Fosforowodór na Wenus, czyli… fosforowodór na Wenus (Część I)

Najnowsze wieści z Wenus okazały się medialną sensacją. Ostatni raz tak głośną dyskusję o „odkryciu życia pozaziemskiego” mieliśmy w 1996 roku, kiedy poinformowano, że w meteorycie marsjańskiego pochodzenia odkryto skamieniałe pozostałości mikroorganizmów. Ten alarm, od początku krytykowany przez środowisko naukowe jako przedwczesny, jako że okazał się fałszywy, być może ostudził nasz optymizm. Od tamtej pory minęły 24 lata i zmieniło się nastawienie do tematu. Dzisiaj społeczeństwo lepiej orientuje się w tym, że zanim uznamy coś za pewnik, odkrycie musi przejść przez sito weryfikacji, jeśli zaś chodzi o potwierdzenie istnienia obcego życia, ze względu na szczególność tematu, weryfikacja musi być absolutna, według znanej zasady, że wyjątkowe twierdzenia wymagają wyjątkowych dowodów. A twierdzenie o życiu pozaziemskim stoi na piedestale wyjątkowości.

Dlatego też robiąc „przegląd Facebooka” muszę stwierdzić, że tym razem z informacją w mediach nie jest wcale tak źle. Wiadomo, że liczą się przyciągające nagłówki i kto pierwszy ten lepszy (tylko wtedy zależy w czym), ale w przeciwieństwie do sensacji z 1996 roku, kiedy powszechnie ogłoszono odkrycie dawnego życia na Marsie, obecnie prawie żadne media nie podały otwarcie informacji o odkryciu życia poza Ziemią. Prawie. Otrzymujemy raczej newsy mówiące o możliwości, o braku wyjaśnień innych niż biologiczne, konieczności weryfikacji itd. W naszym kraju znaczenie ma oczywiście także fakt, że w zespole badaczy z MIT znajduje się Polak, dr Janusz Petkowski.

Ale ten tekst nie miał być o mediach i społecznej percepcji odkrycia. Co zatem dowiedzieliśmy się dzisiaj o Wenus i jakie wynikają z niego refleksje na temat ewolucji życia?

Oryginalny artykuł opublikowany w „Nature Astronomy” mówi w rzeczywistości stosunkowo niewiele o kwestii życia na Wenus. Dopiero w dalszej części poruszany jest temat „niemożliwości” powstania takiej ilości fosforowodoru w atmosferze planet tego typu, wskazując że zostały przeanalizowane i wykluczone wszystkie znane niebiologiczne sposoby jego wytworzenia. Zrobiono to sumiennie, przeanalizowano tysiące wariantów prawdopodobnych właściwości atmosfery, powierzchni i podpowierzchni Wenus. Jedynym na dzisiaj znanym wyjaśnieniem tego fenomenu jest metabolizm mikroorganizmów żyjących w beztlenowych warunkach, jakie na Ziemi występują na bagnach oraz w jelitach. Jednak nauka w takim wypadku bardziej kładzie nacisk na nieznajomość jakichś procesów geofizycznych lub fotochemicznych, zwłaszcza gdy mamy do czynienia z tak ekstremalną i tajemniczą planetą jak Wenus, niż na uznanie mniej prawdopodobnego wyjaśnienia, mówiącego o życiu na globie tak dla niego nieprzyjaznym.

Sam artykuł dotyczy głównie samego odkrycia fosforowodoru i metod weryfikacji, czy rzeczywiście mamy do czynienia z tym związkiem, ponieważ analiza jego linii absorpcyjnych widma jest procesem skomplikowanym pod wieloma względami. Nie tylko linie niektórych innych związków pokrywają się z fosforowodorem lub są jemu bardzo bliskie, ale także na problem nakładają się inne czynniki mogące fałszować wyniki, takie jak ruch Ziemi i Wenus wzajemnie wobec siebie, kąt padania promieni, czy wreszcie właściwa analiza danych. W przypadku tak niezwykłego odkrycia należało przeprowadzić weryfikację wieloma metodami, wykluczającą możliwość błędnego odczytu.

