Galaktyczny przepis na żywą planetę

Czy wiedzieliście, że jedna z owianych złą sławą trucizn stanowi również kluczowy składnik dla tworzenia życia? Dołącz do chemika przestrzeni kosmicznej Karin Öberg i dowiedz się, jak bada się wszechświat w poszukiwaniu tej paradoksalnej substancji chemicznej za pomocą największego na świecie radioteleskopu ALMA, aby wykryć skupiska aktywności tych cząsteczek i formowania się planet, na których może powstać życie.

Jestem pewna, że nie jestem
jedyną osobą na tej sali,

która w jakimś momencie zaczęła
zastanawiać się, patrząc w gwiazdy,

czy nasza planeta, to już wszystko?

Czy są inne, zamieszkałe planety,
podobne do naszej?

Możliwe, że jestem jedyną osobą,

która ma taką obsesję na tym punkcie,

że zrobiła z tego tematu swój zawód.

Jak dochodzimy do tego pytania?

Pierwszą rzeczą, którą należałoby zrobić,

to przenieść wzrok z nieba
na naszą planetę, Ziemię.

I pomyśleć, jakie szczęście miała Ziemia,

że została zamieszkałą planetą.

Musiała mieć choć trochę szczęścia.

Gdybyśmy znaleźli się bliżej Słońca

lub tylko trochę dalej,

cała woda wyparowałaby lub zamarzła.

Nie jest pewnikiem, że planety mają wodę.

Zatem, jeśli bylibyśmy suchą planetą,

nie byłoby na niej za wiele życia.

I nawet jeśli mielibyśmy tyle wody,
ile mamy dzisiaj,

jeśli wodzie nie towarzyszyłyby

odpowiednie substancje chemiczne,
które utrzymywałyby życie,

mielibyśmy jedynie mokrą planetę,
lecz tak samo martwą.

Także wiele rzeczy może pójść nie tak.

Jakie są szanse na to,
że wszystko się uda?

Jakie są szanse, że powstanie planeta

z przynajmniej podstawowymi składnikami,

potrzebnymi, by powstało życie?

Spróbujmy dowiedzieć się tego razem.

Aby mieć planetę, na której jest życie,

najpierw trzeba mieć planetę.

(Śmiech)

Ale nie każda planeta się nada.

Potrzeba będzie raczej
planety podobnej do Ziemi.

Planety skalistej,

aby mogła mieć zarówno oceany i ląd,

leżącej od swojej gwiazdy w odległości,

która zapewnia odpowiednią temperaturę.

Musi być odpowiednia,
by woda pozostała w stanie ciekłym.

Jak dużo takich planet
mamy w naszej galaktyce?

Jednym ze wspaniałych odkryć
ostatnich dziesięcioleci jest to,

że planety są bardzo powszechne.

Prawie każda gwiazda ma swoją planetę.

Niektóre mają ich wiele.

I pośród tych planet,

jedynie kilka procent
jest na tyle podobnych do Ziemi,

byśmy mogli rozważać,
czy istnieje na nich życie.

Więc właściwie nie jest trudno
o odpowiednią planetę,

jeśli założymy, że jest 100 miliardów
gwiazd w naszej galaktyce.

To daje nam około miliarda planet,
gdzie potencjalnie może istnieć życie.

Lecz nie wystarcza jedynie
właściwa temperatura

lub właściwy ogólny skład.

Potrzebne są też
właściwe substancje chemiczne.

Drugim i niemniej ważnym
składnikiem żywej planety jest...

Myślę, że to dość intuicyjne.

Jest to woda.

Zakładamy, że na planecie
może potencjalnie istnieć życie,

jeśli temperatura pozwala
wodzie zachować stan ciekły.

A tu na Ziemi życie bazuje na wodzie.

Lecz bardziej ogólnie,

woda stanowi dobre środowisko
łączenia się substancji chemicznych.

To wyjątka ciecz.

Więc to nasz drugi podstawowy składnik.

Myślę, że trzeci składnik

okaże się zaskakujący.

Będziemy tu potrzebować
pewnych składników organicznych,

jeśli mówimy o życiu organicznym.

Zatem tą cząstką organiczną,

która zdaje się stanowić centrum
chemicznych sieci

produkujących biomolekuły,
jest cyjanowodór.

Ci z was, którzy wiedzą,
czym jest ta cząsteczka,

wiedzą też, że lepiej
trzymać się od niej z daleka.

Lecz okazuje się,

że to, co bardzo szkodliwe
dla zaawansowanych form życia,

takich jak my, ludzie,

jest bardzo, bardzo korzystne
dla zapoczątkowania struktur chemicznych,

struktur, które mogą prowadzić
do powstania życia.

Więc mamy nasze trzy potrzebne składniki,

planety o umiarkowanej temperaturze,

wodę i cyjanowodór.

