ASTROBIOLOGIA. Wykład 4



Podobne dokumenty
Układ Słoneczny. Powstanie Układu Słonecznego. Dysk protoplanetarny

ASTROBIOLOGIA. Wykład 3

1. Obserwacje nieba 2. Gwiazdozbiór na północnej strefie niebieskiej 3. Gwiazdozbiór na południowej strefie niebieskiej 4. Ruch gwiazd 5.

Powstanie i ewolucja Układu Słonecznego I

Układ słoneczny, jego planety, księżyce i planetoidy

Fizyka i Chemia Ziemi

Planety w układach podwójnych i wielokrotnych. Krzysztof Hełminiak

Układ Słoneczny. Szkoła Podstawowa Klasy IV VI Doświadczenie konkursowe nr 2

Prezentacja. Układ Słoneczny

ETAP II. Astronomia to nauka. pochodzeniem i ewolucją. planet i gwiazd. na wydarzenia na Ziemi.

Ciała drobne w Układzie Słonecznym

Wykłady z Geochemii Ogólnej

Życie w Układzie Słonecznym I

Dlaczego wyginęło życie na Marsie? A może nigdy go tam nie było?

ENCELADUS KSIĘŻYC SATURNA. Wojciech Wróblewski Źródło: en.wikipedia.org

W poszukiwaniu życia pozaziemskiego

Układ Słoneczny Układ Słoneczny

I KONKURS METEORYTOWY

Układ słoneczny. Rozpocznij

Od Wielkiego Wybuchu do Gór Izerskich. Tomasz Mrozek Instytut Astronomiczny UWr Zakład Fizyki Słońca CBK PAN

PROSZĘ UWAŻNIE SŁUCHAĆ NA KOŃCU PREZENTACJI BĘDZIE TEST SPRAWDZAJĄCY

Ruchy planet. Wykład 29 listopada 2005 roku

Synteza jądrowa (fuzja) FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ

Liceum dla Dorosłych semestr 1 FIZYKA MAŁGORZATA OLĘDZKA

Grawitacja - powtórka

W poszukiwaniu nowej Ziemi. Andrzej Udalski Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego

Cząstki elementarne z głębin kosmosu

1) Rozmiar atomu to około? Która z odpowiedzi jest nieprawidłowa? a) 0, m b) 10-8 mm c) m d) km e) m f)

Sprawdzian 2. Fizyka Świat fizyki. Astronomia. Sprawdziany podsumowujące. sin = 0,0166 cos = 0,9999 tg = 0,01659 ctg = 60,3058

Badania bezpośrednie (np.: sondy kosmiczne, meteoryty itp.) Obserwacje form krajobrazu (budowa i ilość kraterów, wylewy magmy itp.

I etap ewolucji :od ciągu głównego do olbrzyma

Pola Magnetyczne w Układzie Słonecznym

CHEMIA LEKCJA 1. Budowa atomu, Izotopy Promieniotwórczość naturalna i sztuczna. Model atomu Bohra

Promieniowanie jonizujące

Budowa i ewolucja gwiazd I. Skale czasowe Równania budowy wewnętrznej Modele Diagram H-R Ewolucja gwiazd

Ewolucja w układach podwójnych

Układ Słoneczny Pytania:

Woda. Najpospolitsza czy najbardziej niezwykła substancja Świata?

Loty Załogowe KOSMONAUTYKA Wykład nr 10. Piotr Wolański

Układ Słoneczny. Pokaz

( W.Ogłoza, Uniwersytet Pedagogiczny w Krakowie, Pracownia Astronomiczna)

Powstanie i ewolucja Układu Słonecznego II

Odkryj planety naszego Układu Słonecznego W ciągu 90 minut przez wszechświat Na wycieczkę między Ehrenfriedersdorf i Drebach

doświadczenie Rutheforda Jądro atomowe składa się z nuklonów: neutronów (obojętnych elektrycznie) i protonów (posiadających ładunek dodatni +e)

EFEKT CIEPLARNIANY. Efekt cieplarniany występuje, gdy atmosfera zawiera gazy pochłaniające promieniowanie termiczne (podczerwone).

