Život ve vesmíru Astrobiologie = věda o vzniku, vývoji, rozšíření a budoucnosti života ve vesmíru (původně exobiologie – užší záběr, nauka o mimozemském životě) multidisciplinární vědní obor užívající řadu vyspělých technologií Fundamentální cíle formulovány v „NASA Astrobiology Roadmap“ http://astrobiology.nasa.gov/roadmap/ (koncepce – 2015) Co je život? Základní definice: 1944 – Erwin Schrödinger: „What is Life? The Physical Aspect of the Living Cell“ 2002 – Stuart Kauffmann: „Fyzikální soustava schopná vlastní reprodukce a vykonání alespoň jednoho termodynamického pracovního cyklu“ 2004 – Schulze-Makuch et al.: „Život je: – tvořen vázaným prostředím v termodynamické nerovnováze s okolím, – schopný transformovat energii za účelem snížení entropie, – schopen uchovávat a přenášet informaci.“ 2004 – NASA panel: „Život je chemický systém schopný Darwinovské evoluce“ Za živé označujeme systémy, které: o jsou časově a prostorově ohraničené, o jsou otevřené – vyměňují s okolím energii, látky a informace, o jsou hmotné a jednotného chemického základu – především sloučeniny uhlíku (nukleové kyseliny a proteiny), o mají vysokou organizovanost – nízkou entropii, o mají schopnost - samostatné existence, - samostatné údržby, - samostatné reprodukce, - vývoje. Základní jednotkou všech živých soustav je buňka. Zásadní otázky: 1. vznik života? 2. původ života na Zemi? 3. jsme ve vesmíru sami? (příznaky a detekce života…) Vznik života (na Zemi x ve vesmíru) 1. Vznik života ve vodě za pomoci kyanovodíku – složité a méně pravděpodobné reakce, voda byla pro tvořící se RNA toxická! 2. Saladino&Di Mauro (2001) – „suchá“ varianta za pomoci formamidu (amidu kyseliny mravenčí) 3. Zavlečení života z kosmu – teorie panspermie Callahan et al. (2011) - ve 3 z 12 uhlíkatých chondritů našli vzácné dusíkaté sloučeniny, které mohou sloužit jako základy pro nukleové kyseliny mediální bublina, ale listopad 2017 – živé bakterie na plášti ISS! 1953 Stanley Miller a Harold Urey - aparatura, v níž simulovali podmínky na Prazemi; v atmosféře z vodíku, metanu a čpavku vznikly s pomocí elektrických výbojů za několik dní značné aminokyseliny a organické sloučeniny (stejné objeveny i v Murchinsonském meteoritu). 1953 Francis Crick, James Watson, Maurice Wilkins a Rosalind Franklinová rozluštili strukturu DNA, dvoušroubovice… => rychlý rozvoj molekulární biologie 1959–1960 Sidney Fox - experimentální potvrzení, že za teplot kolem 170°C a vysokého tlaku mohou samovolně vznikat řetězce až o 200 aminokyselinách => život se mohl vyvinout kdekoli ve vesmíru 2014 - Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR (dr. Ferus) a brněnský Biofyzikální ústav AV ČR & Středoevropský technologický institut CEITEC (prof. Šponer) pokusy s formamidem - český tým - 1. uspěl v laboratoři, využití pulsu laseru PALS (Prague Asterix Laser System) – simulace podmínek na Zemi před 4 mld let => vytvoření základních stavebních prvků dnešních živých organismů, tehdy pozdní velké bombardování (LHB) – mohlo nejen ničit život, ale i pomáhat jeho vzniku! vznik po intenzivním bombardování povrchu (před 3,8 až 4,0 mld roků). nepřímé důkazy - nejstarší fosilie - asi 3,95 mld roků staré (2017) Život na Zemi prosinec 1990 – test provedený sondou Galileo Lze život na Zemi odhalit z vesmíru? výsledky svědčí o přítomnosti života => praktická demonstrace sondy, která úspěšně nalezla inteligentní život ve vesmíru! C. Sagan et al., Nature 365 (1993) 715–721 Život ve vesmíru z pohledu astronoma mrtvé zóny – nedostatek těžších prvků, obrovské intenzity záření, ... => např. okolí prvních hvězd vzniklých po VT, eliptické galaxie, malé galaxie, kulové hvězdokupy, centrální oblasti galaxií, okolí supernov... korekce představ – extremofilní organizmy – život za extrémních podmínek: teplota až 121°C, bez kyslíku, fotosyntéza v teplotách -20°C až +75°C, život při tlaku desítek MPa, pH prostředí -0.06 až 10.5, radioaktivita až 15 000 Gy (1 gray = 1J/kg; člověk umírá při 5 Gy),v kosmu... podmínky