Kategoria: kosmos

Eksperymenty na Ziemi pomogą w poszukiwaniu życia w kosmosie

Mirosław Dworniczak2 komentarze

Zacznę może od pewnego zastrzeżenia. Gdy piszę tutaj o poszukiwaniu życia poza Ziemią, mam na myśli życie zbliżone do naszego: oparte na związkach węgla, mające zbliżone struktury cząsteczek (choć niekoniecznie organizmów jako takich) oraz metabolizm, wraz z jego produktami. Oczywiście życie może gdzieś indziej wyglądać zupełnie inaczej, być oparte np. na łańcuchach krzemoorganicznych i wcale nie musi tam rządzić DNA czy RNA, ale to są w tym momencie rozważania czysto teoretyczne, modelowe. Jak dotąd poszukujemy tzw. biosygnatur, czyli związków, izotopów czy zjawisk, które mogą świadczyć o istnieniu życia w danym miejscu. Dodajmy – życia obecnego lub wymarłego.
Astrobiolodzy cały czas poszukują śladów życia poza Ziemią. Jak wiadomo, pierwsze eksperymenty były prowadzone już dawno, ale dały one niejednoznaczne wyniki. Obecnie największym zainteresowaniem naukowców cieszą się dwa obiekty w Układzie Słonecznym. Pierwszym z nich jest księżyc Jowisza – Europa, drugim – satelita Saturna o nazwie Enceladus.
Zanim jednak misje kosmiczne wyruszą w podróż do tych dwóch obiektów, trzeba bardzo precyzyjnie przygotować i przetestować aparaturę, która będzie tam musiała przeprowadzać autonomicznie badania, a następnie przesłać ich wyniki na Ziemię.

Europa – księżyc Jowisza
Enceladus – księżyc Saturna

powyższe zdjęcia z Wikipedii, domena publiczna

Co dotychczas znaleziono na księżycach?

Tu trzeba koniecznie podkreślić, że Europa i Enceladus nie zostały wybrane losowo jako obiekty do badań. Zainteresowanie tymi księżycami spowodowało, że zostały odwiedzone przez kilka misji, które dostarczyły nam sporo informacji zarówno o ich powierzchni, jak też prawdopodobnej budowie. Jako pierwsze pojawiły się tam sondy Pioneer, a było to już 50 lat temu. Potem była misja Galileo, w 2023 ESA wystrzeliła Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE), który też ma badać Europę, a także Ganimedesa i Kalisto. a pod koniec 2024 roku poleci tam sonda Europa Clipper, której zadaniem będzie szczegółowe badanie księżyca. Na wyniki będziemy musieli poczekać, bo sonda dotrze tam dopiero w 2030 r. Będzie ona wyposażona w nowoczesną aparaturę, m.in. spektrometry UV/IR oraz spektrometr mas. Pierwotnie rozważano też wysłanie tam lądownika, Europa Lander, ale ta misja została odwołana.
Drugim księżycem, tym razem krążącym wokół Saturna, budzącym zainteresowanie naukowców, jest Enceladus. Jest on stosunkowo niewielki (średnica ok. 500 km), ale niesamowicie interesujący. Jest to księżyc lodowy, ale pod skorupą znajduje się ocean ciekłej wody (z dodatkami!). Był on już badany w 2005 r. przy pomocy sondy Cassini. Badania spektrometryczne materii wydobywającej się z gejzerów wykazały obecność nie tylko soli mineralnych, ale też materii organicznej (głównie węglowodorów). Dlatego też opracowuje się misję, która będzie miała za zadanie bardziej szczegółowe badania, w tym chemiczne. Mowa o projekcie Enceladus Orbilander. Jak sama nazwa wskazuje, będzie ona krążyć wokół Enceladusa, ale też wyląduje na powierzchni i przeprowadzi bezpośrednie badania powierzchni tego księżyca. Według aktualnych danych sonda ma wystartować dopiero pod koniec lat 30. XXI wieku, a lądowanie przewidziano na początek lat 50. XXI w. Sporo czasu…

