση αναζήτησή μας για ζωή πέρα από τη Γη στο ηλιακό μας σύστημα, υπάρχουν πολλά πλανητικά σώματα τα οποία είναι ''στόχοι'' για αστροβιολόγους, συμπεριλαμβανομένων των πλανητών Αφροδίτη και Άρη, μαζί με το παγωμένο φεγγάρι του Δία, την Ευρώπη και το μεγαλύτερο φεγγάρι του Κρόνου, τον Τιτάνα. Πέρα από το ηλιακό μας σύστημα, η μελέτη των εξωπλανητών συνεχίζει να διαμορφώνει την κατανόησή μας για το σχηματισμό και την εξέλιξη των πλανητών και της ατμόσφαιράς τους, ορισμένοι από τους οποίους παρουσιάζουν χαρακτηριστικά που διαφέρουν πολύ από αυτά που βλέπουμε στο ηλιακό μας σύστημα.

Σχετικά με το ποιες συμβουλές μπορεί να προσφέρει ο Δρ. Lingam στους επερχόμενους φοιτητές που επιθυμούν να συνεχίσουν τις σπουδές τους στην Αστροβιολογία, ο ίδιος δηλώνει στο Universe Today, ''Θα συμβούλευα τους φοιτητές να ειδικευτούν σε έναν συγκεκριμένο τομέα (στην περίπτωσή μου στη φυσική) - καθώς θα είναι ο βασικός τομέας μέσω του οποίου μπορούν να συνδεθούν με την Αστροβιολογία — ενώ παράλληλα αποκτούν μια ευρεία βάση γνώσεων σε τομείς όπως η χημεία, η αστρονομία, η βιολογία, η γεωλογία και η πλανητική επιστήμη''.

Αρκετά ακαδημαϊκά ιδρύματα στις Ηνωμένες Πολιτείες προσφέρουν τόσο προπτυχιακά όσο και μεταπτυχιακά προγράμματα για την Αστροβιολογία, συμπεριλαμβανομένων του Arizona State University, Florida Institute of Technology, του Penn State University και του University of Washington. Ωστόσο, μπορεί να είναι ασφαλές να υποθέσουμε ότι οποιοσδήποτε επιστημονικός βαθμός επιλογής (degree of choice) θα μπορούσε να οδηγήσει σε μια καριέρα στην Αστροβιολογία, η οποία περιλαμβάνει την έρευνα, την πανεπιστημιακή κοινότητα (academia), καθώς και την επιστημονική επικοινωνία.

Ο Δρ. Lingam ολοκληρώνει λέγοντας στο Universe Today, ''Ο Καρλ Σαγκάν έγραψε για την Αστρονομία: ''Έχει ειπωθεί ότι η Αστρονομία είναι μια ταπεινή εμπειρία που χτίζει χαρακτήρες'' Αυτή η πανέμορφη δήλωση είναι ακόμη πιο εφαρμόσιμη στην Αστροβιολογία, η οποία καταπιάνεται με το μεγάλο θέμα της κατανόησης για τη θέση μας στο μεγάλο κοσμικό σχεδιασμό των πραγμάτων''.

 

Πηγή: https://www.universetoday.com/165513/astrobiology-why-study-it-how-to-study-it-what-are-the-challenges/

''Η γαλαξιακή κατοικήσιμη ζώνη''

Ο πλανήτης μας βρίσκεται στην κατοικήσιμη ζώνη του Ηλιακού μας συστήματος, του προνομιούχου εκείνου σημείου σε κάθε φυσικά αστρικό σύστημα (ως προς την δημιουργία ζωής) όπου το νερό μπορεί να βρίσκεται σε υγρή μορφή στην επιφάνεια ενός βραχώδους πλανήτη. Αλλά αυτό δεν είναι το μόνο ιδιαίτερο πράγμα για εμάς: βρισκόμαστε επίσης στη ''Γαλαξιακή κατοικήσιμη ζώνη'', την περιοχή εντός του Γαλαξία μας όπου ο ρυθμός σχηματισμού άστρων είναι και ο κατάλληλος...

Καλλιτεχνική απεικόνιση του Γαλαξία μας. Εικόνα: Andrew Z. Colvin

Η Γη δημιουργήθηκε με όλα τα απαραίτητα συστατικά για τη ζωή όπως την ξέρουμε – κάτι που λείπει από τους περισσότερους άλλους πλανήτες. Το νερό ως διαλύτης. Τον άνθρακα, ο οποίος έχει την ικανότητά να σχηματίζει μακριές αλυσίδες και να συνδέεται με πολλά άλλα άτομα, σαν ένα ικρίωμα. Το Οξυγόνο, το οποίο εύκολα υπόκειται σε ριζική μεταβολή (ριζοσπαστικοποιείται)  και μετασχηματίζεται από στοιχείο σε στοιχείο, έτσι ώστε να παρέχει τις αλυσιδωτές αντιδράσεις που είναι απαραίτητες για την αποθήκευση και τη συλλογή ενέργειας. Και άλλα στοιχεία όπως το Υδρογόνο, ο Φώσφορος, το Άζωτο. Μερικά στοιχεία συγχωνεύτηκαν στις καρδιές των αστεριών, άλλα δημιουργήθηκαν μόνο σε πιο βίαιες διαδικασίες όπως ο θάνατος των πιο ογκωδών αστέρων (Σουπερνόβα) ή οι συγκρούσεις λευκών νάνων αστέρων.

