Összefoglalás: égitestek fejlődési tendenciái, és asztrobiológiai kutatások (élet lehetősége a Naprendszerben)

Átírás

1 Összefoglalás: égitestek fejlődési tendenciái, és asztrobiológiai kutatások (élet lehetősége a Naprendszerben)

2 Témakörök: égitestek fejlődése belső szerkezet jellegzetes fejlődési utak geokémiai átalakulás élet lehetősége a Naprendszerben folyékony víz előfordulása szerves anyag előfordulása Enceladus asztrobiológiai potenciálja Titan asztrobiológiai potenciálja Europa asztrobiológiai potenciálja Mars asztrobiológiai potenciálja bolygóközi anyagcsere megjegyzések a ZH-val kapcsolatban

3 Égitestek fejlődése, fejlettsége Fokmérők: átalakultság mértéke ősi, először összeállt anyag (nem alakult át) legősibb anyag: kondrit meteoritok, bennük kondrumok (apró, gömb alakú, megdermedt szilikát kristály, csak át nem alakult anyagban) szintén nagyon ősi anyag van üstökösmagokban (de ez kevéssé vizsgált) változó összetétel, váltózó szerkeze differenciáltság mai belső aktivitás (vulkanizmus, tektonika) felszín kora

4 Égitestek fejlettsége szerinti típusok - belső szerkezet alapján Naprendszer keletkezése: laza szerkezetű anyag összetapadása a fősíkban elsődleges kozmikus kőrakás (pl.mathilde) kissé átalakult, tömörödött (pl. Chiron) erősen átalakult, differenciálódott (pl. Mars) széttörés, esetleg újra összeállás másodlagos kozmikus kőrakás (pl. Dacty) klasszikus égitestek, a kurzusban vizsgált égitestek többsége

5 Égitest típusok - átalakult, differenciálódott égitestek belső szerkezete szilikátos, Föld-típusú összetétel primitív kisbolygó Ceres Hold Mars Föld jeges összetétel primitív üstökösmag nagyobb KBO-k, TNO-k Callisto Ganymedes Europa (de főleg szilikát, csak kívül jég) ÁTALAKULÁS MÉRTÉKE

6 Égitestek belső szerkezete az átalakulás eltérő mértéke szerint Belső energiaforrások vulkanizmus + tektonika, ezek következtében: erősebb belső diferenciáció folyadékburok és gázburok létrehozása, fent tartása

7 Felszín átalakulás a külső erőktől tömeg kevéssé befolyásolja de légkör megtartása fontos főleg napsugárzás hatására jég, folyadék, szél, mállás, lejtős tömegmozgás Föld Mars Vénusz Merkúr Hold Phobos

8 Asztrobiológia mi az asztrobiológia? nem külön tudomány új interdiszciplináris témakör, közös nyelv a kutatóknak Földön kívüli élet lehetőségét vizsgálja, ennek részeként föli élet eredetét, extrém föli életformákat természettudomány: megfigyeléséket használ abból elméleteket gyárt azokat cáfolja/igazolja változik, fejlődik Anyagfejlődés lépései: nehéz elemek keletkezése csillagközi fejlődés (szerves molekulák) bolygók keletkezése (víz, szerves anyag, molekula stabilitás) prebiotikus fejlődés a bolygókon élet keletkezése a bolygókon (de eddig csak egyetlen példa: Föld)

9 Elemek keletkezése (hogyan) Atommagok keletkezése: fúzió neutronbefogás radioaktív bomlás foto-dezintegráció

10 Elemek keletkezése (hol) nukleoszintézis (atommagok keletkezése): Ősrobbanás után 3 perccel: hélium nagy része csillagokban H He, és attól felfelé fúzió He és Fe között neutronbefogás egyéb, köztük nehéz elemek is szupernóva-robbanásokkor vasnál nehezebb elemek is (főleg neutronbefogással) csillagközi térben: maghasadás kozmikus sugaraktól: Li, B, Be anyagkibocsátás csillagszelek planetáris ködök szupernóva-robbanások

11 Csillagközi anyag kémiája kb. 150 molekula glicin, legegyszerűbb aminosav is főleg jégszemcsék belsejében keletezés: főleg molekulafelhők (alárendelten csillaglégkörök is) Az aztribiológia legújabb eredményei, Kereszturi Ákos, Szombathely