Astrobiologiczne badania na… Ziemi

Zanim jednak specjalistyczne przyrządy polecą w przestrzeń kosmiczną, trzeba je skonstruować i wypróbować tu, na Ziemi. Założenie jest względnie proste: wszystko, co znajduje się na lodowej powierzchni księżyców, podlega działaniu promieniowania kosmicznego, które bezlitośnie niszczy związki organiczne. Jeśli więc jest tam jakieś życie… no, choćby ślady dzisiejszego lub wcześniejszego życia, to trzeba go szukać w głębi. Opublikowane właśnie wyniki badań trwałości niektórych aminokwasów prowadzono w taki sposób, aby określić, na jakiej głębokości w lodzie promieniowanie kosmiczne będzie na tyle niewielkie, że związki te dadzą radę przetrwać. Do doświadczeń wybrano zarówno chemicznie czyste aminokwasy, jak też próbki pochodzące z martwych mikroorganizmów, takich jak Escherichia coli oraz beztlenowe bakterie Acetobacterium woodii. Próbki umieszczano pod warstwą lodu o grubości 10-20 cm, a następnie naświetlano promieniowaniem gamma, imitując warunki kosmiczne. Wszystkie eksperymenty prowadzono w typowej dla obu księżyców temperaturze ciekłego azotu (77 K). Dawki promieniowania były olbrzymie – sięgały od 1 do 4 MGy (megagrejów). Tu warto dodać, że napromieniowanie człowieka dawką 5 Gy (czyli milion razy mniejszą) powoduje zwykle śmierć w ciągu 14 dni. Przy okazji – podstawową wiedzę o jednostkach promieniowania znajdziecie we wpisie Lucasa.
Analiza próbek była prowadzona za pomocą chromatografii gazowej sprzężonej z kwadrupolową spektrometrią mas. Okazało się, że aminokwasy pochodzące z martwego materiału bakteryjnego rozkładały się wolniej niż te z indywidualnych próbek czysto chemicznych. Nie jest to specjalnie dziwne, ponieważ resztki aminokwasów z martwych bakterii są do pewnego stopnia chronione przez ich ściany komórkowe.
Oszacowano, że na Europie lód będzie musiał być nawiercony na głębokość co najmniej 20 cm, podczas gdy na powierzchni Enceladusa wystarczy wiercenie do głębokości zaledwie 1 mm.

Co nam mówią te wyniki – i co dalej?

Ano, sprawa jest względnie prosta – i do pewnego stopnia spodziewana. Będziemy poszukiwać biomolekuł w lodzie, bo tylko tam mogły się zachować (jeśli w ogóle tam były). Trzeba będzie dokonać wierceń i pobrać próbki, a następnie poddać je w miarę typowej analizie chemicznej. No, w miarę typowej, bo aparatura będzie musiała wykonywać pomiary w ekstremalnych temperaturach, co nie jest takie proste.
No i oczywiście zebrane dane będą musiały zostać przesłane na Ziemię, aby naukowcy mogli mieć z nich pożytek. A wszystko to w warunkach, w których do dyspozycji będzie dość mało energii, więc aparatura musi być unikatowa. Bardzo poważne wyzwanie stoi więc przed zespołami projektującymi cały zestaw aparatury badawczej. Czekamy na kolejne wieści z przygotowań.

Literatura dodatkowa

Księżyc Zatoką Perską przyszłości (4). Woda

Wiesław SewerynLeave a comment

Od pewnego czasu Księżyc stał się obiektem pożądania największych agencji kosmicznych na świecie. Dlaczego tak późno, po 55 latach? Dopiero teraz odkryto możliwość wykorzystania Księżyca w dalszym „podboju” dalekiego Kosmosu? A może dopiero teraz powstały realne możliwości techniczne dla tego typu przedsięwzięć? Pewnie jedno i drugie, ważne, że obiektem kosmicznym numer jeden jest teraz Księżyc. Ten najbliższy i przez to najłatwiej osiągalny z Ziemi naturalny obiekt kosmiczny może być doskonałą odskocznią i stacją przesiadkową do dalszej eksploracji kosmosu a także, a może przede wszystkim,  źródłem rzadkich na Ziemi surowców naturalnych. Jakich – jeszcze do końca nie wiadomo, wyobraźnię pobudza zwłaszcza hel-3, perspektywiczne źródło dla nowej energetyki jądrowej. O helu-3 już pisałem.

W tekstach Księżyc Zatoką Perską przyszłości?, Księżyc Zatoką Perską przyszłości (2)? Chang’e-6 wylądował i Księżyc Zatoką Perską przyszłości? (3). Regolit pisałem o serii chińskich misji Chang’e, a zwłaszcza ostatniej – Chang’e-6, która odwiedziła „ciemną” stronę Księżyca i przywiozła stamtąd pierwsze próbki skał powierzchniowych i głębinowych. O Chang’e-5 ledwie wspomniałem. Okazuje się, że to poważne niedopatrzenie, bo właśnie badanie próbek skał „piątki” przyniosło nieoczekiwane (a może z drżeniem serca oczekiwane) rezultaty. 

