Астробіологія (екзобіологія) — наука, предметом якої є вивчення походження, еволюції та розповсюдження життя на інших планетах у Всесвіті. Астробіологія спирається на наукові досягнення в галузі фізики, хімії, астрономії, біології, екології, планетології, географії, геології і космонавтики для дослідження можливості існування позаземного життя. У вирішенні деяких завдань астробіологія тісно дотикається до і космічної медицини, що виникли у зв'язку з активним проникненням людини в космічний простір. Астробіологія здійснює пошук придатного для життя середовища проживання як в Сонячній системі, так і за її межами, пошук доказів пребіотичної хімії, лабораторні і практичні дослідження походження і раннього розвитку життя на Землі, а також дослідження потенційних можливостей життя в частині пристосування до складних умов на Землі і в космосі .
Огляд
Термін астробіологія вперше запропоновано радянським астрономом Г. А. Тиховим у 1953 році. Він утворений від давньогрецьких слів астрон () — «зірка», біос () — «життя» і логія () — «вчення». Є різні синоніми терміна «астробіологія», однак всі вони включають дві основні науки: астрономію і біологію. Термін-синонім «екзобіологія» походить від грецького екзо () — «поза, зовні», біос () — «життя» і логія () — «вчення». Інший термін, який використовувався в минулому — ксенобіологія, тобто «біологія іноземців». Це слово придумав у 1954 році письменник-фантаст Роберт Гайнлайн у його романі «Зоряний звір».
Питання «чи існує життя десь ще у Всесвіті», є гіпотезою, що піддається перевірці, а отже ефективним напрямком наукових досліджень. Тепер астробіологія стала формалізованою галуззю досліджень, хоча колись знаходилася осторонь від основних наукових пошуків. Інтерес НАСА до астробіології почався з розробки Космічної програми. 1959 року НАСА профінансувало свій перший проєкт з екзобіології, а в 1960 році створило Програму вивчення екзобіології. 1971 року НАСА профінансувало проєкт (SETI) з пошуку радіосигналів позаземних цивілізацій. Програма «Вікінг», започаткована у 1976 році, включала три біологічні експерименти, розроблені для пошуку можливих ознак існування життя на Марсі. Науковий апарат Mars Pathfinder, що приземлився в 1997 році, містив науковий вантаж, призначений для виявлення мікробних скам'янілостей в каменях .
У XXI столітті астробіологія стає центром зростаючого числа дослідницьких місій НАСА і Європейського космічного агентства в Сонячній системі. У травні 2001 року в Італії відбувся перший європейський семінар з астробіології, результатом якого стала Програма Аврора. Тепер НАСА курує . Чимраз більше число університетів у всьому світі вводять програми навчання з астробіології. У Сполучених Штатах це Аризонський університет , університет Пенсильванії, університет штату Монтана і Вашингтонський університет; у Великій Британії — університет Кардіффа (створено Центр астробіології)CASE Undergraduate Degrees , в Австралії — Університет Нового Південного Уельсу. У Росії Постановою Президії Російської академії наук від 23.11.2010 організовано Наукову раду РАН з астробіології.
Досягнення в галузі астробіології, спостережної астрономії і відкриття великого розмаїття екстремофілів, що здатні існувати в найсуворіших умовах на Землі, привели до припущення, що життя може процвітати на багатьох планетах і супутниках у Всесвіті. Особлива увага поточних астробіологічних досліджень приділяється пошуку життя на Марсі через його близькість до Землі і геологічну історію. Існує дедалі більше свідчень, що раніше на поверхні Марса була значна кількість води, яка розглядається в якості найважливішого попередника розвитку життя на основі вуглецю.
Місіями, розробленими спеціально для пошуку життя, були Програма «Вікінг» і посадковий модуль «Бігль 2», спрямовані до Марса. Основний висновок, який можна зробити за результатами роботи «Вікінгів»: або кількість мікроорганізмів у місцях посадок апаратів мізерно мала, або їх немає взагалі. Посадковий модуль «Бігль 2» імовірно приземлився вдало, але на зв'язок не вийшов. Основною причиною виходу з ладу визнана відмова обладнання зв'язку. Значну роль у астробіології повинна була зіграти місія Jupiter Icy Moons Orbiter, призначена для дослідження крижаних супутників Юпітера, однак вона була скасована. 2008 року посадковий модуль «Фенікс» досліджував марсіанський ґрунт на наявність слідів мікробного життя, а також присутність води. Головним науковим результатом місії стало виявлення льоду під тонким шаром ґрунту, а також його хімічний аналіз.
У листопаді 2011 року НАСА запустило марсохід Curiosity, який продовжив пошуки слідів життя на Марсі. Європейське космічне агентство розробляє марсохід ExoMars, який заплановано до запуску в 2020 році.
Міжнародний астрономічний союз (МАС) регулярно проводить великі міжнародні конференції допомогою Комісії 51 «Біоастрономія: пошук позаземного життя», яка була створена МАС у 1982 році для координації робіт в галузі пошуку життя і розуму у Всесвіті і нині функціює на базі Інституту астрономії при Університеті Гаваїв. — ResearchGate
Методологія
Звуження задачі Для пошуку життя на інших планетах необхідно зменшити розмір задачі, для чого використовуються різні припущення. Перше полягає в тому, що переважна більшість форм життя в нашій Галактиці заснована на вуглецевій хімії, як і всі форми життя на Землі. Хоча не заперечується можливість існування невуглецевих форм життя. Припущення засноване на тому, що вуглець є четвертим за поширеністю елементом у Всесвіті, а також дозволяє формувати велику різноманітність молекул навколо себе. Здатність атомів вуглецю легко зв'язуватися один з одним дозволяє створювати як завгодно довгі і складні молекули.