PodziaŁ planet: Zewnętrzne: Wewnętrzne: Merkury. Jowisz. Wenus. Saturn. Ziemia. Uran. Mars. Neptun

Aplikacje informatyczne w Astronomii. Internet źródło informacji i planowanie obserwacji astronomicznych

To ciała niebieskie o średnicach większych niż 1000 km, obiegające gwiazdę i nie mające własnych źródeł energii promienistej, widoczne dzięki

Sztuczny satelita Ziemi. Ruch w polu grawitacyjnym

Budowa Galaktyki. Materia rozproszona Rozkład przestrzenny materii Krzywa rotacji i ramiona spiralne

Odkrycie jądra atomowego - doświadczenie Rutherforda 1909 r.

Efekt cieplarniany i warstwa ozonowa

Fizyka układów planetarnych. Merkury. Wykład 5

Tajemnice Srebrnego Globu

Ewolucja Wszechświata Wykład 14

Księżyc to ciało niebieskie pochodzenia naturalnego.

Astronomia. Znając przyspieszenie grawitacyjne planety (ciała), obliczyć możemy ciężar ciała drugiego.

Jak możemy obliczyć odległość burzy od Nas? W jaki sposób możemy ocenić, widząc błyskawicę i słysząc grzmot jak daleko od Nas uderzył piorun? Licząc s

Modele atomu wodoru. Modele atomu wodoru Thomson'a Rutherford'a Bohr'a

Najbardziej rozpowszechniony pierwiastek we Wszechświecie, Stanowi główny składnik budujący gwiazdy,

a TB - średnia odległość planety od Słońca Giuseppe Piazzi OCR ( )

Układ Słoneczny. Fizyka i Chemia Ziemi. Odkrycie małych planet. Odległości planet od Słońca. Układ Słoneczny stanowią:

Wykład Budowa atomu 1

Atmosfera. struktura i skład chemiczny; zmiany stanu atmosfery kluczowe dla życia na Ziemi

Odczarujmy mity II: Kto naprawdę zmienia ziemski klimat i dlaczego akurat Słooce?

O egzotycznych nuklidach i ich promieniotwórczości

Egzamin maturalny z fizyki i astronomii 5 Poziom podstawowy

SZYBKOŚĆ REAKCJI CHEMICZNYCH. RÓWNOWAGA CHEMICZNA

pobrano z serwisu Fizyka Dla Każdego zadania fizyka, wzory fizyka, matura fizyka

Piotr Brych Wzajemne zakrycia planet Układu Słonecznego

Analiza spektralna widma gwiezdnego

Światło fala, czy strumień cząstek?

Obliczenia chemiczne

Prawo powszechnego ciążenia, siła grawitacyjna, pole grawitacyjna

METODY PRZYGOTOWANIA PRÓBEK DO POMIARU STOSUNKÓW IZOTOPOWYCH PIERWIASTKÓW LEKKICH. Spektrometry IRMS akceptują tylko próbki w postaci gazowej!

Sonochemia. Schemat 1. Strefy reakcji. Rodzaje efektów sonochemicznych. Oscylujący pęcherzyk gazu. Woda w stanie nadkrytycznym?

Fizyka Procesów Klimatycznych Wykład 1

Budowa i ewolucja gwiazd I. Skale czasowe Równania budowy wewnętrznej Modele Diagram H-R Ewolucja gwiazd

Wszechświat w mojej kieszeni. Układ Słoneczny. Gloria Delgado Inglada. 4 No. 4. Instytut Astronomii UNAM, Meksyk

Elektron w fizyce. dr Paweł Możejko Katedra Fizyki Atomowej i Luminescencji Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej Politechnika Gdańska

Fizyka i Chemia Ziemi

pobrano z serwisu Fizyka Dla Każdego - - zadania z fizyki, wzory fizyczne, fizyka matura

Teoria grawitacji. Grzegorz Hoppe (PhD)

Wpływ dodatku biowęgla na emisje w procesie kompostowania odpadów organicznych

Szkolny konkurs chemiczny Grupa B. Czas pracy 80 minut

Fizyka 3. Konsultacje: p. 329, Mechatronika

Następnie powstały trwały izotop - azot-14 - reaguje z trzecim protonem, przekształcając się w nietrwały tlen-15:

Rotacja. W układzie związanym z planetą: siła odśrodkowa i siła Coroilisa. Potencjał efektywny w najprostszym przypadku (przybliżenie Roche a):

Wszechświat w mojej kieszeni. Układ Słoneczny. Gloria Delgado Inglada. 4 No. 4. Instytut Astronomii UNAM, Meksyk

Fizyka układów planetarnych. Wenus. Wykład 3

Astronomiczny elementarz

ARKUSZ 1 POWTÓRZENIE DO EGZAMINU Z CHEMII

Optyka falowa. Optyka falowa zajmuje się opisem zjawisk wynikających z falowej natury światła

Tworzenie protonów neutronów oraz jąder atomowych

GRAWITACJA MODUŁ 6 SCENARIUSZ TEMATYCZNY LEKCJA NR 2 FIZYKA ZAKRES ROZSZERZONY WIRTUALNE LABORATORIA FIZYCZNE NOWOCZESNĄ METODĄ NAUCZANIA.

Efekt Comptona. Efektem Comptona nazywamy zmianę długości fali elektromagnetycznej w wyniku rozpraszania jej na swobodnych elektronach

uczeń opanował wszystkie wymagania podstawowe i ponadpodstawowe

Zderzenia. Fizyka I (B+C) Wykład XVI: Układ środka masy Oddziaływanie dwóch ciał Zderzenia Doświadczenie Rutherforda

Energia słoneczna i cieplna biosfery Pojęcia podstawowe

Sprawdzian Na rysunku przedstawiono siłę, którą kula o masie m przyciąga kulę o masie 2m.

Transkrypt:

ASTROBIOLOGIA Wykład 4 1

EWOLUCJA ZIEMI 2

POWSTANIE UKŁADU SŁONECZNEGO 3

4

WIELKIE BOMBARDOWANIE Czas trwania: 3.8 4.1 mld lat temu (~200 mln lat); Wynik: kratery księżycowe (~1700, d > 20 km); Dowody: Misje Apollo 15, 16, 17: próbki gruntu księżycowego większość skał w kraterach krystalizowała się w wąskim przedziale czasu; uderzenia komet i asteroid ~10km średnicy; katastrofa księżycowa; Meteoryty księżycowe (~nie starsze niż 3.9 mld lat, 2.5-3.9 mld lat) Meteoryty z pasa asteroid (chondryty): wiek większości to 3.4-4.1 mld lat, 4.5 mld lat; prędkość uderzenia (>10 km/s; orbity, nachylenia i ekscentryczności) Struktura kraterów na Merkurym (rozkład kraterów i rozmiary, wiek) 5

WIELKIE BOMBARDOWANIE 6

WIELKIE BOMBARDOWANIE Przyczyny: Migracje gazowych olbrzymów (Model Nicejski); Późne powstanie Urana i Neptuna; długi czas formowania; Hipoteza piątej planety typu ziemskiego (orbita zaburzona do pasa asteroid: LHB; problem: ułożenie asteroid); Inne mechanizmy. 7

MODEL NICEJSKI 1 Autorzy: Rodney Gomes, Hal Levison, Alessandro Morbidelli, Kleomenis Tsiganis 2005, Nature; Mechanizm: Po pozbyciu się gazu i pyłu z układu cztery planety olbrzymy miały inne orbity niż obecnie; początkowo orbity ~kołowe, Odległości od Słońca: ~5.5 i ~17 AU; Dalej: dysk skalistych i lodowych planetozymali, 35 M Z, do odległości 35 AU. 8

MODEL NICEJSKI 1 Oddziaływanie grawitacyjne między planetozymalami z zewnętrznej części z planetami olbrzymami; Zmiana orbit planetozymali; rozpraszanie do centrum układu; Wymiana momentu pędu, planety przesuwają się na zewnątrz (ZZMM); Planetozymale zaczynają oddziaływać z Jowiszem: zmiana orbit na eliptyczne lub wyrzucenie poza układ to powoduje, że Jowisz porusza się do środka; 9