Czy zatem rzeczywiście mamy do czynienia z fosfiną? Wygląda na to, że tak. Artykuł przedstawiony przez zespół badaczy jest naszpikowany weryfikacjami, wygląda na to, że związek chemiczny znajduje się na Wenus w takiej postaci, jak przedstawiono w artykule.

Zatem co z tą fosfiną i co z tym życiem?

Fosforowodór jest związkiem silnie reaktywnym. Oznacza to, że wiążąc się z innymi pierwiastkami i związkami, szybko znika z atmosfery, jeśli nie jest stale wytwarzany. Skoro występuje w atmosferze Wenus w takiej ilości, oznacza to, że musi być stale produkowany.

Rzecz ma się analogicznie z tlenem występującym na Ziemi. Tlen, jako pierwiastek bardzo łatwo wchodzący w reakcje, może przez to pełnić rolę zarówno destruktywną (jest utleniaczem, a także jest niszczący dla organizmów beztlenowych), jak i odpowiednio wykorzystany może dzięki temu być dobrem energetycznym. To bowiem te pierwiastki, które łatwo ulegają wiązaniom, dostarczają organizmom potrzebnej im energii, natomiast pierwiastki niereaktywne są dla życia praktycznie nieużyteczne. Życie na Ziemi zdołało dostosować się, aby móc używać tlenu, i to właśnie dzięki temu mogła na niej zaistnieć ewolucja organizmów ku większej złożoności, w rezultacie tworząc też człowieka. Złożone organizmy wymagają bowiem zwiększonych zasobów energetycznych, stąd przyjmuje się, że tlen ze względu na swoje wyjątkowe na tablicy Mendelejewa właściwości jest niezbędny do zainicjowania złożonej ewolucji, żaden bowiem inny pierwiastek nie daje takich możliwości energetycznych. Analogicznie jest z węglem jako budulcem związków organicznych, co sprawia, że prawdopodobnie w kosmosie każde życie oparte jest na węglu, a nie na innym pierwiastku.

Jednak z tych samych powodów tlen reaguje ze skałami, wodą i cząsteczkami w atmosferze. Aby zatem mógł istnieć na Ziemi w wolnej postaci, najpierw musiał zostać wytworzony przez organizmy fotosyntetyzujące w takiej ilości, aby przereagować ze wszystkim na planecie, i dopiero wówczas mógł zostać odkładany w atmosferze. Sytuacja ta pozwoliła życiu na Ziemi „rozwinąć żagle”, ale najpierw omal nie doprowadziła do zagłady, ponieważ tlen był toksyczny dla wcześniejszego, beztlenowego życia. Wydarzenie to znane jest jako katastrofa tlenowa i nieraz określane jest jako pierwsze masowe wymieranie. Wspomnę o tym w dalszej części.

Gdyby na Ziemi wyeliminować roślinność, tlen związałby się z innymi pierwiastkami i zniknąłby z naszej atmosfery w czasie, który w skali geologicznej jest jak mgnienie oka. Z tego powodu niektórzy badacze uważają, że tlen atomowy (O+) występujący w jonosferze jakiejś innej planety mógłby być uznawany za biomarker, analogicznie jak to jest na Ziemi, ponieważ byłby silnym wskaźnikiem występowania na planecie fotosyntezy.

A jak jest z fosforowodorem?

Fosfina dopiero od zaledwie roku funkcjonuje jako tzw. biomarker, czyli taki związek, którego pochodzenie może sugerować zachodzące procesy biologiczne, bo jest trudne do wyjaśnienia poprzez abiotyczne wydarzenia. Autorami pracy sugerującej tę metodę jest zresztą ten sam zespół badaczy, który dokonał obecnego odkrycia, w którego skład wchodzi dr. J. Petkowski.

