Liv i solsystemet - Mikael Bonnier

1:a upplagan
Copyright © 1988 by Mikael Bonnier, Lund, Sweden.
All rights reserved.

Kan det finnas liv på andra platser i solsystemet. Det är det denna uppsats skall handla om. Jag kommer att undersöka planeten Mars, Jupiter-månen Europa och Saturnus-månen Titan. Jag kommer även att diskutera uppkomsten av planeten Venus atmosfär.

När de amerikanska vikingsonderna landade på Mars hade två sovjetiska sonder redan kraschlandat där. Vikingsonderna medförde bl a instrument som skulle avgöra existensen av liv på Mars. Det ena instrumentet mätte halten av organiska föreningar i ytan, det andra skulle tillföra näringsämnen till jorden och undersöka om dessa förbrukades och i fall några avfallsprodukter bildades. Detta skulle i så fall utgöra ett bevis för existensen av mikroorganismer.

Det första testet var negativt. Det visade sig att det inte fanns några organiska molekyler i ytan, ner till en noggrannhet av några miljarddelar! Det andra instrumentet visade att det faktiskt bildades organiska ämnen då jorden som sonden grävt upp berikades med näringsämnen. Det bildades också CO₂. Detta skulle kunna tyda på att det fanns mikroorganismer, men de flesta analytiker menar dock att Mars-jorden är steril. Anledningen är att den starka ultravioletta strålningen på Mars (som inte har något ozonlager, O₃) orsakar ovanliga kemiska förhållanden. För att bevisa denna tes har man gjort laboratorieförsök på jorden med garanterat steril jord och stark ultraviolett strålning. Man fick då samma resultat.

Det fanns troligen flytande vatten på mars för 2 miljarder år sedan. Det visar de gamla flodfårorna på ytan. Dessa har sedan bombarderats med meteoriter. Genom att räkna nedslagskratrarna kan man bestämma fårornas ålder. Livet på Jorden uppkom för ca 4 miljarder år sedan. Det är möjligt att liv uppkom på Mars. Organismerna skulle kunna leva under frosten och isen i geotermiska områden där isen smälter ibland. Isen skulle dessutom vara skyddande mot UV-ljus. Att Mars nu saknar atmosfär beror på att en så liten planet troligen saknar plattektonik. Detta gör karbonatcykeln ineffektiv (mer om detta senare). Om Jorden hade legat på Mars avstånd från solen hade temperaturen och atmosfären varit acceptabla för liv.

Klimatet på jorden regleras av en negativ feedbackloop (självreglering). CO₂ och H₂O och några andra gaser kan orsaka en växthuseffekt. Den fungerar så att gaserna släpper in solljus med högre frekvens. Jorden absorberar den strålningen och sänder ut lågfrekvent infraröd strålning. Denna reflekteras av gaserna tillbaka mot jorden och temperaturen höjs. Gaserna höjer Jordens temperatur med ca 35°C jämfört med om de saknades.

Nederbörden på jorden är beroende av temperaturen: om temperaturen ökar så ökar avdunstningen och därmed ökar också regnet och vice versa. Karbonater bildas då CO₂ löses i regnvatten och reagerar med calciumsilikatmineraler. Då frigörs calcium- och bikarbonatjoner (Ca⁺⁺ och HCO₃^-) i grundvattnet. Till slut förs jonerna via strömmar och floder till havet. Där i havet finns alger och andra organismer som använder jonerna för att tillverka skal av calciumkarbonat (CaCO₃). När de dör hamnar skalen på havsbotten. Havsbottnen glider under kontinenterna, då trycket och temperaturen stiger bildas CO₂. Koldioxiden återförs till atmosfären via vulkanutbrott under vattnet eller på ytan. Eftersom inlagringen av CO₂ beror på temperaturen minskar halten i atmosfären då temperaturen stiger. Då minskar växthuseffekten och temperaturen sjunker igen.

Även om det inte fanns några organismer på Jorden skulle den temperaturreglerande karbonatcykeln troligtvis ändå fungera eftersom koncentrationen av jonerna då skulle bli så hög att CaCO₃ skulle fällas ut av sig själv. Venus ligger så nära solen att vattnet har avdunstat och brutits ned till syre och väte i de högre atmosfärslagren. Det är mer komplicerat än så och jag kommer inte gå in på det närmare. Venus yta är nu torr, det visade de sovjetiska Venera-sonderna. Atmosfären innehåller inte heller mycket vatten och yttemperaturen är 460°C. Venus atmosfär innehåller mycket CO₂ eftersom vulkaner har fortsatt att släppa ut CO₂ och inget har lakats ut av regn. Jorden ligger nära den inre gränsen för att en planet skall vara bebolig. Solens ljusstyrka kommer att öka i framtiden och temperaturen kommer att öka. År 1000001988 kan Jorden få problem med att behålla vattnet. Koldioxidhalten kommer då att vara mycket låg och växterna får problem med fotosyntesen redan före detta datum. Den nuvarande ökningen av koldioxidhalten kan inte pågå mer än några hundra år eftersom de fossila bränslena då kommer att vara slut.