MODEL NICEJSKI 1 Planetozymale zaczynają oddziaływać z Jowiszem: zmiana orbit na eliptyczne lub wyrzucenie poza układ to powoduje, że Jowisz porusza się do środka; Po wielu setkach milionów lat Jowisz i Saturn: rezonans 1:2; rezonans wzmacnia ekscentryczność, destabilizuje cały układ słoneczny. 10

MODEL NICEJSKI 1 Ustawienie planet szybko się zmienia; Jowisz wypycha Saturna na zewnątrz; 11

MODEL NICEJSKI 1 Oddziaływania grawitacyjne między Saturnem a Uranem i Neptunem, Uran i Neptun: ekscentryczne orbity, planetozymale z zewnętrznego dysku rozpraszane prawie cały dysk rozproszony (99% masy; to wyjaśnia dzisiejsze obserwacje); Część planetozymali do wnętrza układu Wielkie Bombardowanie (LHB) Koniec: ustalenie orbit; w niektórych modelach zamiana orbit Urana z Neptunem; 12

MODEL NICEJSKI 2 Początek: planety olbrzymy w rezonansie, np. J-S 3:2, S-U 3:2 U-N 4:3 (stabilne rezonanse); Oddziaływanie z planetozymalami z zewnętrznego pasa planety migrują do wewnątrz układu i zostają w rezonansie; Ekscentryczność orbit rośnie zmiany rezonansów; zaczyna się oddziaływanie grawitacyjne między planetami; podobnie jak model nicejski 1 13

MODEL NICEJSKI 2 Model nicejski 1 i 2: MN1: wybór początkowych orbit niestabilności czas LHB MN1: zależność: czas niestabilności położenie wewnętrznego pasa planetozymali; MN2 odpowiednie warunki początkowe (struktura orbit planet olbrzymów pod koniec fazy dysku); MN2 uwzględnia interakcje pomiędzy planetozymalami: brak korelacji czas niestabilności wewnętrzny pas planetozymali; J-S: 3:2; S-U 3:2 U-N 4:3 14

MODEL HIPSTERSKI Dodatkowa planeta olbrzym: Symulacje: warunki początkowe; 1 Problem MN: rezonanse nie dają końcowych orbit planet olbrzymów takich jak dzisiejsze; 2 Problem MN: przetrwanie planet typu ziemskiego wątpliwe (niezależnie od rezonansu); Rozwiązanie: 5 planet olbrzymów (dodatkowy lodowy olbrzym, masa podobna do U lub N) statystycznie najlepsze wyniki; dodatkowa planeta wyrzucona z układu (J) 15

ETA CORVI Obserwacje IRAS: nadwyżka promieniowania IR; Dysk pyłowy, T = ~50-80 K, odległość ~150-180 AU; 60% masy Księżyca; do 100 AU: mało materii (wyczyszczony oddziaływanie planet w układzie rezonanse i migracje); powstanie: oddziaływanie planetozymali na zewnętrznych orbitach; Eta Corvi; V = 4.30 mag; SpT: F2 V M = 1.4Ms, R = 1.6 Rs; Wiek: 30% wieku Słońca. 16

ETA CORVI Gorętszy dysk wewnętrzny: 3.5 AU: Spitzer: H 2 O, związki organiczne; gorący pył bogaty w węgiel w strefie habitacyjnej układu; Spitzer: związki organiczne typowo kometarne Najlepszy model powstania, budowy i składu: Wielkie Bombardowanie. Eta Corvi; V = 4.30 mag; SpT: F2 V M = 1.4Ms, R = 1.6 Rs; Wiek: 30% wieku Słońca. 17

SKĄD SIĘ WZIĘŁA WODA I ATMOSFERA ZIEMI 18

SKĄD SIĘ WZIĘŁA WODA NA ZIEMI? Problem 1: woda: Pochodzenie wody; Pochodzenie rozpuszczonych w niej substancji; Problem 2: pochodzenie basenów oceanicznych. 19

POCHODZENIE WODY 1. Hipoteza geochemiczna woda pochodzi z magmy, która wydostaje się na powierzchnię planety (zasoby dysku protoplanetarnego); Ostatni etap krzepnięcia magmy, skraplanie i wytrącanie z niej pary wodnej; Magma: chondryt węglowy; 15-20% wody; Wystarczy ocean magmy o głębokości 50 km; Ile było wody? problem co się stało z nadmiarem wody? 20