Ryc. 1. Dwie próbki gleby księżycowej przywiezione przez sondę księżycową Chang’e 5. Źródło: Hui Ren, Wikimedia Commons CC BY-SA 4.0

Kapsuła powrotna sondy Chang’e-5 wróciła w 2020 roku z próbkami skał. W lipcu b.r. na łamach Nature Astronomy opublikowano wyniki badań skał księżycowych. Można je streścić w kilku sensacyjnie brzmiących słowach: na Księżycu jest woda. Woda jest uwięziona w minerale do złudzenia przypominającym nowograblenowit1 odkryty niedawno (2019) w skałach wulkanicznych. Nowograblenowit powstaje w wyniku reakcji gorącego bazaltu z bogatymi w wodę gazami wulkanicznymi, więc niewykluczone, że pochodzi z czasów, kiedy na Księżycu występowała aktywność wulkaniczna. Istotne jest, że udział wagowy wody wynosi w nim ponad 40%. Można zapytać: skąd wzięła się woda w pierwotnych skałach księżycowych i dlaczego teraz jej nie ma? Wzięła się stąd, skąd wzięła się na Ziemi, a nie ma jej teraz, bo Księżyc przez miliardy lat odgazował się. Jednak część pierwotnej wody księżycowej zdążyła się związać z niektórymi solami, uwadniając je. 

Nowograblenowit jest heksahydratem chlorku magnezu i amonu, a jego wzór chemiczny to (NH4)MgCl3·6H2O. Obecność wody cząsteczkowej i amoniaku na powierzchni „młodego” Księżyca pozwala postawić hipotezę, że w materii Księżyca mogą istnieć także inne uwodnione sole zawierające łatwą do pozyskania wodę. 

Ryc. 2. Ziarno księżycowego nowograblenowitu – minerału zawierające wodę. (Jin i in., Nature Astronomy, 2024)

To niezwykłe odkrycie ma dwa uzupełniające się aspekty. Pierwszy jest czysto naukowy i poznawczy. Pozwala lepiej poznać prehistorię Księżyca z czasów jego formowania się. Drugi, czysto utylitarny to możliwość (potencjalna, bo nie wiemy nic o wielkości zasobów i ich położeniu) pozyskiwania niezbędnej do życia wody dla przyszłej stałej stacji księżycowej. Jest to jedno z największych zmartwień planistów i projektantów stacji, bo bez naturalnych zasobów wody o stałej obecności człowieka na Księżycu można tylko pomarzyć. Stała stacja księżycowa była też jednym z podstawowych celów strategicznych wszystkich krajów biorących udział w Wielkim Powrocie na Księżyc. Wygląda na to, że ta przeszkoda może być względnie łatwo pokonana. A przynajmniej jest nadzieja.

Obecność amonu (kationu NH4+) też ma wielkie znaczenie ponieważ amoniak jest ważnym składnikiem chemicznego paliwa rakietowego.

Zakładając, że źródłem powstania  nowograblenowitu była, podobnie jak na Ziemi, aktywność wulkaniczna, można oszacować pierwotną zawartość wody w gazach wulkanicznych, a co za tym idzie oszacować rzeczywistą zawartość minerału w skałach księżycowych. Z oświadczenia chińskich naukowców wynika, że zawartość wody była porównywalna z tą w najbardziej suchym wulkanie ziemskim, czyli wulkanie Ol Doinyo Lengai w Tanzanii. 

Z naukowego punktu widzenia opisane odkrycie jest ważną cegiełką w rekonstrukcji prehistorii Ziemi i Księżyca będącego de facto fragmentem Ziemi i dziedziczącego z pierwotnego globu podobny skład chemiczny jak Ziemia. Nie powinna więc dziwić zawartość wody i amoniaku w podobnych proporcjach jak na Ziemi. Księżyc, w przeciwieństwie do Ziemi, odgazował się. To też nic dziwnego, jego masa jest 81 razy mniejsza od masy Ziemi, a księżycowa grawitacja nie mogła utrzymać przy swojej powierzchni żadnej atmosfery. Jedynie gazy, które zdążyły związać się z minerałami (na przykład uwodnić niektóre sole) nie uleciały w daleki kosmos. 