Jak często te składniki współwystępują?

Jak wiele jest planet
o odpowiedniej temperaturze,

mających wodę i cyjanowodór?

W idealnym świecie,

skierowalibyśmy nasz teleskop
w kierunku jednej z takich planet

i sprawdzili.

"Czy te planety mają wodę i cyjanek?"

Niestety, jeszcze nie mamy odpowiednio
dużego teleskopu, by to sprawdzić.

Możemy wykryć cząsteczki
w atmosferach niektórych planet.

Lecz to duże planety,

często położone blisko swoich gwiazd,

zatem nie są to idealne planety,

o których tu mówimy,

te bowiem są mniejsze i położone dalej.

Więc musimy wymyślić inny sposób.

Ten inny sposób, który wymyśliliśmy,

to nie szukanie
tych cząsteczek na planetach,

które już istnieją,

lecz szukanie ich w materiale,
z którego formuje się nowa planeta.

Planety formują się z dysków pyłu
i gazu wokół młodych gwiazd.

Te dyski pozyskują materiał
z ośrodka międzygwiazdowego.

Okazuje się, że przestrzeń, którą
widzimy między gwiazdami,

kiedy patrzymy na nie,
rozważając egzystencję,

nie jest tak, jak nam się zdaje, pusta,

lecz jest pełna gazu i pyłu,

które mogą stworzyć chmury,

następnie opaść, by stworzyć dyski,
gwiazdy i planety.

To, co zawsze widzimy,
patrząc na te chmury,

to woda.

Lubimy myśleć o wodzie,

jako o czymś, co jest dla nas wyjątkowe.

Woda jest jedną z najbardziej
powszechnych cząsteczek we wszechświecie,

również w tych chmurach,

z których formują się gwiazdy i planety.

Lecz nie tylko.

Woda jest też całkiem silną cząsteczką,

nie jest łatwo ją zniszczyć.

Dużo wody, która jest
w medium międzygwiazdowym,

przetrwa tę raczej niebezpieczną
przemianę z chmur

do dysku, do planety.

Więc woda ma się dobrze.

Ten drugi składnik
nie będzie stanowił problemu.

Większość planet utworzy się
z jakimś dostępem do wody.

Co zatem z cyjanowodorem?

Widzimy też cyjanki i inne
podobne cząsteczki organiczne

w tych międzygwiezdnych chmurach.

Mamy jednak mniej pewności
co do przetrwania tych cząsteczek,

podczas zmiany chmury w dysk.

Są po prostu bardziej delikatne.

Więc jeśli będziemy wiedzieć,
że ten cyjanowodór

znajduje się w pobliżu
nowo powstającej planety,

będziemy musieli zobaczyć go
w samym dysku,

w tych dyskach formujących planetę.

Około 10 lat temu

rozpoczęłam program
poszukiwania cyjanowodoru

i innych cząsteczek
w dyskach formujących planety.

I oto, co znaleźliśmy.

Dobra wiadomość jest taka,
że na tych sześciu obrazkach,

te jasne piksele reprezentują widmo
pochodzące z cyjanowodoru,

w dyskach tworzących planety,
setki lat świetlnych stąd.

Dotarły do naszego teleskopu,

do detektora,

pozwalając nam oglądać je w ten sposób.

Dobra wiadomość jest taka,

że te dyski rzeczywiście mają
w sobie cyjanowodór.

Ostatni, bardziej nieuchwytny składnik.

Zła wiadomość jest taka, że nie wiemy,
gdzie to dokładnie jest w dysku.

Jeśli spojrzymy na te zdjęcia,

nikt nie powie, że są piękne,

nawet wtedy, kiedy je otrzymaliśmy.

Widać dość duży rozmiar piksela,

który jest właściwie większy,
niż same dyski.

Więc każdy piksel na zdjęciu

reprezentuje coś, co jest większe,
niż nasz Układ Słoneczny.

To oznacza,

że nie wiemy, skąd pochodzi
cyjanowodór w dysku.

A to problem,

ponieważ te umiarkowane planety,

nie mogą czerpać cyjanowodoru skądkolwiek,

lecz tylko z miejsca blisko
gromadzenia się cyjanowodoru,

aby taka planeta miała do niego dostęp.

Aby łatwiej było to zrozumieć,
rozważmy podobny przykład,

uprawiania cyprysów
w Stanach Zjednoczonych.

Powiedzmy, hipotetycznie,

że wróciliście z Europy,

gdzie widzieliście piękne, włoskie cyprysy

i chcecie zrozumieć,

czy importowanie ich do Stanów
miałoby sens.

Czy moglibyście je tu uprawiać?

Więc rozmawiacie z ekspertami od cyprysów,

którzy mówią wam, że faktycznie,

jest taki region w Stanach,
nie za gorący, nie za zimny,

gdzie moglibyście je uprawiać.