pro život: • existence vody v tekutém stavu (dlouhodobá); • existence vody ve všech skupenstvích; • vhodná teplota a tlak; • desková tektonika obyvatelná zóna (zóně života, habitable zone) liší se podle zářivého výkonu mateřské hvězdy želvuška Frank Drake - pravděpodobnosti jevů, které nastávají v přírodě - číselně 0 (nikdy) -1 (vždy) - výsledná pravděpodobnost = součin pravděpodobností jednotlivých nezávislých okolností Drakeova rovnice (1961) – pravděpodobnost výskytu civilizací podobných naší (v Galaxii) N= R*fpneflfifcL N – předpokládaný výsledek, počet vyspělých inteligentních civilizací schopných mezihvězdné komunikace R* – označení přírůstku počtu hvězd v Galaxii za určité období (6 – 40; 10 za rok) fp – podíl hvězd, které mají planetární systémy (0,1 – 0,5; 0,5) ne – průměrná hodnota počtu planet v planetárním systému, na kterých panují vhodné podmínky pro život (0,5 – 2,5; 2) fl – podíl planet, na kterých se život skutečně vyvine (0,01 – 1; 1) fi – poměr z předchozího, kde se dospělo až k inteligentní formě života (10-7 – 1; 0,01) fc – podíl inteligentních forem života, které dosáhly schopnosti aktivní mezihvězdné komunikace (0,01 – 0,1; 0,01) L – odhad délky existence inteligentní životní formy schopné mezihvězdné komunikace (100 – 109; 10000 let) • Ls – je doba obyvatelnosti planety zemského typu • R* – roční přírůstek hvězd v Galaxii = 10 • fp – podíl hvězd s planetárními systémy = 0,1 • fe – podíl planet s podmínkami vhodnými pro život • ne – průměrný počet planet u jedné hvězdy = 1–0,1 Autor fe fl fi fc Ls L N Cameron (1963) 1.1010 1 1 0,5 3.109 106 2.106 Sagan (1963) 1.1011 1 0,5 0,1 1.1010 107 1.106 Rood a Trefil (1981) 2.106 0,01 0,5 0,25 1.1010 104 0,003 Goldsmith (1993) 2.1010 0,5 0,75 1 8.109 106 1.106 Ulmschneider (2002) 4.106 1 1 1 1.1010 107 4.103 Existuje řada modifikací této rovnice… N= R*fpnefeflfifcL poslední „přírůstek“ Wandel (2014), Seager (2016) – biotická Drakeova rovnice 𝑁𝑏 = 𝑅∗ 𝐹𝑠 𝐹𝑝 𝐹𝑒 𝑛ℎ𝑧 𝐹𝑏 𝐿 𝑏 kritiky: Michael Crichton, autor sci-fi (2003 přednáška na Caltechu): The problem, of course, is that none of the terms can be known, and most cannot even be estimated. The only way to work the equation is to fill in with guesses. [...] As a result, the Drake equation can have any value from "billions and billions" to zero. An expression that can mean anything means nothing. Speaking precisely, the Drake equation is literally meaningless... KEPLER změnil naše znalosti => parametry lze odhadnout, ne hádat! a ještě TESS, JWT, ELT … 1959 - „Pátrání po mezihvězdném spojení“ (Coconino & Morrison, Nature) 1960 - Ozma (Frank Drake) – první projekt SETI; 25m radioteleskopu k prozkoumání rádiových vln z hvězd  Cet a  Eri 1962 - Josif Šklovskij - průkopnická kniha Universe, Life, Intelligence 1966 - Carl Sagan - bestseller Intelligent Life in the Universe, bestseller 1974 – CETI, z 305m radioteleskopu v Arecibu do M13 symbolická zpráva o Sluneční soustavě, Zemi a lidstvu 1988 – SETI 1999 - SETI@home od 2005 BOINC (Berkeley Open Infrastructure for Network Computing) – zastaveno Hledání mimozemského života https://setiathome.berkeley.edu/ od 2007 - Allen Telescope Array (dříve One Hectare Telescope - 1hT) Hat Creek Radio Observatory při University of California at Berkeley (470 km SV od San Franciska) soustava 350 antén o průměru 6 m (v provozu zatím 42 antén), prodlevy kvůli potížím s financemi; obrovský frekvenční (0,5–11,2 GHz) i plošný rozsah (17×VLA); užití pro radioastronomii a SETI; Southern SETI 2x30m antény Argentinského radioastronomického institutu u Buenos Aires Breakthrough Listen – 10letý program od 2015 – 2 radioteleskopy (Green Bank, Parkes) FAST – SETI je klíčový vědecký program Hledání mimozemského života SETI league, Inc. (založeno r. 1994) v provozu od r. 1996, první projekt, který má monitorovat celou hvězdnou oblohu v reálném čase! = Projekt Argus síť amatérských radioteleskopů koordinovaná SETI PANOSETI (Pulsed All-sky Near-infrared Optical SETI) - hledání optických záblesků laseru, 1. z cca 45 dalekohledů v r. 2020 - A Panoramic All-sky All-time Near InfraRed and Optical Technosignature Finder radioteleskop Státní Univerzity Ohio Velké ucho Nejsilnější a nejjasnější signál v projektech SETI 15. srpna 1977 – při rutinním monitoringu zachyceno neobvyklé vysílání zapsané jako 6EQUJ5 (=> signál vzrostl z 0 až na úroveň 30 nad šum pozadí a poté opět klesl na 0 v časovém rozpětí 72 sekund) sloužící prof. Jerry Ehman, šokován – zakroužkoval zachycený signál doplnil vyjádřením svého nadšení výrazem WOW => „signál Wow!