Czego jeszcze dowiemy się z analizy próbek księżycowych? Zwłaszcza tych świeżo pobranych z „ciemnej” strony Księżyca, nie tylko powierzchniowych, ale także głębinowych. W kontekście opisanego odkrycia staje się to jeszcze bardziej intrygujące, ponieważ wnętrze Księżyca może bardzo mocno się różnić od jego powierzchni. Zwłaszcza jeśli chodzi o zawartość związków chemicznych pierwiastków ulotnych, nie poddanych skrajnym warunkom erozji panującym na powierzchni Srebrnego Globu. 

O wynikach analizy próbek zebranych przez Chang’e-6 będziemy informować w Eksperymencie Myślowym, jak tylko się ukażą. Może za 4 lata, a może wcześniej.

Na koniec polonikum. Nowograblenowit odkryto również w Polsce, w hałdach węglowych, w Radlinie na Śląsku. Opisany został w 2021 roku przez zespół naukowców – Jana Parafaniuka, Marcina Stachowicza i Krzysztofa Woźniaka z Uniwersytetu Warszawskiego. (za: wyborcza.pl, 9.08.2024).

  1. novograblenovite (ang.) nie ma jeszcze nazwy polskiej, więc szukanie “nowograblenowitu” jest z góry skazane na niepowodzenie. Ale ponieważ minerał został nazwany na cześć Prokopija Trifonowicza Nowograblenowa – rosyjskiego przyrodnika i badacza Kamczatki, uzasadnione jest spolszczenie „nowograblenowit”. ↩︎

“The Eagle has landed!” – 55 lat od pierwszego lądowania człowieka na Księżycu

Mirosław DworniczakLeave a comment

21 lipca mija 55 lat od epokowego wydarzenia kosmicznego – pierwszego lądowania człowieka na Księżycu. Tu mała prywata – były wakacje, więc mogłem oglądać transmisję z tego wydarzenia, choć miała miejsce w środku nocy. Miałem 13 lat, tata obudził mnie i mojego 9-letniego brata i usadził przed telewizorem. Pamiętam jego słowa: „Oglądajcie, bo dzieje się historia. Będziecie o tym opowiadać swoim dzieciom i wnukom”. No cóż, jak zawsze miał rację.
Dziś, wspominając Tatę, który odszedł w 1993 roku, napisałem ten krótki tekst, przypominający tamte niezwykłe dni.

Wszystko zaczęło się kilka lat wcześniej, gdy ówczesny prezydent USA, J.F. Kennedy, w 1961 roku ogłosił, że przed końcem dekady Amerykanie wylądują na Księżycu. Wydawało się to wtedy naprawdę szalonym pomysłem. Trzeba było skonstruować rakietę zdolną przetransportować ludzi na Księżyc (czyli mogącą osiągnąć drugą prędkość kosmiczną – 11,2 km/s) oraz moduł księżycowy, który miał wylądować na powierzchni naszego satelity i powrócić na jego orbitę, a następnie bezpiecznie dostarczyć trójkę astronautów do domu. W konstrukcji rakiety Saturn V (111 m wysokości) pomogło doświadczenie Wernhera von Brauna, Niemca, który wcześniej odpowiadał za hitlerowski program rakietowy.
Przygotowania trwały bardzo długo. Już 3 lata po przemówieniu Kennedy’ego zaczęto próby kosmiczne. Testowano zarówno kolejne modele rakiet nośnych, jak też modułu księżycowego. Wszystko było zupełną nowością.

Misja

W misji Apollo 11 uczestniczyło trzech astronautów, którzy po kilku dniach lotu mieli przejść do historii. Starannie wyselekcjonowani piloci amerykańscy, z których dwaj (Armstrong i Aldrin) wcześniej byli m.in. pilotami misji bojowych w czasie wojny koreańskiej.

Oficjalne zdjęcie załogi: od lewej Neil Armstrong (dowódca), Michael Collins (pilot modułu dowodzenia), Edwin “Buzz” Aldrin (pilot modułu księżycowego)
źródło: Wikipedia, licencja: domena publiczna



Start nastąpił 16 lipca 1969 r. z kosmodromu Cape Canaveral na Florydzie. Po 4 dniach lotu moduł księżycowy znalazł się na orbicie okołoksiężycowej i 20 lipca wylądował na Srebrnym Globie. Samo lądowanie było dość stresujące, ponieważ kilkakrotnie zawiódł komputer – nastąpiło przeładowanie zbieranymi danymi.