POCHODZENIE WODY 2. Wodę na Ziemię mogły również przynieść obiekty z zewnętrznego Układu Słonecznego (komety i/lub asteroidy), uderzające w naszą planetę w czasie Wielkiego Bombardowania. Pytanie: skąd się wzięła woda w Układzie Słonecznym? 21

WODA STARSZA NIŻ SŁOŃCE? Woda występuje obficie w Układzie Słonecznym; Pochodzenie wody w Układzie Słonecznym i na Ziemi: podstawa do zrozumienia skąd się wzięło życie na Ziemi i czy jest możliwe w innych układach; Woda: H+H+O, D+D+O, H+D+O. 22

WODA STARSZA NIŻ SŁOŃCE? Woda w Układzie Słonecznym jest tam gdzie D/H jest wysoki; wynika to z procesów chemicznych, które zachodziły w niskotemperaturowym środowisku (+promieniowanie kosmiczne (jonizujące)); Skład i ilość wody wynika ze składu gazu, pyłu i cząstek lodu wchodzących w skład dysku protoplanetarnego; pytanie: gdzie powstał lód: 1. W ISM i chmurze molekularnej; przed powstaniem protosłońca; cząsteczki lodu międzygwiazdowego: woda + związki organiczne: mogą być ważne w każdym układzie planetarnym; 2. W mgławicy słonecznej i dysku protoplanetarnym; obfitość wody różna w układach; 23

WODA STARSZA NIŻ SŁOŃCE? Pomiary: D/H w Układzie Słonecznym i ISM 24

WODA STARSZA NIŻ SŁOŃCE? Symulacje: woda bogata w deuter nie może powstać lokalnie w dysku protoplanetarnym, musi pochodzić z ISM i OM Znaczący procent wody w Układzie Słonecznym jest starsza niż Słońce: Minimalni: 7% w ziemskich oceanach, 14% w kometach; Maksymalnie: 50% i 60-100% Nature, wrzesień 2014. 25

POCHODZENIE ATMOSFERY Problem: obecny skład (tlen) i jak doszło do jego ustalenia; Atmosfera z mgławicy słonecznej powinna mieć skład słoneczny; 26

EWOLUCJA ATMOSFERY 1. Pierwotny skład mgławicy słonecznej (H, He, woda, metan, amoniak) utracony (LHB, wiatr słoneczny etc.); 2. Kolejny etap: azot, dwutlenek węgla, gazy obojętne wulkany, LHB (asteroidy); 3. Kolejny etap: tlen. 27

POCHODZENIE ATMOSFERY Pierwotna atmosfera (wodór, metan, amoniak, woda?) wiatr słoneczny + zniszczona podczas LHB; Kolejny etap; skład atmosfery: azot (uwolniony z płaszcza Ziemi); siarka, wodór, para wodna (wulkany); dwutlenek węgla (dowód: występowanie kwasu węglowy było wietrzenie; źródło: płaszcz Ziemi + LHB); zawartość CO 2 : większa niż obecnie; dowody: wapienie, węgiel kamienny, ropa naftowa; Po LHB: oceany i atmosfera (N, CO 2, H 2 O); brak tlenu. 28

POCHODZENIE ATMOSFERY Skąd się wziął tlen? Tlen łatwo reaguje z innymi pierwiastkami (więc raczej nie z płaszcza); Do około 2 mld lat temu wietrzenie zachodziło w atmosferze pozbawionej tlenu; Brak tlenu umożliwia syntezę wielu związków organicznych niezbędnych do powstania życia; Mechanizm wytwarzania tlenu: wydajny (mamy tlen w oceanie, atmosferze, skały, minerały); Metabolizm eukariotów nie mógł się zacząć bez odpowiedniej ilości tlenu (0.2 1% dzisiejszej obfitości); początek ~2 mld lat temu (dowody: skamieniałości); eukarioty wynik długiej, mniej wydajnej fotosyntezy prokariotów. 29