“ možné vysvětlení – komety, hvězda Hledání mimozemského života v rámci Sluneční soustavy (a za jejími hranicemi) - Mars – přímý průzkum, sondy Viking 2004 odhalen metan v atmosféře Marsu (pozemskými dalekohledy i sondou Mars Express) v takovém množství, že je asi aktivně doplňován Existuje ale i „neživé“ vysvětlení - Europa - kapalná voda pravděpodobně pod vnější ledovou kůrou; může být ohřívána sopečnými průduchy na mořském dně, ale hlavním zdrojem tepla nejspíše přílivové oteplování; fontány vodních par (2013) - Titan - podmínky podobné jako na rané Zemi; na povrchu první kapalné jezero mimo Zemi (asi etanu a/nebo metanu); podzemní oceán z kapalné vody a čpavku. - Enceladus - vodní oceán pod ledovou krustou; voda obsahuje množství látek, které jsou základním předpokladem pro vznik života (2010) pokus o kontakt – Pioneer, Voyager https://voyager.jpl.na sa.gov/golden- record/whats-on-the- record/ Kontakt s mimozemšťany v minulosti – Däniken – propagátor, ale upravuje fakta  2012 – tehdejší ruský premiér Medveděv: "Spolu s jaderným kufříkem s tajnými kódy dostává prezident taky speciální, přísně tajnou složku. V ní jsou informace o mimozemšťanech, kteří navštívili naši planetu. K tomu ještě patří zpráva od nejtajnějších složek, které kontrolují mimozemšťany na našem území. Tyhle složky prezident dostává s jaderným kufříkem. Když mu končí období, předává je novému prezidentovi…„ "Více podrobností k tomuto tématu získáte v dobře známém historickém dokumentárním filmu Muži v černém. Nemůžu vám říct, kolik mimozemšťanů je mezi námi, protože by to mohlo vyvolat paniku," prohlásil vážným hlasem za hlasitého smíchu novinářů. Kontakt s mimozemšťany v budoucnosti - ? • možnost zavlečení infekce • predátoři • setkání s vyvinutější civilizací máme se vůbec pokoušet o spojení? Hawking – ne! Domněnka o vzácné Zemi Hypotéza „Vzácné Země“ – kniha Ward & Brownlee (2000) 1. Život ve své nejjednodušší podobě (jako jsou mikroby nebo jejich obdoba) může být ve vesmíru značně rozšířen. 2. Komplexní život (vyšší rostliny a živočichy) se ovšem vyskytuje jen málokde, a možná též pouze na krátkou dobu, protože planety, na nichž by takový život mohl vzniknout a vyvíjet se, jsou ve vesmíru velice vzácné. =>  život na Zemi je dán nepravděpodobnou kombinací astrofyzikálních a geologických podmínek a okolností PROTI teorie průměrnosti (Kopernikovský princip) – zastánci Sagan, Drake… Země je typickou kamenitou planetou v typické planetární soustavě v nevýznamném místě běžné spirální galaxie s příčkou… Fermiho paradox: „If extraterrestrial aliens are common, why aren’t they obvious?“ „Panuje obvyklé přesvědčení, že se ve vesmíru vyskytuje mnoho technologicky vyspělých civilizací. Naše pozorování však na žádnou takovou přítomnost neukazují, což je paradox. Musíme tedy předpokládat, že je špatné naše přesvědčení anebo naše pozorování.“ Nový projekt hledání mimozemské civilizace první planety v Galaxii vznikaly před mld let x člověk, naše civilizace (cca 200 000 let) => jiné civilizace měly dost času rozmístit sondy po celé Galaxii, pro komunikaci využívají mikročočkování => návrh – hledejme Focal Interstellar Communication Devices (FICDs) využívající blízkou hvězdu, např. Wolf 359 s exoplanetami ležící v rovině ekliptiky (=> transity od Wolf359 i od Slunce) (Gillon, Burdanov, 2021, arXiv:2111.05334v2 [astro-ph.IM]) pátrání po ETI ale pokračuje … Hodně zdaru u zkoušek! Šťastné a veselé! a zdravé!!! ☺