Astrobiologins utveckling

Astrobiologi

Astrobiologin har gått från mer filosofi till mer vetenskap under de senaste årtusendena och speciellt de senaste årtiondena.

Filosofer kommer fram till att Jorden är världens mittpunkt

Filosofer har under årtusenden i perioder filosoferat om liv på andra ställen.

Filosofen Thales (624 fKr - 548 fKr), som grundade den västerländska filosofin 600 år fKr, ansåg att det borde finnas många världar med liv.

Metrodorus ansåg 400 år fKr att det liksom ett vetefält har mer än en vetestång så bör ett oändligt universum ha mer än en levande värld.

Platon (ca 425 fKr - 348 fKr) och Aristoteles (384 fKr - 322 fKr) gick dock segrande ur denna teologiska kamp runt 350 f Kr med åsikten att Tellus är unik och är i mitten av Universum. Aristoteles publicerade i "On the Heavens" där han skrev att till skillnad från fysiken på och runt Jorden så är fysiken längre bort helt mekaniskt styrd och fixplaneterna går i perfekta cirklar.

Claudius Ptolemaeus (100-170), som bodde och verkade i Alexandria i Egypten under Romarrikets era, publicerade ca år 150 eKr "Almagest" där allt går i perfekta cirklar utanför Saturnus. En åsikt som stödde Aristoteles åsikt och som bestod i mer än 1000 år. Anledningen till de perfekta cirklarna kan rimligtvis komma av att både Solen och Månen är runda. Hade vi levt på Mars, som har de irreguljärt formade månarna Phobos och Deimos, så hade vi troligtvis inte anammat fixsfären lika länge som Homo Sapiens nu gjorde.

Den vetenskapliga revolutionen och den heliocentriska världsbilden

På 1400-talet började den vetenskapliga revolutionen ta fart med centrum i Italien där Bologna blev det första universitetet.

Nikolaus Kopernikus (1473-1543), utbildar sig i Italien och blir inspirerad av arabiska vetenskapsmän som under den mörka medeltiden inom kristendomen har fortsatt utveckla världsbilden. Kopernikus har självbevarelsedrift och publicerar först när han var döende sitt livsverk "De revolutionibus orbium coelestrium" ("Omloppet av himlakroppar"). Där är Solen i mitten och planeterna ut till Saturnus går i omloppsbana runt Solen. För säkerhets skull så tillägnar han verket till den sittande påven Paulus III. Kopernikus levde sina sista år i Frombork vid Östersjön.

Giordano Bruno and me at Campo di Fiori

Giordano Bruno (1548-1600) ansåg att inte Nikolaus Kopernikus hade gått tillräckligt. Och han var rebell av naturen. Han trodde på den heliocentriska världsbilden och till och med att det finns andra solar med planeter runt sig som har liv. Bruno förbannades av Lutheranerna i Tyskland, Kalvinisterna i Schweiz och katolikerna i Rom. Men han fick bl a föreläsa vid Oxford. Giordano spred insikten att Solsystemet bara är ett av nästan oändligt många. Till slut så fängslades han av Inkvisitionen. Kyrka och stat var under denna tidsålder ett. Han satt i fängelse i åtta år och torterades. Och brändes till slut på bål på Campo di Fiori i Rom. Det finns idag en staty efter Bruno på platsen där han brändes.

Med insikten att Jorden roterar runt Solen, som Kopernikus och Bruno hade etablerat, fick tankar på liv på andra ställen ett uppsving. Johannes Kepler (1571-1630) trodde på bebodda planeter. Christiaan Huygens (1629-1695) skrev år 1698 i boken "Cosmotheoros" om att alla solar som finns där ute måste ha mängder av planeter med egna växter och djur. År 1755 var utomjordiskt liv så vanligt att Immanuel Kant (1724-1804) skrev om intelligenta jupiterbor och amorösa venusianer.

Teologer argumenterade mot utomjordiskt liv år 1853 i ”Of the plurality of life” enligt något dom brukar kallas Rare Earth hypothesis.

