Η κατοικησιμότητα της Γης μπορεί να οφείλεται σε μια ακριβή χημική ισορροπία κατά τη διάρκεια του σχηματισμού της, η οποία εμπόδισε τα ζωτικά στοιχεία να εξαφανιστούν στον πυρήνα ή να παρασυρθούν στο διάστημα.
Κρίσιμα στοιχεία για την ζωή
Ένας κόσμος μπορεί να φαίνεται πολλά υποσχόμενος από μακριά και να του λείπουν τα χημικά συστατικά από τα οποία εξαρτάται η βιολογία. Δύο από τα πιο κρίσιμα είναι ο φώσφορος και το άζωτο, και λειτουργούν σαν φύλακες της ζωής. Ο φώσφορος είναι ενσωματωμένος στο DNA και το RNA, τα μόρια που αποθηκεύουν και μεταδίδουν γενετικές πληροφορίες, και βοηθά επίσης τα κύτταρα να διαχειρίζονται την ενέργεια. Το άζωτο είναι ένα βασικό συστατικό των πρωτεϊνών, στις οποίες βασίζονται οι ζωντανοί οργανισμοί για να χτίσουν κύτταρα και να τα διατηρήσουν σε λειτουργία.
Αυτό που κάνει αυτά τα στοιχεία ιδιαίτερα ενδιαφέροντα είναι ότι ένας πλανήτης μπορεί να χάσει την πρόσβαση σε αυτά πολύ πριν η επιφάνειά του σταθεροποιηθεί. Μια μελέτη με επικεφαλής τον Craig Walton, μεταδιδακτορικό ερευνητή στο Κέντρο Προέλευσης και Επιπολασμού της Ζωής στο ETH Zurich, μαζί με την καθηγήτρια του ETH Maria Schönbächler, διαπίστωσε ότι ο φώσφορος και το άζωτο πρέπει να είναι διαθέσιμα τη στιγμή που ένας πλανήτης σχηματίζει τον πυρήνα του.
«Κατά τη διάρκεια του σχηματισμού του πυρήνα ενός πλανήτη, πρέπει να υπάρχει ακριβώς η σωστή ποσότητα οξυγόνου, ώστε ο φώσφορος και το άζωτο να μπορούν να παραμείνουν στην επιφάνεια του πλανήτη», εξηγεί ο Walton, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης.
Η Γη φαίνεται να έχει φτάσει σε αυτή τη χημική ισορροπία περίπου 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, γεγονός που μπορεί να εξηγήσει γιατί κατέληξε στις πρώτες ύλες που χρειάζεται η ζωή. Το αποτέλεσμα θα μπορούσε να αναδιαμορφώσει τον τρόπο με τον οποίο οι επιστήμονες κρίνουν τις πιθανότητες για ζωή αλλού στο σύμπαν.
Ο σχηματισμός του πυρήνα ως μορφή κοσμικής ρουλέτας
Οι νεαροί βραχώδεις πλανήτες ξεκινούν ως κυματιστοί ωκεανοί από λιωμένο βράχο. Καθώς η βαρύτητα τραβάει υλικά σε στρώματα, πυκνά μέταλλα όπως ο σίδηρος βυθίζονται προς τα μέσα για να σχηματίσουν τον πυρήνα, ενώ ελαφρύτερο υλικό παραμένει από πάνω για να γίνει ο μανδύας και, αργότερα, ο φλοιός. Αυτός ο φυσικός διαχωρισμός είναι μόνο η μισή ιστορία. Ταυτόχρονα, η χημεία αποφασίζει ποια στοιχεία προτιμούν το μέταλλο και ποια προτιμούν τον βράχο, και το οξυγόνο είναι ένας από τους μεγαλύτερους παράγοντες αυτής της επιλογής.
Εάν το οξυγόνο είναι σπάνιο κατά τη διάρκεια του σχηματισμού του πυρήνα, ο φώσφορος τείνει να συνδέεται με τον σίδηρο και άλλα βαρέα μέταλλα και σύρεται προς τα κάτω στον πυρήνα. Μόλις συμβεί αυτό, απομακρύνεται αποτελεσματικά από το επιφανειακό περιβάλλον όπου η ζωή θα το χρειαζόταν. Εάν το οξυγόνο είναι πολύ άφθονο, ο φώσφορος παραμένει στον μανδύα, αλλά το άζωτο είναι πιο πιθανό να διαφύγει στην ατμόσφαιρα και τελικά να χαθεί. Με άλλα λόγια, οι συνθήκες που προστατεύουν ένα βασικό στοιχείο της ζωής μπορούν να κάνουν το άλλο πιο δύσκολο να διατηρηθεί.