Και μαζί με αυτό, ένας σταθερός Ήλιος με μεγάλη διάρκεια ζωής, απαλλαγμένος από τις καταστροφικές ηλιακές εκλάμψεις που θα μπορούσαν να πνίξουν το σύστημα με θανατηφόρα ακτινοβολία, παρέχοντας πάνω από 10 δισεκατομμύρια χρόνια ζωογόνου θερμότητας. Τα μεγαλύτερα αστέρια ''καίγονται'' πολύ γρήγορα εκπέμποντας μεγάλες ποσότητας φωτός, και με τη τεράστια βαρύτητά τους να επιταχύνει τις αντιδράσεις σύντηξης στους πυρήνες τους με φρενήρη ρυθμό, αναγκάζοντας τα αστέρια αυτά να ζουν μόνο λίγα εκατομμύρια χρόνια. Και στο άλλο άκρο του φάσματος συναντάμε βρίσκονται οι κόκκινοι νάνοι αστέρες, ορισμένοι ικανοί να ζήσουν για 10 τρισεκατομμύρια χρόνια ή περισσότερο. Αλλά αυτή η μακροζωία δεν έρχεται χωρίς κόστος. Με τα μικρότερα μεγέθη τους, οι πυρήνες σύντηξής τους δεν είναι πολύ μακριά από τις επιφάνειές τους και οποιεσδήποτε αλλαγές ή διακυμάνσεις στην ενέργεια έχουν ως αποτέλεσμα τεράστιες εκλάμψεις που επισκιάζουν τα μισό από τη συνολική τους επιφάνεια βομβαρδίζοντας με ακτινοβολία τα συστήματά τους.

Και επιπλέον, η γαλαξιακή μας γειτονιά μας, βρίσκεται σε ένα μικρό ''κλαδί'' ενός μεγάλου σπειροειδούς βραχίονα που βρίσκεται περίπου 25.000 έτη φωτός από το κέντρο του μητρικού του γαλαξία, όπου φαίνεται κατάλληλη για ζωή: μια γαλαξιακή κατοικήσιμη ζώνη.

Πολύ κοντά στο κέντρο (του Γαλαξία) οποιαδήποτε ''αναδυόμενη ζωή'' πρέπει να αντιμετωπίσει μια επίθεση θανατηφόρας ακτινοβολίας από αμέτρητους αστρικούς θανάτους και κοσμικές εκρήξεις,(Νόβα, Σουπερνόβα, ακτίνων γάμμα κ.λπ.) υποπροϊόντα των πυκνών συνθηκών που επικρατούν στον πυρήνα του Γαλαξία. Ναι, τα αστέρια ζουν και πεθαίνουν, συσσωρεύοντας γρήγορα πολλά από τα βαριά στοιχεία που χρειάζονται για τη ζωή, όμως, τα αστέρια μπορεί να είναι εκατοντάδες φορές πιο κοντά μεταξύ τους στον γαλαξιακό πυρήνα. Η Γη έχει ήδη υποστεί κάποια γεγονότα εξαφάνισης που πιθανόν να προκλήθηκαν από κοντινούς υπερκαινοφανείς (Σουπερνόβα) και όπως αντιλαμβάνεστε σε ένα τέτοιο περιβάλλον απλά δεν θα είχαμε καμία ευκαιρία. Οι εκρήξεις αυτές θα αφαιρούσαν το προστατευτικό στρώμα του όζοντος, εκθέτοντας την ζωή στην επιφάνεια του πλανήτη, στη θανατηφόρα ηλιακή υπεριώδη ακτινοβολία ή απλώς θα αφαιρούσαν την ατμόσφαιρά μας εντελώς στέλνοντάς την στο αχανές διάστημα...

Και πέρα από τη θέση μας, σε μακρινότερες γαλαξιακές ''ακτίνες'', βρίσκουμε μια τρομακτική έρημη, άγονη περιοχή. Ναι, τα αστέρια εμφανίζονται και ζουν τη ζωή τους σε αυτά τα ''περίχωρα'', αλλά είναι πολύ μακριά και πολύ μόνα τους θα λέγαμε για να ''απλώσουν'' αποτελεσματικά την γεμάτη από δομικούς λίθους (βαριά στοιχεία) ''τέφρα τους'' για να δημιουργήσουν ένα μείγμα που να υποστηρίζει τη ζωή. Απλώς δεν υπάρχει αρκετή πυκνότητα αστεριών για να υποστηρίξει επαρκή επίπεδα ανάμειξης και ανακύκλωσης στοιχείων, πράγμα που σημαίνει ότι είναι δύσκολο ακόμη και να χτιστεί ένας πλανήτης εκεί έξω από την αρχή.

Και έτσι φαίνεται ότι η ζωή σχεδόν αναπόφευκτα θα αναδυόταν εδώ, σε αυτόν τον κόσμο, γύρω από αυτόν τον Ήλιο, σε αυτήν την περιοχή του Γαλαξία. Υπάρχουν πολύ λίγα τα οποία θα μπορούσαμε πιθανώς να ονομάσουμε...σπίτι.

Πηγή: https://www.universetoday.com/165380/the-galactic-habitable-zone/