POCHODZENIE ATMOSFERY Mechanizm 1: fotodysocjacja (fotoliza wody); pod wpływem UV woda rozpada się na wodór i tlen: 2H 2 O + UV 2H 2 + O 2, ale H 2 i O szybko się łączą chyba że usuniemy jeden z nich; H 2 O H + OH; powstaje rodnik OH; CO 2 CO + O; powstaje O; O + OH O 2 + H Wyższe warstwy atmosfery: H ulatnia się, O się gromadzi fotodysocjacja mln ton tlenu/rok (26 mld lat aby poziom tlenu = dzisiejszej wartości); Ograniczenie: wysoko w atmosferze powstaje ozon O 3 osłona przed promieniowaniem UV spowolnienie fotodysocjacji; 30

POCHODZENIE ATMOSFERY Mechanizm 2: fotosynteza: CO 2 + H 2 O + energia słoneczna O 2 + CH 2 O (materia organiczna) Fotosynteza: 20 mld ton/rok (wymóg: rośliny zielone); Mechanizmy produkcji tlenu: początkowo fotodysocjacja, fotoliza; potem fotosynteza. 31

POCHODZENIE ATMOSFERY Pierwsze organizmy zdolne do fotosyntezy tlenowej tlen w wodzie i reakcje O, Fe, C; Wzrost tlenu w atmosferze: gdy C w organizmach żywych (inaczej: tlen reaguje z metanem pod wpływem UV; maleje ilość metanu i zlodowacenia); Powstaje warstwa ozonowa, mniej UV; 0.2% to w atmosferze. 32

POCHODZENIE ATMOSFERY Katastrofa tlenowa: wymieranie bakterii beztlenowych katastrofa ekologiczna wielkie wymieranie; Hipoteza Medei Hipoteza Gai 33

SKĄD SIĘ WZIĘŁO ŻYCIE NA ZIEMI 34

SKĄD SIĘ WZIĘŁO ŻYCIE NA ZIEMI? Teoria 1 abiogeneza (samorództwo) organizmy żywe powstały w trakcie przemian chemicznych zachodzących na Ziemi; Teoria 2 panspermia komórki (lub materiał na komórki) dotarły na Ziemię z kosmosu; Teoria 3 scenariusz pośredni: związki organiczne, lub bardziej skomplikowane cząsteczki (enzymy) dotarły na Ziemię z kosmosu; życie rozwijało się na Ziemi i na innych ciałach niebieskich. 35

PANSPERMIA: PROBLEMY Prawdopodobieństwo transportu materiału biologicznego z planet (księżyców) na Ziemię: 1. Wybicie z obiektu macierzystego; 2. Podróż (czas trwania + niebezpieczne promieniowanie); 3. Ściągnięcie przez pole grawitacyjne innej planety; 4. Przejście prze atmosferę; 5. Uderzenie w planetę. 36

PANSPERMIA: PROBLEMY Transport z jednego obiektu na inny: Częste zjawisko w Układzie Słonecznym; Najczęściej (najłatwiej) z zewnętrznych do wewnętrznych części; Ważna: masa celu masywniejszy obiekt łatwiej wychwytuje materiał z kosmosu; np. Mars Ziemia (> 90%), Ziemia Mars (< 10%); Materiał wybity z powierzchni Marsa na Ziemię: ~1 tona/rok; różne orbity, różny czas podróży (do wielu mln. lat); 1/10mln podróż < rok. 37

PANSPERMIA: PROBLEMY Transport (problemy): wybicie z obiektu macierzystego (obserwacje i doświadczenia): 1. Są bakterie odporne na duże zmiany prędkości i przyspieszeń; 2. Temperatura po zderzeniu niższa od niszczącej materiał biologiczny; 3. Powód: impakt wywołuje falę ciśnienia dochodzi do powierzchni jej faza zmienia się o 180 stopni: przypowierzchniowa warstwa skał zerowe ciśnienie; głębsze warstwy duże ciśnienie. 38

PANSPERMIA: PROBLEMY Transport (problemy): przejście przez atmosferę i lądowanie na Ziemi: 1. W górnych warstwach atmosfery drobne ziarna pyłu są spowalniane; brak silnego nagrzewania; 2. Większe meteoryty: ważne: kąt i prędkość wejścia w atmosferę, skład i rozmiary meteorytu rozgrzanie i odparowanie lub spowolnienie; 3. Spowalnianie: topi się powierzchnia; przelot krótki, ciepło do kilku mm brak zagrożenia dla ukrytych głębiej organizmów. 39