Kemin för att skapa grundläggande liv, enligt Charles Darwin (1809-1882) år 1871, är att det möjligtvis svårt att skapa när det väl finns liv i form av bakterier (TBC).

Giovanni Schiaparelli (1835-1910) pratade om ”Canali” på Mars vilket visade sig vara optiska illusioner. Det översattes felaktigt från italienskan av Percival Lowell (1855-1916) till kanaler och som argumenterade för intelligent liv på Mars.

Miller-Ureys experiment

Ryssen Alexander Oparin (1894-1980) och britten J B S Haldane (1892-1964) visade på 1920-talet att grundläggande liv har uppkommit utan syre. Det är till och med en förutsättning med en syrefri atmosfär eftersom syret annars konverterar molekylerna, som består delvis av kol, till koldioxid.

Miller-Ureys experiment utfördes år 1952 av Stanley Miller (1930-2007) vid universitetet i Chicago med Nobel-pristagaren Harold Urey (1893-1981) som hjälp och handledare. Vatten värmdes upp i en kolv, så att det avdunstade till gasform. Metan (CH4), ammoniak (NH3) och vätgas (H2) var tillsatta till det slutna systemet. Blandningen utsattes därefter för elektricitet, som användes för att simulera åska. Blandningen kyldes därefter ner och fick kondensera i systemets lägsta punkt. Cykeln började därefter om från nytt. Efter en vecka visar det sig att en väsentlig mängd av kolet, ca 20 %, har omvandlats till tyngre aminosyror som ansamlats som en grå massa i systemets botten. Miller rapporterade år 1996 att elva aminosyror bildas i detta grundläggande experiment. Senare undersökningar av hans prover visar att i själva verket mer än alla de 20 stycken i Jordens naturen förekommande aminosyrorna producerades i Millers experiment.

I naturen är alla dessa 20 stycken aminosyrorna vänsterhänta symmetrimässigt. Det tyder på att alla aminosyrorna i naturen har bildats på samma ställe eftersom vissa av dem de lika gärna hade kunnat vara högerhänta. Eller så behöver alla aminosyrorna passa ihop och de högerhänta har konkurrerats ut. Aminosyror av en viss orientering kan ha utvecklats av en viss polarisering av ljuset från stjärnan. I Tellus och Solsystemets fall kan det polariserande ljuset ha komit från den Wolf-Rayet-stjärna som orsakade nebulosans kollaps som vi bor i. Det är konstaterat att kollapsen inte berodde på en supernova. Miller-Ureys experiment tyder på att aminosyror uppstår lätt ur grundläggande kemi.

Genom s k prebiotisk kemi så slår lättare kemiska molekyler ihop sig till tyngre. Vilket kan bilda aminosyror.

Genomet kartläggs

Erwin Schrödinger (1887-1961) kopplade i boken ”What is life?” liv till entropi tydligare än andra år 1944. Organismer behöver minska sin entropi, för att undvika att det blir för hög, genom att äta växter och växtderivat som har tagit emot fotoner från Solen.

Francis Crick (1916-2004) och James Watson var inspirerade av Schrödingers ”What is life?” när de utvecklade dubbelhelixen runt år 1951 till 1953. Dessutom hade de konkurrens av den framstående kemisten Linus Pauling (1901-1994), som fick Nobelpriset i kemi redan året efter, med att hitta detaljerna om genomet.

Framväxt av livsdefinition

Det är ganska svårt att definiera vad som är liv definitionsmässigt.

Metabolism behövs för att leva och delas in i anabolism, som är uppbyggande av molekyler, och katabolism som är nedbrytande av molekyler för att skapa energi.

