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/ (nová koncepce – 2015)
Co je život?
Základní definice:
1944 – Erwin Schrödinger: What is Life?
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 a James Watson 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
ústavu 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!
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
𝑁𝑁𝑏𝑏 = 𝑅𝑅∗ 𝐹𝐹𝑠𝑠 𝐹𝐹𝑝𝑝 𝐹𝐹𝑒𝑒 𝑛𝑛ℎ𝑧𝑧 𝐹𝐹𝑏𝑏 𝐿𝐿𝑏𝑏
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, E-ELT …
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
vznik po intenzivním bombardování povrchu (před 3,8 až 4,0 mld roků).
nepřímé důkazy - nejstarší fosilie - asi 3,95 mld roků staré (2017)
Lze život na zemi odhalit z vesmíru?
Život na Zemi
prosinec 1990 – test provedený sondou Galileo
výsledky svědčí o přítomnosti života
=> praktická demonstrace sondy, která
úspěšně nalezla inteligentní život ve
vesmíru!
C. Sagan et al., Nature 365 (1993) 715–721
1959 - „Pátrání po mezihvězdném spojení“ (Coconino & Morrison, Nature)
1960 - Ozma (Frank Drake) – první projekt SETI; 25metrového
radioteleskopu k prozkoumání rádiových vln z hvězd τ Cet a ε 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)
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
SETI league, Inc. (založeno r. 1994)
v provozu od r. 1996, první projekt, který má soustavně monitorovat celu
hvězdnou oblohu v reálném čase!
Projekt Argus
síť amatérských radioteleskopů koordinovaná SETI
Hledání mimozemského života
Search: Project Argus Project BETA Project Phoenix SETI@home
Southern
SERENDIP
Sponsors: SETI League
Planetary Society,
Bosack/Kruger
Foundation
SETI Institute
UC Berkeley,
Planetary Society,
Sun Microsystems,
Fujifilm
SETI Australia Centre,
CSIRO,
SETI Institute
Contact: H. Paul Shuch Paul Horowitz Seth Shostak Dan Werthimer Frank Stootman
Telescopes:
147 now
5000 planned
one
(Harvard MA)
two (Arecibo, Jodrell
Bank)
one
(Arecibo PR)
one
(Parkes Australia)
Antenna
Diameter:
3 - 5 meter 26 meter
305 meter,
76 meter
305 meter 64 meter
Type of
Search:
global all-sky northern all-sky targeted parasitic southern all-sky
Unique
Feature:
all directions
in real time
2 Billion
channels
follow-up
detection device
>4,000,000
computers
58.8 Million
channels
Main
Strength:
amateur radio
telescopes
3-beam, full
waterhole search
near-realtime
followup,
RFI discrimination
distributed
computing
multi-channel
spectrum analyzer
Participants:
radio
amateurs
graduate
students
professional
astronomers
general
public
University students
and researchers
Annual
Budget:
$29,700 $35,000 $750,000 $500,000
not
disclosed
Sky
Coverage:
excellent good 1000 nearby stars fair good
Sensitivity: fair good excellent excellent good
Chances for
Success:
unknown unknown unknown unknown unknown
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!“
2020 - možné vysvětlení?
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.“
Která z teorií jej vyřeší?
Hodně zdaru u zkoušek!
Šťastné a veselé!