METEORYTY MARSJAŃSKIE Meteoryty kamienne, achondryty Kwiecień 2014 132 meteoryty marsjańskie Pochodzenie skład chemiczny, izotopy, inkluzja gazów o składzie odpowiadającym atmosferze Marsa. NWA 7034 40

METEORYTY MARSJAŃSKIE: ALH84001 ALH84001: Znaleziony w 1984 r., Ziemia Wiktorii; meteoryt z grupy SNC (shergottyty, nakhlity, chassignity); waga: 1.93 kg.; wybity z powierzchni Marsa ~15 mln. lat temu; na powierzchnię Ziemi spadł ~13000 lat temu (szacowanie pomiary radiometryczne, aktywność izotopów). Ślady marsjańskich form życia (1996 rok, Science); 41

METEORYTY MARSJAŃSKIE: ALH84001 ALH84001: Badania skaningowym mikroskopem elektronowym; Struktury: ślady skamieniałości podobnych do ziemskich bakterii; średnica: 20-100 nm (podobnie jak średnica nanobakterii); Możliwość zanieczyszczenia przez ziemskie mikroorganizmy; Związki organiczne: aminokwasy, PAH (pochodzenie ziemskie?, związki organiczne niebiologicznego pochodzenia?); 42

METEORYTY MARSJAŃSKIE: ALH84001 ALH84001 po 20 latach od pierwszej publikacji: wciąż zagadka; Pochodzenie struktur: pozostałości po mikroorganizmach czy powstały bez udziału organizmów żywych? Najstarszy meteoryt marsjański; skała powstała ~4 mld. lat temu na Marsie; co działo się na Marsie w tym czasie? Odkrycie: węglany (rozmiary 300 mikronów): 1% skały, takie struktury powstają łatwo w obecności wody dowód na istnienie wody na Marsie; wewnątrz: skamieniałości o kontrowersyjnych kształtach; + związki organiczne = ślady życia? 43

METEORYTY MARSJAŃSKIE: ALH84001 Geologia + chemia: alternatywny sposób powstania węglanów, związków organicznych bez udziału organizmów żywych; Struktury bardzo małe nanobakterie; inne wyjaśnienie: powstały w trakcie przygotowania próbek do badań mikroskopem elektronowym; Magnetyt: (Fe 3 O 4 ) pospolity minerał; większość powstaje w procesach geologicznych (Fe lub Mg lub Cr); magnetyt z ALH84001 czysty chemicznie (Fe) 44

METEORYTY MARSJAŃSKIE: ALH84001 Czyste magnetyty: znane w biologii; Bakterie magnetytyczne tworzą łańcuch ziaren magnetytów (pomagają w orientacji przy poszukiwaniu składników odżywczych kompas); najsilniejsze magnetyty tworzy Fe; ziarna o podobnym rozmiarze; Takie magnetyty znaleziona w ALH84001 pochodzenie: marsjańskie mikroby? 45

METEORYTY MARSJAŃSKIE: ALH84001 Problemy: Gdzie powstał magnetyt? (w skale: nie) Pole magnetyczne Marsa musiało być silniejsze niż obecnie; Jest inne wyjaśnienie: geochemiczne (fala uderzeniowa podgrzała węglan i umożliwiła powstanie magnetytów) ale problemy: chłodzenie; nie udało się stworzyć podobnych struktur w laboratorium; Geochemiczne wyjaśnienie prostsze nie uwzględnia nieznanej marsjańskiej biologii; Natura jest nieskończenie skomplikowana 46

METEORYTY MARSJAŃSKIE Badanie własności magnetycznych meteorytów i uwięzionych gazów: ogrzanie do kilkuset stopni C od momentu oderwania od Marsa; Brak zmian wywołanych wysokim ciśnieniem fali uderzeniowej uderzenie nie podgrzało ich powyżej 100 stopni C; Na takie zmiany temperatur odporne są prokarioty (jednokomórkowe organizmy, bez jądra komórkowego np. bakterie) i eukarioty (organizmy z wyróżnionym jądrem komórkowym); Skały zawierające organizmy żywe nie są wyjałowione podczas przebywania w przestrzeni międzyplanetarnej. 47