Odkrycie z Wenus ma jednak dłuższą historię. Już w roku 1967 H. Morowitz, P. Birch i C. Sagan (ten ostatni jest także cenionym pisarzem popularnonaukowym i literatury s-f) zasugerowali, że w wysoko położonych nad powierzchnią Wenus chmurach mogą istnieć temperatury i ciśnienie dogodne do tego, aby mogły w nich występować mikroorganizmy. Był to jednak jeden z wielu pomysłów spekulatywnych będących na granicy nauki i fantazji, analogicznych do tego, jak dziś w „astronomicznej popkulturze” funkcjonują tacy naukowcy-pisarze jak Michio Kaku czy Neil deGrasse Tyson, często wybiegający spekulacjami poza granice nauki.

Jednak dwa lata temu grupa badaczy dokonała dość ciekawego odkrycia. Od bardzo już dawna było wiadomo, że na tle chmur wenusjańskich pojawiają się także pewne ciemne smugi i plamy, nie wiadomo jednak było, co dokonuje tej absorpcji światła. Dzięki krążącej wokół Wenus od 2015 roku sondzie Akatsuki astronomowie zaobserwowali, że absorpcja zachodzi na wysokości 47,5-50,5 km za sprawą drobin kwasu siarkowego oraz jakichś innych cząsteczek, których identyfikacji nie dało się dokonać. Wysokość ta odpowiada warunkom wskazanym wcześniej przez Morowitza, Bircha i Sagana, natomiast samo zjawisko plam i smug zmienia się w czasie i wizualnie przypomina zakwity bakterii w środowiskach wodnych znanych na Ziemi. Zasugerowano jako jedną z możliwości, że może to być jakiś rodzaj fotosyntezy, czyli analogicznie jak u ziemskich roślin rodzaj metabolizmu oparty na poborze światła.

Jak wspomniałem, zespół badaczy, w skład którego wchodzi dr. Petkowski, ledwie niedawno wyznaczył fosforowodór jako warty uwagi biomarker, aby zaraz zupełnie niespodziewanie odnaleźć go w chmurach Wenus, czyli tam, gdzie w ogóle nie należało się go spodziewać, ale gdzie już dokonano ciekawych odkryć. Fosfina została odkryta w nieco wyższym pasmie chmur niż wspomniana absorpcja światła, na wysokości 53-61 km, jednak badacze wskazują, że może ona powstawać albo na tej wysokości, albo niżej i być do niej transportowana. Analiza wykazała także, że związek ten znajduje się jedynie w strefach „umiarkowanych”, nie występuje natomiast przy biegunach planety, co mogłoby wskazywać na preferowanie „umiarkowanych” warunków przez tamtejsze organizmy. Tego zresztą należałoby się spodziewać po przyzwoitym życiu.

Fosforowodór (PH3) został wykluczony jako powstający w abiologicznych procesach, po przeanalizowaniu tysięcy scenariuszy warunków panujących na Wenus, w bardzo szerokich zakresach temperatury i ciśnienia, przy użyciu całej dostępnej obecnie wiedzy zarówno o tej planecie, jak i w ogóle o planetach skalistych. Wykluczony został wulkanizm, wyładowania atmosferyczne, dostarczenie związku przez komety i meteoryty. PH3 wykryto wcześniej w atmosferach planet gazowych, na Jowiszu i Saturnie, jednak tam jego istnienie jest wytłumaczalne. Ogromne masywne planety w głębszych pokładach atmosferycznych dysponują ciśnieniem, do którego warunki nawet na piekielnej Wenus nie zbliżają się o całe rzędy wielkości.

Wydaje się, że wszystko to razem wzięte znacząco wzmacnia przesłankę o biologicznym pochodzeniu związku na najbliższej nam planecie. Trzeba przyznać, że jak dotąd jest to najsilniejsza wskazówka w historii badań astronomicznych, że możemy mieć do czynienia z organizmami nieziemskiego pochodzenia, przekraczająca hurraoptymistyczne doniesienia z 1996 roku, jak i niedawne dotyczące odkrycia związków organicznych w lodowych pióropuszach Enceladusa. Mimo wszystko… to tak naprawdę wciąż mało, a w przypadku Wenus występują w tym temacie duże problemy oraz sprzeczności założeń.

Czytaj dalej: Część II

Bibliografię znajdziesz na końcu Częsci III

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie na Google

Komentujesz korzystając z konta Google. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj /  Zmień )

Połączenie z %s