Begreppet astrobiologi grundläggs

I artikeln "Life on other Worlds", i februarinumret år 1955 av astronomitidningen Sky & Telescope, användes termen Astrobiologi av Otto Struwe (1897-1963). Han tänkte använda titeln Astrobiologi men ansåg att tiden inte var mogen än för en helt ny disciplin av astronomin. Struve var inspirerad av Gerard Kuipers (1905-1973) artikel "Planetary Atmospheres on the Earth and Planets" från 1952, för att beskriva sökandet efter utomjordiskt liv. Även ryssen Gavriil Tikov (1875-1960) var en stark förespråkare för astrobiologin.

Astro i astrobiologi kommer delvis från att alla atomer som liv baseras på förutom väte har skapats i stjärnor.

För att anse att en cell är vid liv behövs 1. Metabolism, 2. Halvgenomtränglig cellvägg och 3. Genom.

NASAs definition av liv är studerandet av ursprung, utveckling, fördelning och framtiden för liv i Universum. Det är förmodligen den bästa definitionen av liv som har formulerats.

År 1996 upptäcktes meterorit i Antarktis från Mars som tyder på liv som fossiliserats.

Rare Earth-hypotesen

Rare Earth-hypotesen började år 1853 i och med boken "On the plurality of life" kom ut. Då var den motiverad av kyrkans makt genom att anse kunna motivera att det bara finns en gud; den kristna guden. Finns det flera planeter med liv skulle kyrkans makt inskränkas betänkligt. Idag är det andra faktorer som motiverar Rare Earth-hypotesen. Men i grund och botten handlar det fortfarande om makt.

Ekvationen för Rare Earth-hypotesen är väldigt intressant eftersom den vid en närmare anblick visar sig motverka hypotesens syfte och att det finns enormt mycket liv i Vintergatan och Universum enligt denna.

Exoplaneter upptäcks

Planeter utanför vårt solsystem har upptäckts tack vare bättre mätinstrument och mätmetoder framförallt utvecklade av Gordon Walker (1935- ) och Bruce Campbell (1946- ). År 1992 publicerade den polske astronomen Aleksander Wolszczan (1946- ) och Dale Frail artikeln om den första s k exoplaneten genom att studera omloppstiden hos dubbelpulsaren PSR 1257+12. Sedan dess (2019-01) har mer än 4000 st exoplaneter upptäckts och mer än 30 stycken som har mindre massa än två jordmassor inom den beboliga zonen. Det har funnits och finns går väldigt systematiska planer på att hitta jordlika planeter med atmosfärer med Kepler, TESS och JWST.

Mängder av exoplaneter har upptäckts från 1990-talet som kan ha liv. Med början runt neutronstjärnor med början av polacken Aleksander Wolszczan (1946- ) år 1992. År 2013 sköts satelliten Kepler upp och kom att bli den mest framgångsrika satelliten sedan HST.

År 2018 sköts TESS (Transiting Exoplanet SS) upp som studerar hela omgivningen runt Tellus upp till ca TBD ljusår bort.

Fermiparadoxen

Enrico Fermi (1901-1954) diskuterade en dag i början av 1950-talet på väg till lunch, under tiden vid Los Alamos National Laboratory, tillsammans med kollegorna Emil Konopinski, Edward Teller och Herbert York en tecknad serie där utomjordingar skämtsamt beskylldes för att ligga bakom försvinnandet av kommunala soptunnor. Fermi sade "Var är alla (utomjordingar)?" vilket alla i sällskapet omedelbart förstod vad han menade med. Enrico gjorde snabbt några överslagsberäkningar och kom fram till att Jorden bör ha blivit besökt för länge sedan och flera gånger om. Detta ledde till paradoxens namn.

Konstantin Tsiolkovsky (1857-1935), som var pionjär inom rymdfart i Sovjetunionen, funderade på denna paradox under 1930-talet. Tsiolkovsky var även fast troende att liv utanför Jorden finns. I ett icke publicerat manuskript från år 1933 argumenterade han att Jorden borde vara besökt för länge sedan och att anledningen till att vi inte ser dem är att mänskligheten inte är redo än för kontakt med högre stående varelser. Han kallade detta för Zoo-hypotesen.