12 Az aztribiológia legújabb eredményei, Kereszturi Ákos, Szombathely Csillagközi anyag kémiája szénhidrogén molekulák 3-4 milliárd évvel az Ősrobbanás után is, heves csillagkeletkezést mutató galaxisokban molekula keletkezés a nyugodtabb, hideg tartományokban is legutóbb CH 3 CONH 2, H 2 C 3 O, CH 2 CHCHO, CH 3 CH 2 CHO, CH 2 CNH, CH 3 C 5 N, CH 3 C 6 H, CH 2 CCHCN laboratóriumban H 2 O, CH 3 OH, NH 3, CO, CO 2 jegek + vákuum + 12 K + UV: 16-féle aminosav kiralitás: földi élőlények balos aminosavakat használnak világűrben nem mutatkozik ilyen túlsúly

13 Asztrobiológia

14 Élet lehetősége a Naprendszerben Vezérfonalak: folyékony víz szerves anyag reakciókat elősegítő, de stabil környezet idő a kombinálódásra

15 Felszín alatti folyadékok Föld típusú bolygókon kevés jég holdakban sok főleg árapály eredetű hőtől Europa Titan Enceladus Ganymedes? Callisto?

16 Enceladus asztrobiológiai potenciálja aszimmetrikus, ritka légkör vízjég felszín árapály fűtés délen aktív területek, Tigriskarmolások : párhuzamos törések fiatalok, finomszemcsés anyag környezetüknél melegebbek repedésekből anyagkiáramlás folyékony víz heves párolgása? H 2 O, CO 2, szerves anyag

17 A Titan asztrobiológiai potenciálja magaslégköri szerves szmog aminosavak? CH halmozódás a felszínen aktív körforgás, kémiai átalakulások mélységi víz-ammónia óceán víz-ch érintkezés? CH alapú kémia CH alapú élőlények elvi lehetősége

18 Az Europa asztrobiológiai potenciálja felszín alatti víz óceán óceán fenekén vulkáni hőforrások felszínről oxidált, mélyből redukált anyagok kerülnek a vízbe

19 Marsi élettel kapcsolatos adottságok Miért érdekes: Földhöz leginkább hasonló felszín Egykori viszonyok: folyékony víz idős agyagásványok enyhe, nedves környezet Mars keletkezése után ősi Földre hasonlíthatott de nem tudni mennyire Mai felszíni viszonyok: hideg (néha -120 C, de néha +10 C) erős UV sugárzások (földi élőlények órákig bírnák csak ki) általában nagyon száraz agresszív kémiai környezet (oxidánsok, peroxidok, hiperoxiok) + de a szén-dioxid légkör nem nagy gond (egyes mikrobák tiszta szén-dioxiban megélnek) Felszín alatti viszonyok: alig ismertek mai aktív hőforrás nem látszik talán millió éve voltak még vulkánkitörések esetleg a mélyben ma is van meleg környezet, ahol a jég olvad Az aztribiológia legújabb eredményei, Kereszturi Ákos, Szombathely

20 Marsi élettel kapcsolatos vizsgálatok Légköri metán bomlik Nap UV sugárzásától, folyamatos utánpótlás felszín alól földi légköri metán főleg biogén marsi nem ismert, ha vulkanikus, az is jó jel Viking-űrszondák kísérletei (1970-es évek): marsi talajmintába víz, szerves anyag keverése főleg negatív eredmények, de nem egyértelmű szerves anyag nem mutatkozott a felszínen marsi meteoritok: szerves anyag tehát van, de nem a felszínen (ott agresszív oxidánsok lebontják) ALH 84001: esetleges ősi életnyomok: karbonát szemcsék (langyos vízből kivált) nem egyensúlyi ásvány együttesek (földön gyakran biogén) magnetit láncok (földi magnetotaktikus baktériumokéra emlékeztet) fosszília alakzatok de egyértelmű jel a marsi életre még nincs Az aztribiológia legújabb eredményei, Kereszturi Ákos, Szombathely

21 Felszíni víz mai lehetősége a Marson Szükséges: megfelelő p/t viszonyok (0 C és 6,11 mbar felett) kellő mennyiségű H 2 O hőbevétel az olvadáspont környékén haladja meg a hőveszteséget Probléma: kis légnyomás általában túl hideg ahol ideálisak a viszonyok, ott a vízjég sem marad sokáig Ha mégis megolvad a jég, mitől lehet: besugárzásos besugárzás + szilárd fázisú üvegházhatás belső hő (eddig nem találtak hőanomáliát) olvadáspont csökkentés Csak besugárzásos úton: szükséges hőmérséklet egyenlítőtől délre, közepes és alacsony szélességeken itt azonban magas területek légnyomás a hármaspont alatt szükséges nyomás: északi féltekén és délen a Hellas-, és Argyre medencében de mindez apszisvonal forgásával változik