I jeśli macie mapę o dobrej rozdzielczości
lub takie zdjęcie,

łatwo dostrzec, że ten pas cyprysów

pokrywa się w dużej mierze,
z zielonymi, żyznymi pikselami.

Nawet jeśli trochę zmniejszę jakość mapy,

do coraz mniejszej rozdzielczości,

nadal można powiedzieć,

że jest żyzny pas
pokrywający się z pasem cyprysów.

Lecz co, jeśli całe Stany Zjednoczone

są zawarte w pojedynczym pikselu?

Jeśli rozdzielczość jest tak niska.

Co teraz zrobicie,

jak teraz określicie, czy można uprawiać
cyprysy w Stanach Zjednoczonych?

Odpowiedź brzmi: nie da się.

Na pewno istnieje
jakaś żyzna powierzchnia,

inaczej nie mielibyśmy
tego zielonego cienia na pikselu,

lecz nie da się stwierdzić,

czy ten obszar znajduje się
we właściwym miejscu.

Z tym problemem się teraz mierzymy,

z naszymi jedno-pikselowymi
zdjęciami dysków

z cyjanowodorem.

Więc potrzebujemy czegoś analogicznego,

przynajmniej do tych map
o niskiej rozdzielczości.

aby ustalić, czy jest pokrycie
między występowaniem cyjanowodoru

a tym, skąd formujące się planety
mogą go pozyskać.

Kilka lat temu, pomocny okazał się

nowy, wspaniały, piękny teleskop ALMA,

czyli "Atacama Large Millimeter/
submillimeter Array"

w północnym Chile.

ALMA jest wspaniały pod wieloma względami,

lecz ja będę skupiać się na tym.

Nazywam go pojedynczym teleskopem,

lecz na tym zdjęciu widać wiele anten.

Jest to teleskop składający się
z 66 oddzielnych anten,

które pracują w harmonii.

To oznacza, że macie teleskop,

który jest tak duży,
jak największy dystans dzielący

te anteny od siebie.

W przypadku ALMY to jest kilka kilometrów.

Więc mamy teleskop większy niż kilometr.

A jeśli ma się tak duży teleskop,

można przybliżyć widok małych rzeczy,

łącznie z tworzeniem map cyjanowodoru
w dyskach tworzących planety.

Więc kiedy ALMA powstała kilka lat temu,

od razu zasugerowałam,
by użyć teleskopu w tym celu.

Jak wygląda mapa cyjanowodoru w dysku?

Czy cyjanowodór znajduje się
we właściwym miejscu?

Odpowiedź brzmi: tak.

A tak wygląda mapa.

Widzicie, że emisja cyjanowodoru
rozkłada się po całym dysku.

Po pierwsze, jest on prawie wszędzie,

a to bardzo dobra wiadomość.

I mamy dużo bardzo jasnych emisji,

pochodzących z pobliża gwiazdy,
w kierunku dysku.

I to dokładnie tam,
gdzie chcieliśmy to zobaczyć.

Blisko tego miejsca formują się planety.

I widzimy to nie tylko
w przypadku jednego dysku.

Tu mamy trzy dalsze przykłady.

Widać, że wszystkie pokazują to samo.

Dużo jasnych emisji cyjanowodoru

pochodzących z pobliża środka gwiazdy.

Gwoli ścisłości, nie zawsze to widać.

W niektórych dyskach widać coś
zupełnie odmiennego,

jest tam dziura w emisji w pobliżu środka.

Więc to przeciwieństwo tego,
co chcemy zobaczyć.

To nie są miejsca, gdzie chcemy badać

istnienie cyjanowodoru wokół
formujących się planet.

Lecz w większości przypadków,

nie wykrywamy po prostu cyjanowodoru,

lecz wykrywamy go we właściwym miejscu.

Co to wszystko oznacza?

Na początku powiedziałam,

że mamy wiele tych umiarkowanych planet,

może około miliarda,

na których mogło powstać życie,

jeśli mają właściwe składniki.

Pokazałam także,

że często sądzimy, że mamy
właściwe składniki.

Mamy wodę, mamy cyjanowodór,

będą też inne cząsteczki organiczne

razem z cyjankami.

To oznacza, że planety z najbardziej
podstawowymi składnikami do życia,

będą bardzo popularne w naszej galaktyce.

I jeśli, aby rozwinąć życie,

wystarczą te podstawowe składniki,

powinno istnieć wiele żywych planet.

Lecz dużo w tym wszystkim gdybania.

Powiedziałabym, że wyzwaniem
najbliższych dekad

zarówno dla astronomii jak i chemii,

jest ustalenie, jak często planeta,

którą uważamy za potencjalnie żywą,

okazuje się w rzeczywistości żywą.

Dziękuję.

(Brawa)