Zoo-hypotesen återspeglar sig även i science fiction serien "Star Trek" där den intergalaktiska Federationen har som princip att inte inkräkta på planeter som inte har uppnått en viss mogenhet.

Hur uppkommer liv? Mitokondrier, kloroplaster

Vilka betingelser måste råda på en planet för att liv skall kunna utvecklas till högtstående och intelligent liv?

  1. Enkelstjärna av A-, F-, G-, K- eller M-typ: Detta leder till att huvuddelen av ljuset ligger i "rätt" energiintervall och att stjärnan inte avviker från huvudserien innan intelligent liv har hunnit utvecklas, något som tar åtminstone ett par miljarder år.
  2. Rätt avstånd ifrån stjärnan: Planeten måste ligga på lämpligt avstånd från stjärnan för att det skall bli lagom varmt.
  3. Lämplig atmosfär: Planeten måste bilda en lämplig atmosfär. En förutsättning för detta är att planeten är tillräckligt stor så att atmosfärspartiklarnas hastighet understiger planetens flykthastighet. Månen är till exempel för liten i detta sammanhang. Dessutom måste atmosfären vara lagom tjock så att lagom med kosmisk strålning når ner till biosfären och kan mutera DNA:t lagom mycket för att en del av varelserna slumpmässigt skall kunna förbättra sina gener.
  4. Jupiterliknande planet utanför: Krävs för att kometer och asteroider - som har en tendens att förhindra eller åtminstone begränsa utvecklingen av liv på en planet - skall hindras från att slå ner på planeten. Jupiter tar i Solsystemet hand om ungefär nio av tio större objekt som annars skulle kunna slå ned på Jorden.
  5. Årstider. Lämplig tid på dygnet. Ganska cirkelformad bana runt stjärnan.

Var uppkommer liv?

Troligtvis uppstod de första livsformerna på Jorden inte på land utan på havets botten där varma källor, uppvärmda utav magna ifrån jordens inre, släpper ut varmt vatten. Dessa livsformer levde alltså inte på ljus utan på värme.

Liv uppkommer troligtvis lättast vid ytan i hav där vatten utblandad med andra kolbaserade ämnen samverkar med atmosfären och elektriska urladdningar mellan dem. Detta kan leda till att att mer komplicarade kemiska strukturer som aminosyror - som är grunden för livet på Jorden - bildas.

Kan liv spridas i galaxen?

Panspermia. Millikovski. Paul Davies. Fred Hoyle.

Kan liv vara baserat på annat än kol och vatten?

Ja, troligen, men helt säkert är det inte. Kisel är den främsta alternativa kandidaten.

Det finns bara hundratalet grundämnen i det periodiska systemet och av dessa är helt klart kol det grundämne som kan leda till komplicerade kemiska strukturer (se t ex på Buckmeister bollen). I andra universa kanske lågenergifysiken är väldigt annorlunda och en helt annan uppsättning grundämnen existerar där inte kol finns med.

"Liv finns där vatten finns".

Vad är det som ger energin åt livet?

Den struktur som finns i våra kroppar kommer från och byggs upp av mat. Energin i maten har i samtliga fall sitt ursprung i fotosyntesen. Vi måste hela tiden kämpa mot termodynamikens andra lag eftersom entropin i kroppen ökar. Detta på grund av att värme - som har väldigt hög entropi - hela tiden alstras. Entropin i kroppen sänks genom att vi äter mat med låg entropi. Vart kommer då denna låga entropi ifrån? Energin i maten har i samtliga fall sitt ursprung i fotosyntesen som tar sin energi ifrån Solen. Eftersom Jorden är i termodynamisk jämvikt så måste lika mycket energi som kommer ifrån Solen sändas ut igen (det är alltså inte energi som ackumuleras på Jorden). Eftersom arean som energin kommer ifrån p g a Solen har begränsad storlek så måste varje foton ha mycket större energi än fotonerna som återutsänds ifrån Jorden åt en mycket större area. Antal är förknippat med frihetsgrader som i sin tur är förknippad med entropi. Till följd av att Solen är en het punkt på himlen så kan alltså livet på Jorden existera!