22 Ha folyékony víz lesz, az sem marad meg sokáig, mert: Megfagy: modellek: max. cm/h sebességgel fagy a tiszta víz a Marson ritka légkör konvektív hőveszteség kisebb, mint a Földön párolgáskor elszállított hőveszteség nagyobb a Földnél (nagyobb vízmolekulák átlagos szabad úthossza) Elforrás: folyadék telítési gőznyomása > légnyomás buborékképződés tiszta víz általában forr a Marson (forráspont kb. +4 C) kritikus nyomás sok brine (tömény sóoldat) esetében alacsonyabb a mai átlagos légköri nyomásnál Párolgás: légkör telítettsége befolyásolja csökken a sótartalommal a felszínen szulfátok 8-15%, kloridok és bromidok 0,5-1,5%

23 Sóoldatok (brine-ok) Előny: alacsony olvadáspont lassú párolgás Hátrány: nehéz belőle a vízfelvétel

24 Folyékony víz ma? Phoenix, északi sarkvidék Néhány cm mélységben: jég perklorát (ClO 4 ) olvadáspont csökkentő egyes élőlényeknek kedvező, másoknak kedvezőtlen agyagok, karbonátok, sók víz az elmúlt 10 millió éven vízcseppek a lábon?

25 Víz mikroskálájú megjelenése Kapilláris víz, vízfilm -20 C felett, jég és kőzet szemcsehatároknál száraz légkörben eltávozik Adszorbeált H 2 O réteg: kb. -75 C-ig létezik szilárd felületeken néhány molekula vastag 2 dimenziós folyadék bárhol a Marson, ahol vízjég és ásványi felület érintkezik erős kötődés, geológiai időskálán is stabil adszorbeált víz kapilláris víz Mary Voytek, MEPAG Az aztribiológia legújabb eredményei, Kereszturi Ákos, Szombathely

26 Lehetséges mai vízfolyásnyomok 1. Sárfolyások (gullies) olvadó hófoltok valószínű) felszín alól kitörő sós víz? nem is víz? elmúlt 1-3 millió évben V-1 30 MPF V-2 MER-B MER-A Horton Newsom, MEPAG Horton Newsom, MEPAG

27 Lehetséges vízfolyásnyomok 2. Lejtősávok (nyakkendők, slope streaks) alacsony szélességen porlavinák? antarktiszi analógia (Head 2007) inkább száraz porlavinák Horton Newsom, MEPAG Head et al

28 Lehetséges vízfolyásnyomok 3. DDS-szivárgás (Dark Dune Spotsseepage) besugárzás + jég hőszigetelése + adszorbeált víz nedves szemcsefolyás? magas déli szélesség (50-80S) helyi tavasz (Ls= ) Collegium Budapest, Mars Astrobiology Group

29 Mit bírnak ki a földi élőlények? Vizsgálati szempontok: szaporodni képes csak anyagcserére képes semmire nem képes, de jó körülmények között feléled soha többé lesz többé aktív Hőmérséklet határok: -15 C (Crypotendolithotrophs baktériumok) +113 C (Pyrococcus furiosus) Víz aktivitás (relatív nedvességtartalom, H 2 O elérhetősége) >~0,6, vízgőz is elég Lúgosság-savasság határok: ph=13 (Plectonema nostocorum) ph=~0 (Cyanidium caldarium) Sóoldat határok: Dunaliella salina telített sóoldatban is Nyomás határok:? min atmoszféra Sugárzás határ: Deinococcus radiodurans: emberre halálos dózis 2000-szerese Inaktív állapot túlélése: Streptococcus mitus Surveyor-3 szondán: 2,5 év a Holdon, kameráját visszahozták, utána a Földön életképes volt földi mintáknál: 1-10 millió év Nem kell feltétlen: napfény oxigén

30 Mai marsi élet keresési határainak kijelölése Extremofilek tűrőképességének határai: T > -15 C (-20 C?) víz aktivitás a w > 0,6 Marson kereséshez határt ki kell jelölni: MEPAG (Mars Exploration Program Analysis Group) Special Regions -20 C feletti hőmérséklet 0,5 feletti víz aktivitás Megfelelő környezetek/időszakok keresése: hőmérséklet víz Felszínen nehéz Felszín alatt jobb, de ismeretlen Az aztribiológia legújabb eredményei, Kereszturi Ákos, Szombathely