Χημική ζώνη Goldilocks
Χρησιμοποιώντας εκτεταμένη υπολογιστική μοντελοποίηση, ο Walton και οι συνάδελφοί του διαπίστωσαν ότι υπάρχει μόνο ένα πολύ μικρό εύρος ενδιάμεσων συνθηκών οξυγόνου υπό τις οποίες τόσο ο φώσφορος όσο και το άζωτο παραμένουν στον μανδύα σε ποσότητες κατάλληλες για ζωή. Οι ερευνητές περιγράφουν αυτήν την ισορροπία ως χημική ζώνη Goldilocks.
«Τα μοντέλα μας δείχνουν ξεκάθαρα ότι η Γη βρίσκεται ακριβώς μέσα σε αυτό το εύρος. Εάν είχαμε λίγο περισσότερο ή λίγο λιγότερο οξυγόνο κατά τη διάρκεια του σχηματισμού του πυρήνα, δεν θα υπήρχε αρκετός φώσφορος ή άζωτο για την ανάπτυξη ζωής», λέει ο Walton.
Η μελέτη δείχνει επίσης ότι άλλοι πλανήτες σχηματίστηκαν υπό διαφορετικές συνθήκες. Στην περίπτωση του Άρη, τα επίπεδα οξυγόνου κατά τη διάρκεια του σχηματισμού του έπεσαν εκτός αυτής της στενής ζώνης. Ως αποτέλεσμα, ο Άρης κατέληξε με περισσότερο φώσφορο στον μανδύα του από τη Γη, αλλά σημαντικά λιγότερο άζωτο, δημιουργώντας ένα περιβάλλον που θα ήταν πολύ λιγότερο ευνοϊκό για τη ζωή όπως την καταλαβαίνουμε.
Νέα κριτήρια για την αναζήτηση ζωής
Τα νέα ευρήματα θα μπορούσαν να αλλάξουν τον τρόπο με τον οποίο οι επιστήμονες αναζητούν ζωή αλλού στο σύμπαν. Μέχρι τώρα, η εστίαση ήταν κυρίως στο αν ένας πλανήτης διέθετε νερό. Σύμφωνα με τους Walton και Schönbächler, αυτό υπολείπεται κατά πολύ.
Η ποσότητα οξυγόνου που διατίθεται κατά τη διάρκεια του σχηματισμού ενός πλανήτη μπορεί να σημαίνει ότι πολλοί πλανήτες είναι χημικά ακατάλληλοι για ζωή από την αρχή, ακόμη και αν υπάρχει νερό και κατά τα άλλα φαίνεται να έχουν τις κατάλληλες συνθήκες για ζωή.
Η αναζήτηση παρόμοιων ηλιακών συστημάτων στο σύμπαν
Αυτές οι χημικές προϋποθέσεις για τη ζωή μπορούν να μετρηθούν έμμεσα από τους αστρονόμους παρατηρώντας άλλα ηλιακά συστήματα χρησιμοποιώντας μεγάλα τηλεσκόπια. Η ποσότητα οξυγόνου που υπάρχει σε ένα ηλιακό σύστημα για τον σχηματισμό πλανητών εξαρτάται από τη χημική σύνθεση του αστέρα που τον φιλοξενεί. Η χημική δομή του αστέρα διαμορφώνει ολόκληρο το πλανητικό σύστημα γύρω του, καθώς οι πλανήτες αποτελούνται κυρίως από το ίδιο υλικό με το άστρο που τον φιλοξενεί.
Τα ηλιακά συστήματα που διαφέρουν σημαντικά από το δικό μας όσον αφορά τη χημική τους σύνθεση δεν είναι επομένως καλά μέρη για να αναζητήσουμε ζωή αλλού στο σύμπαν. «Αυτό κάνει την αναζήτηση ζωής σε άλλους πλανήτες πολύ πιο συγκεκριμένη. Θα πρέπει να αναζητήσουμε ηλιακά συστήματα με αστέρια που μοιάζουν με τον δικό μας Ήλιο», λέει ο Walton.
www.worldenergynews.gr