Hur kan vi hitta liv på andra ställen?

Den bästa metoden, som nu börjat utforskas av bl a rymdteleskopet Kepler, är att hitta planeter av rätt typ genom att observera tecken på ändringar i stjärnans ljusstyrka som betyder att den förmörkas av planeter i omloppsbana runt stjärnan. Genom att se det elektromagnetiska spektrat hos stjärnan, hur ljusstark den är och avståndet till den så kan massan hos stjärnan beräknas. Genom att se hur ofta som stjärnan förmörkas och hur mycket den förmörkas så kan massan, radien på omloppsbanan och diametern hos planeten beräknas. Då kan även densiteten beräknas (planeter mestadels bestående av metaller med högre densitet än gaser är vad som behövs). Det sista steget är att detektera atmosfären hos planeten och ta spektrumet hos det. Vid detekterandet bör även polarimetri användas. Finns syre i atmosfären är det ett ganska säkert tecken på liv eftersom liv avger syre som en restprodukt. För att kunna ta spektrat hos en exoplanet behövs den rymdteleskopet Darwin.

Hur skall vi få kontakt med andra civilisationer?

Radioteleskop med kodade meddelanden. Det är troligtvis lättare för andra civilisationer att ta kontakt med oss eftersom flera av dem troligtvis är mycket mer utvecklade.

Hur vanligt är det med liv i Universum och då främst i våran galax?

Frank Drakes ekvation utvecklades under ett möte med andra framstående astronomer år 1962. Ger ett mått på hur många civilisationer det finns just nu som skulle kunna kommunicera med varandra, åtminstone med simplex.

N = Antalet civilisationer i Vintergatan som vi kan mottaga elektromagnetisk strålning i radioområdet ifrån.
R = Hur ofta lämpliga stjärnor bildas.
fp = Den del av stjärnorna som har planeter.
ne = Antalet "Jordar" per planetsystem.
fl = Den del av de jordliknande planeterna där liv utvecklas.
fi = Den del av planeterna med liv som intelligens utvecklas.
fc = Den del av planeterna där teknologi utvecklas.
fL = Livstiden hos kommunicerande civilisationer.

Hur länge kan en avancerad civilisation överleva innan den förstörs eller förstör sig själv?

100-1000000 år?

Är det möjligt att resa från en civilisation till en annan på "kort" tid?

Maskhål i rumtiden.

Överljusfart?

Vad är meningen med liv och vad är meningen med Universum?

Meningen med Universum är enligt min "religion" att skapa liv som sprider sig genom galaxerna. Filosofi.


Källor:
[1]: "A very short introduction to Astrobiology", David C. Catling, Oxford University Press, 2013-10-24.
[2]: "An introduction to Astrobiology (3rd Edition)", David Rothery, Iain Gilmour & Mark Sephton, Cambridge University Press, 2018-03.
[3]: Wikipedia, "Nicolaus Copernicus", 2019-03-02.
[4]: Wikipedia, "Giordano Bruno", 2019-03-02.
[5]: "Life on other Worlds", Otto Struve, Sky & Telescope, February 1955, page 137- (1,3 MiB).
[6]: "How the cold war created Astrobiology", Caleb Scharf, 2014-02-06.
[7]: Wikipedia, Francis Crick - 1951-1953: DNA structure, 2019.
[8]: Wikipedia, "Fermi paradox", 2019-03-02.
[9]: Wikipedia, "Zoo hypothesis", 2019-03-02.
[10]: Wikipedia, "Rare Earth hypothesis", 2019-09-04.

Tillbaka till Kosmologikas hemsida

© Copyright 2018- Christian Målmark E-postadress

Nästa sida
Copyright © www.kosmologika.net. Materialet får skrivas ut och användas för personligt bruk. Användning i undervisnings- eller kommersielltsyfte kräver skriftligt tillstånd. Läs mer här: https://www.kosmologika.net/Copyright.html.