31 További paraméterek: felszíni kémiai összetétel Felszíni összetevők: C, H, N, O, P, S stb. elérhetők a felszínen szerves anyag szinte nincs mérgező nehézfémek (Zn, Ni, Cu, Cr, As, Cd stb.) agresszív oxidánsok (peroxidok, hiperoxdok) Szerves anyagok: Viking kimutatási szint alatti pedig meteoritokban hullik szenes kondritok anyagának kb. 3%-a ez az oxiánsok pusztítják a szerves anyagot a felszínen Oxidánsok (H 2 O 2 stb.): szerves anyag gyors lebontás Viking LR kísérletek félrevezetése (egyiknél gáz fejlődött)? keletkezés: porördögök UV sugárzás + H 2 O

32 Földi analógiák vizsgálta Földi analógiák típusai: környezetek, folyamatok, élőlények csak részleges analógiák extrém életformák bolygónkon Mars szimulációs kamra kísérletek ált. inaktív állapot túlélése de kevés megfigyelés, korlátozott kísérletek Stressz hatás / túlélési stratégia UV védő pigmentek sziklaborítás Kocsonyaburok Pára csapdázó antennák Mars analog for low temperature Gloeocapsa atrata, G. punctata, (Devon-sziget) Miocrocoleus chthonoplastes, Chroococcidiopsis (Antarktisz) Mars analog for dryness hypolithic colonies (wind shaded voids) Microcoleus chthono-plastes (tunéziai Szahara) Microcoleus chthono-plastes (tunéziai Szahara) Mars analog for UV radiation Tolypothrix, Nostoc (Tunéziai Szahara, Nyra Matmatától) Symplocastrum, Microcoleus (Western Australia, Barlee Lake area), fibre optics strategy Évszakos vándorlás Microcoleus paludosus (tunéziai Szahara, El Hamma-Kabili út)) Microcoleus paludosus (tunéziai Szahara, El Hamma-Kabiliút)

33 Lehetséges földi analógiák Permafroszt állandóan fagyott terület fent aktív réteg, alatta örökfagy kőzetszemcsék és a közöttük lévő jég együttese H 2 O 0 C alatt sem fagyott teljesen 8-3%-a folyékony az ásványok felületén, nagyobb zárványokban Élőlények: kemoszintetizáló baktériumok lefelé legalább -10 C-ig aktívak Duane Froese Állandóan hideg környezet előnye: stabilitás sugárzást jobban bírják Hátrányok: lassítja a kémiai- és életfolyamatokat Permafroszt a Marson földinél sokkal idősebb: 2-3 milliárd éves Richard Hoover, NASA

34 Lehetséges földi analógiák Kriptobiotikus kéreg kőzetek külső, 1-3 mm vastag rétege cianobaktériumok (fotoszíntetizálnak), gombák, zuzmók gyakran száraz víz visszatartás UV védelem: fent pigmentált élőlények, és ásványszemcsék Túlélési stratégiák: szárazból nedvesbe kidugott antennák UV-szűrési munkamegosztás nedvesség szerinti évszakos mozgás száloptika stratégia Pócs Tamás Pócs Tamás

35 Pánspóra (pánspermia) elmélet Élőlények kilövése az űrbe: becsapódás túlélése (p, T) baktériumok a felszínről zivatarral, szelektől emelkednek töltések + globális mágneses tér tovább emelkedés főleg Naprendszeren belül Kozmikus kitettség sugárzások védő kőzetréteg Visszatérés/leszállás egy bolygóra légköri felhevülést túl kell élni becsapódás előtt le kell lassulni STONE kísérlet mesterséges meteorit légköri visszatérés: fúziós kéreg élőlénynek legalább 2 cm vastag védőburok fosszília könnyen megmarad

36 Földi prebiotikus fejlődés világűrből behulló H 2 O tartalmú kisbolygók, üstökösmagok kisbolygókban sok szerves anyag, köztük aminosavak is légköri haladás közben lelassulhat ha becsapódáskor meg is semmisül, egyes molekulák még újra összeállhatnak

37 Megjegyzések a ZH-val kapcsolatban aktív vulkanizmus ma: Föld, Io, Triton (de máshol NEM) sok rövid, kifejtendő kérdés 60 perc alatt megírható minden témakörből puskázni nincs értelme, nagyfokú szigor is lesz! jegyek: rövid, 1-3 pontos kérdések 0-50% = % = % = % = % =5 50% alatt elégtelen, pót-zh-t kell írni