Interfejs użytkownika komputera AGC używanego przez wszystkie misje Apollo
źródło: Wikipedia, licencja: domena publiczna

Samo podejście do lądowania też było nerwowe, ponieważ planowane miejsce lądowania okazało się zbyt skaliste i mogło grozić wywróceniem lądownika. W takim przypadku astronauci byliby skazani na pozostanie na powierzchni Księżyca i powolną śmierć. Na szczęście dowódca modułu księżycowego Neil Armstrong przejął sterowanie i manualnie sprowadził lądownik na powierzchnię. Chwilę później padły słynne słowa: „The Eagle has landed” („Orzeł” [nazwa kodowa lądownika] wylądował).

Na Srebrnym Globie

Kilka godzin później nastąpił kluczowy moment – astronauci wyszli z pojazdu i jako pierwsi ludzie postawili stopy na Księżycu. Pierwszą czynnością było zebranie niewielkiej próbki skał księżycowych (w torebkę i do kieszeni skafandra). Zrobiono to, aby w razie konieczności przerwania misji taka próbka została dostarczona na Ziemię. Kolejnym krokiem było ustawienie w pobliżu lądownika amerykańskiej flagi (no, wiadomo!) oraz plakiety.

Amerykańska flaga na Księżycu – obok Buzz Aldrin
źródło: Wikipedia, licencja: domena publiczna

Następnie astronauci zebrali kolejne próbki skał księżycowych, które z niejaką trudnością umieścili w lądowniku. Po powrocie na pokład nastąpił planowy sen przed startem.

Powrót

A sam start z Księżyca był jedną wielką niewiadomą. Wszystko było wielokrotnie przeliczone, ale tylko teoretycznie. Naprawdę wszystko się mogło zdarzyć. Gdyby lądownik nie wystartował albo nie doszło do spotkania z modułem, w którym Collins okrążał Księżyc, musiałby on sam wrócić na Ziemię, pozostawiając kolegów z załogi na pewną śmierć. Na szczęście wszystko poszło perfekcyjnie (no, prawie, bo podmuch silników spowodował wywrócenie flagi zatkniętej na powierzchni). „Orzeł” po niecałej dobie pobytu na Księżycu wystartował z powierzchni i po kilku godzinach precyzyjnie połączył się z orbiterem.

Lądownik “Eagle” tuż przed dokowaniem do modułu dowodzenia
źródło: Wikipedia, licencja: domena publiczna

No a dalej była już tylko podróż do domu. Lądowanie nastąpiło 24 lipca, a załogę podjęto z wody na pokład lotniskowca USS Hornet. To jednak nie kończyło wyprawy. Astronauci musieli przejść obowiązkową kwarantannę, zanim mogli spotkać się z ludźmi. Było to spowodowane względami ostrożności – nie było wiadomo, czy nie przywlekli ze sobą jakichś księżycowych mikrobów. Pozostawali w odosobnieniu przez długie 3 tygodnie, nim dostali zgodę na opuszczenie pomieszczenia izolacyjnego.
A potem zostali bohaterami – nie tylko USA, ale całego świata. I jak w „Seksmisji”: wywiady, autografy, wizyty w zakładach pracy. Ot, normalne życie celebrytów.
Do dziś zaledwie 12 ludzi chodziło po powierzchni Księżyca, ostatni zrobili to w 1972 roku. Kiedy tam wrócimy – nie wiadomo.

Niewygłoszone przemówienie

Projektujący lot księżycowy przygotowali się na wszystko. Także na sytuację, w której powrót z naszego satelity byłby niemożliwy, a astronauci pozostaliby na zawsze na Srebrnym Globie. Nie przewidziano w takim przypadku akcji ratunkowej – byłaby ona z definicji niemożliwa. Dlatego też zostało przygotowane krótkie przemówienie, które w takim przypadku miał wygłosić prezydent Nixon. Przygotował je autor wystąpień prezydenckich, William Safire. Krótki tekst, który można znaleźć w sieci, był utrzymany w bardzo podniosłym, poważnym nastroju. Plan był taki, że prezydent najpierw zadzwoni osobiście do obu żon astronautów, a potem telewizja wyemituje przemówienie do narodu.

Na szczęście nie było konieczności jego wygłoszenia, bo wszystko poszło idealnie.