PANSPERMIA: PROBLEMY Podróż w przestrzeni międzyplanetarnej: Próżnia; Ekstremalne temperatury; Promieniowanie, np. promieniowanie UV od Słońca (niszczy wiązania między atomami węgla; przenika tylko na kilka mm); 48

PANSPERMIA: PROBLEMY Podróż w przestrzeni międzyplanetarnej: Eksperyment: NASA, system długoczasowych pomiarów naświetlania LDEF (Long Duration Exposure Facility), 6 lat na orbicie okołoziemskiej, próbki z osłonkami na UV lub bez: temperatury od--200 do +100, próżnia; Bakterie: Bacillus subtilis Po powrocie na Ziemię: 80% reaktywowało funkcje biologiczne: Osłonka przed UV: cienka warstwa glinu; Bez osłonki: przetrwało 1/10 tyś, szanse przeżycia zwiększała obecność cukrów i soli; 49

PANSPERMIA: PROBLEMY Wynik eksperymentu: Mikroorganizmy mogą łatwo osłonić się przed UV; Jeśli mikroorganizmy będą wewnątrz ziarna pyłu skuteczna ochrona przed UV. Niska orbita okołoziemska obszar chroniony przez pole magnetyczne Ziemi; wpływ naładowanych cząstek na bakterie niezbadany. 50

PANSPERMIA: PROBLEMY Wysokoenergetyczne cząstki główny składnik promieniowania kosmicznego; są też produkowane przez Słońce; Promieniowanie wysokoenergetyczne i promieniowanie gamma destrukcyjny wpływ na organizmy; trudne do wyeliminowania; Bezpieczna głębokość: ~1m (meteoryt o średnicy 2 m); mało takich skał trafia na inną planetę; Ważne: odporność na promieniowanie, krótki czas trwania podróży. 51

PANSPERMIA: PROBLEMY Bakterie z wysoką odpornością na promieniowanie: Bacillus subtilis Deinococcus radiodurans (wewnątrz reaktorów jądrowych), odporna na promieniowanie, na brak wody; (formy ochrony: naprawa DNA, grube ściany komórkowe i in.) Takie bakterie wewnątrz meteorytu: przetrwają długą podróż międzyplanetarną. 52

PANSPERMIA: PODSUMOWANIE Panspermia jest teoretycznie możliwa, część hipotez sprawdzono już doświadczalnie: Meteoryty: materia podróżuje między planetami; Mikroorganizmy uwięzione w skale wybitej z Marsa mogły by przeżyć zarówno wyrzucenie w przestrzeń kosmiczną jak i podróż przez atmosferę Ziemi. 53

PANSPERMIA: PODSUMOWANIE Panspermia jest teoretycznie możliwa, ale: Hipoteza trudna do udowodnienia obecnie: czy odporne na promieniowanie bakterie są z innej planety? Dodatkowo: badamy współczesne organizmy; Nie znamy prawdopodobieństwa istnienia w przeszłości lub obecnie życia na innej planecie; czy na innej planecie wystąpiła abiogeneza? Jak długo mogła trwać? Transport + adaptacja: na niezamieszkanej planecie? Na zamieszkanej planecie? Pomocne: obserwacje (znamy tylko kilka procent bakterii zamieszkałych na Ziemi); Pomocne: odkrycie życia na innym obiekcie; jeśli biochemia tego życia będzie podobna do ziemskiej: problem panspermii pozostanie otwarty; biochemia różna? brak panspermii? czy są takie organizmy na Ziemi? 54

PANSPERMIA: PODSUMOWANIE: Jak powstało (skąd się wzięło życie na Ziemi) bardzo ważny problem; Potwierdzenie występowania panspermii: życie łatwo się przemieszcza; Niezależne organizmy żywe na Marsie (inna biochemia): abiogeneza może zachodzić w dowolnym miejscu we Wszechświecie; Porównanie organizmów: szersza definicja życia; prawa biologii: fundamentalne własności przyrody. 55

KONIEC 56