Наступне припущення — наявність води в рідкому стані. Вода є поширеною речовиною, яка необхідна для формування складних вуглецевих сполук, які, зрештою, можуть призвести до появи життя. Деякі дослідники пропонують також розглядати середовище аміаку або водно-аміачних сумішей, оскільки воно забезпечує більший діапазон температур для життя і, таким чином, розширює кількість потенційних світів. Це середовище вважають придатним як для вуглецевого, так і для невуглецевого життя.
Третє припущення: пошук зірок, подібних до Сонця. Дуже великі зірки мають відносно малий час життя, що, в свою чергу, означає, що у життя не буде достатньо часу для розвитку на планетах, що обертаються навколо таких зірок. Дуже маленькі зірки виділяють так мало тепла, що планети зможуть мати воду в рідкому стані, перебуваючи тільки на дуже близьких орбітах. Але при цьому планети будуть захоплені припливними силами зірки . Без товстого шару атмосфери одна сторона планети буде постійно нагріта, а інша заморожена. Однак у 2005 році питання придатності для життя планет навколо червоних карликів було знову поставлено на порядок денний наукової спільноти, оскільки тривалий час існування червоних карликів (до 10 трильйонів років) може допускати наявність життя на планетах, зі щільною атмосферою. Це має велике значення, оскільки червоні карлики є дуже поширеними у Всесвіті (див. життєпридатність системи червоного карлика). За оцінками вчених, близько 10 % зірок у нашій Галактиці за своїми характеристиками подібні до Сонця, а в радіусі 100 світлових років від нас знаходиться близько тисячі таких зірок. Ці зірки найімовірніше будуть основною ціллю при пошуку життя в їх системах.
Оскільки Земля є єдиною планетою, на якій достовірно відомо про наявність життя, то неможливо дізнатися, коректні прийняті припущення чи ні.
Складові частини астробіології
Астрономія
Більшість пов'язаних з астрономією астробіологічних досліджень належить до виявлення планет за межами Сонячної системи (екзопланет). Основна передумова полягає в тому, що якщо життя виникло на Землі, то воно могло виникнути й на інших планетах з аналогічними характеристиками. У зв'язку з цим у стадії опрацювання перебуває велика кількість проєктів, призначених для виявлення екзопланет, подібних до Землі. В першу чергу це програми НАСА (TPF) і ATLAST, а також програма Darwin Європейського космічного агентства. Існують також менш амбітні проєкти, в яких передбачається використання наземних телескопів. Крім того, НАСА вже запустило місію Кеплер у березні 2009 року, а Французьке космічне агентство — супутник COROT у 2006 році. Метою планованих місій є не тільки виявлення планет розміром з Землю, але й безпосереднє спостереження світла від планети для подальшого спектроскопічного вивчення. Досліджуючи спектри планет, можна визначити основний склад атмосфери екзопланети і/або її поверхні. Отримавши таку інформацію, можна оцінити ймовірність наявності життя на планеті. Дослідницька група НАСА — Лабораторія віртуальних планет використовує комп'ютерне моделювання для створення різноманітних віртуальних планет, щоб зрозуміти, як вони будуть виглядати при спостереженні Дарвіном або TPF. Коли ці місії почнуть збір даних, отримані спектри планет можуть бути звірені зі спектрами віртуальних планет в частині характеристик, які можуть вказувати на наявність життя. Зміна фотометрії екзопланети також може дати додаткову інформацію про властивості поверхні і атмосфери планети.
Оцінити кількість планет з розумним життям можна за допомогою рівняння Дрейка. Рівняння визначає ймовірність наявності розумного життя як добуток таких параметрів, як кількість планет, які можуть бути населеними і кількість планет, на яких може виникнути життя:
,
де N — кількість розумних цивілізацій, готових вступити в контакт; R* — число зір, які утворюються щорічно (зір, подібних до Сонця); fp — частка зірок, що мають планети; ne — середня кількість планет (і супутників) з умовами, придатними для зародження цивілізації; fl — ймовірність зародження життя на планеті з придатними умовами; fi — ймовірність виникнення розумних форм життя на планеті, на якій є життя; fc — відношення кількості планет, розумні мешканці яких здатні до контакту і шукають його, до кількості планет, на яких є розумне життя; L — час життя цивілізації (тобто час, протягом якого цивілізація існує, здатна вступити в контакт і хоче вступити в контакт).
Однак нині це рівняння лише теоретично обґрунтовано і малоймовірно, що рівняння отримає розумні межі похибки найближчим часом. Перший множник R визначається з астрономічних вимірів і є найменш обговорюваною величиною. Щодо другого і третього множників (зірки з планетами і планети з придатними умовами) нині йде активний збір даних. Інші параметри засновані суто на припущеннях. Проблема формули у тому, що вона не зможе використовуватися для створення гіпотези, оскільки містить параметри, які не можуть бути перевірені. Інша пов'язана тема — парадокс Фермі, який передбачає, що якщо розумне життя поширене у Всесвіті, то повинні існувати явні ознаки цього. На цьому парадоксі засновані такі проєкти як SETI, які намагаються виявити радіосигнали від розумних позаземних цивілізацій.
Іншою активною областю досліджень в астробіології є вивчення формування планетної системи. Було висловлено припущення, що особливості нашої Сонячної системи (наприклад, присутність Юпітера в якості захисного щита) могли значно збільшити ймовірність розвитку розумного життя, яке виникло на нашій планеті . Але остаточних висновків досі не зроблено.
Біологія