Saturnus största måne är Titan, det är den enda månen i solsystemet med atmosfär. Trycket är 1.5 bar enligt sonden Voyager 1 som nådde Saturnus-systemet i november 1980 (Jordens tryck: 1 bar). Atmosfärens sammansättning liknar Jordens innan livet uppkom. Den består av kväve (N₂) 82 %, argon (Ar) 12 %, Metan (CH₄) och andra organiska föreningar. Metan kan förekomma flytande och spelar kanske samma roll som vatten på jorden. Ett komplext metan-väder kan ha utvecklats. Titan skulle kunna utgöra ett jättelikt laboratorium. Om man värmer några km² av Titan producerar man mer av "ursoppan" än vad man skulle kunna göra på Jorden under århundraden. Temperaturen är nu -179°C.

Jupiters måne Europa, den minsta av de Galileiska månarna, är antagligen den bästa kandidaten för utomjordiskt liv i solsystemet. Under den tunna isskorpan finns troligen en ocean med temperaturer över 0°C. Anledningen är inte solljuset utan p g a att den är relativt nära Jupiter. Tidvatteneffekten, d v s skillnaden i dragningskraft mellan den sida som är närmast Jupiter och den sida som är längst bort, gör att månens inre hettas upp. Radioaktivt sönderfall är också en bidragande orsak. Isskorpan är högst 10 km tjock. Men kan vara betydligt tunnare om det finns ett isolerande frostlager.

Många direkta observationer stöder hypotesen om en flytande ocean. Först och främst: Europas yta har nästan inga kratrar. För att ytan skall kunna slätas ut krävs det att det finns ett isolerande frostlager som kan höja yttemperaturen och göra ytan flexibel. För det andra så skiljer sig Europas reflektivitet från Jupiters övriga månar, reflektiviteten är i överensstämmelse med ett ytligt frostlager. För det tredje: fördelningen av svavel från Jupiter kan förklaras med att vatten samtidigt lagras in i ytan. Mätningar visar att 0.1 µm frost avlagras på ytan årligen. Att frost avlagras är ett bevis för att vatten exponeras öppet för rymden och att vattnet sedan kondenseras och faller tillbaka på ytan.

Sprickor i ytan kan bildas genom tidvatteneffekten. Ett bubbligt islager på 50 cm bildas snabbt, sedan bildas klar is under, efterhand. Att frysa ett 15 m tjockt islager tar ungefär 4.5 år. Solljuset som tränger igenom detta lager är tillräckligt för fotosyntes. Vid sydpolen på Jorden finns organismer som klarar dessa förhållanden och dessutom kan övervintra den antarktiska vintern. På jorden överlever mellan 0.1 till 10% av algerna den antarktiska vintern.

Då Europa rör sig genom Jupiters magnetfält induceras strömmar. När det finns frakturer på sidan närmast Jupiter och på sidan längst bort så blir strömmarna starka och dessa kan hindra att islagret tjocknar. Det bildas också väte respektive syre på vardera sidan. Man räknar med att strömningen i oceanen är kraftig p.g.a. temperaturskillnader. Detta gör att vattnet är väl blandat. På Jorden finns det så kallade "knallgasbakterier", dessa kan använda H₂ och O₂ som energikälla.

Det är möjligt att det finns vulkanutbrott under vattnet. På Jorden vid Galapagos-öarna finns hetvattenskällor på havsbotten. Det heta vattnet reagerar med salter, olika ämnen fälls ut t.ex. järnsulfid (FeS). Vid källorna finns det bakterier som använder FeS och O₂ som energikälla. Dessa bakterier utgör basen i hela ekosystem, oberoende av solljus. År 1984 gjordes nya fynd, då upptäckte man att det fanns kolonier i Atlantens djupgravar. I detta område sipprade det fram sulfidhaltigt vatten. Alla dessa svavelbakterier behöver syre för att kunna leva; på Jorden är detta en biprodukt av fotosyntesen. Dessa kolonier är alltså inte helt oberoende av fotosyntesen.

Om det finns organismer på Jorden som skulle kunna anpassa sig till ett liv på Europa är inte helt säkert. Det som begränsar livet på Europa är bristen på användbara energikällor. Om liv verkligen har uppstått på Europa är osäkert. Utvecklingen av liv behöver troligen mer energi än vad som finns tillgängligt nu. Energiinflödet kan ha varit större tidigare och det har t.o.m. påståtts att livet på Jorden skulle ha uppstått vid geotermiska källor.

Framtida Jupiter-sonder får utvisa om det verkligen finns liv på Europa. Kanske kan man tränga igenom ytan och göra mätningar på platsen. Tillsvidare får vi nöja oss med Galileo-sonden som kan undersöka om det finns moln av vattenånga på månen. Tyvärr har projektet drabbats av nedskärningar, och resan som skulle startat 1985 är uppskuten till november 1989.