Астрабіяло́гія (экзабіяло́гія) — навука, прадметам якой з’яўляецца вывучэнне паходжання, эвалюцыі і распаўсюджання жыцця ў Сусвеце. Астрабіялогія абапіраецца на навуковыя дасягненні ў галіне фізікі, астраноміі, біялогіі, экалогіі, планеталогіі, геаграфіі і геалогіі для вывучэння магчымасці існавання жыцця на іншых планетахiTWire — Sciencist will look for alien life, but Where and How?. У вырашэнні асобных задач астрабіялогія цесна сутыкаецца з касмічнай біялогіяй і касмічнай медыцынай, якія ўзніклі ў сувязі з актыўным пранікненнем чалавека ў касмічную прастору. Астрабіялогія ажыццяўляе пошук прыдатнага для жыцця асяроддзя як у сонечнай сістэме, так і за яе межамі, пошук доказаў перадбіятычнай хіміі, лабараторныя і практычныя даследаванні паходжання і ранняга развіцця жыцця на Зямлі, а таксама даследавання магчымасцей жыцця, у прыватнасці, прыстасавання да складаных умоў на Зямлі і ў космасе.
Агляд
Тэрмін астрабіялогія ўтвораны са старажытнагрэчаскіх слоў астрон () — «зорка», біос () — «жыццё» і логія () — «вучэнне». Ёсць розныя сінонімы тэрміна «астрабіялогія», але ўсе яны ўключаюць дзве асноўныя навукі: астраномію і біялогію. Тэрмін-сінонім «экзабіялогія» паходзіць ад грэчаскага эксо () — «па-за, звонку», біос () — «жыццё» і логія () — «вучэнне». Іншы тэрмін, які выкарыстоўваўся ў мінулым — ксенабіялогія, гэта значыць «біялогія іншаземцаў». Гэта слова было прыдумана ў 1954 годзе пісьменнікам-фантастам Робертам Хайнлайнам у яго рамане «Зорны Звер»/
Пытанне «ці існуе жыццё недзе яшчэ ў Сусвеце» паддаецца праверцы, і такім чынам, пошукі адказу на яго з’яўляюцца эфектыўным напрамкам навуковых даследванняў. Сёння астрабіялогія стала фармалізаванай галіной даследаванняў, хаця некалі знаходзілася ўбаку ад асноўных навуковых пошукаў. Цікавасць NASA да астрабіялогіі пачалася з распрацоўкі касмічнай праграмы. У 1959 годзе НАСА прафінансавала свой першы праект па экзабіялогіі, а ў 1960 годзе стварыла Праграму вывучэння экзабіялогіі. У 1971 годзе НАСА прафінансавала праект SETI па пошуку радыёсігналаў пазаземных цывілізацый. Праграма «Вікінг», распачатая ў 1976 годзе, уключала тры біялагічныя эксперыменты, распрацаваныя для пошука магчымых прыкмет існавання жыцця на Марсе. Навуковы апарат Mars Pathfinder, прызямліўшыся ў 1997 годзе, змяшчаў навуковы груз, прызначаны для вывучэння мікробных акамянеласцей, заключаных у камянях.
У 21-ым стагоддзі астрабіялогія робіцца цэнтрам растучай колькасці даследчыцкіх місій НАСА і Еўрапейскага касмічнага агенцтва ў Сонечнай сістэме. Першы еўрапейскі семінар па астрабіялогіі адбыўся ў мае 2001 года ў Італіі, вынікам якога стала Праграма Аўрора. Цяпер НАСА курыруе . Усё большая колькасць універсітэтаў ва ўсім свеце ўводзіць праграмы навучання па астрабіялогіі. У Злучаных Штатах гэта Арызонскі ўніверсітэт, універсітэт Пенсільваніі, універсітэт штата Мантана і Вашынгтонскі ўніверсітэт; у Велікабрытаніі — універсітэт Кардыфа (створаны Цэнтр Астрабіялогіі)CASE Undergraduate Degress, у Аўстраліі Універсітэт Новага Паўднёвага Уэльса.
Дасягненні ў вобласці астрабіялогіі, назіральнай астраноміі і адкрыццё вялікай разнастайнасці экстрэмафілаў, якія могуць існаваць у самых суровых умовах на Зямлі, прывялі да дапушчэння, што жыццё можа квітнець на многіх планетах і спадарожніках у Сусвеце. Асаблівая ўвага цяперашніх астрабіялагічных даследванняў надаецца пошуку жыцця на Марсе з-за яго блізасці да Зямлі і геалагічнай гісторыі. Існуе ўсё больш сведчанняў, што раней на паверхні Марса мелася значная колькасць вады, якая разглядаецца ў якасці найважнейшага папярэдніка развіцця жыцця на аснове вугляродаNOVA |Mars | Life’s Little Essential | PBS.
Місіямі, якія былі распрацаваны для пошука жыцця, былі Праграма «Вікінг» і пасадачны модуль Бігль 2, накіраваныя да Марса. Асноўны вывад, які можна зрабіць па выніках працы «Вікінгаў»: альбо колькасць мікраарганізмаў у месцах пасадак апаратаў вельмі малая, альбо іх няма ўвогуле. Пасадачны модуль Бігль 2 верагодна прызямліўся ўдала, але на сувязь не выйшаў. Асноўнай прычынай выхаду са строю прызнана паломка абсталявання сувязі. Значную ролю ў астрабіялогіі павінна была адыграць місія , прызначаная для даследавання лядовых спадарожнікаў Юпітэра, але яна была адменена. У 2008 годзе пасадачны модуль Фенікс даследаваў марсіянскі грунт на наяўнасць слядоў мікробнага жыцця, а таксама прысутнасці вады. Галоўным навуковым вынікам місіі стала знаходка лёду пад тонкім пластом грунту, а таксама яго хімічны аналіз.
У лістападзе 2011 года НАСА запусціла марсаход Curisity, які працягнуў пошукі слядоў жыцця на Марсе. Еўрапейскае касмічнае агенцтва распрацоўвае марсаход Exomars, які плануецца да запуску ў 2018 годзе.
Міжнародны астранамічны саюз (МАС) рэгулярна праводзіць буйныя міжнародныя канферэнцыі пры дапамозе Камісіі 51 «Біяастраномія: пошук пазаземнага жыцця», якая была створана МАС для каардынацыі працы ў галіне пошука жыцця і розума ў Сусвеце і цяпер функцыянуе на базе Інстытута астраноміі пры Універсітэце Гаваяў.
Метадалогія
Звужэнне задачы
Для пошука жыцця на іншых планетах неабходна паменшыць памер задачы, для чаго выкарыстоўваюцца розныя дапушчэнні. Першае заключаецца ў тым, што пераважная большасць форм жыцця ў нашай Галактыцы заснавана на вугляроднай хіміі, як і ўсе формы жыцця на Зямлі, хаця не адмаўляецца магчымасць існавання невугляродных форм жыцця. Меркаванне заснавана на тым, што вуглярод з’яўляецца чацвёртым па распаўсюджанасці элементам у Сусвеце, а таксама дазвляе фарміраваць вакол сабе вялікую разнастайнасць малекул. Здольнасць атамаў вуглярода лёгка звязвацца адзін з адным дазваляе ствараць даволі доўгія і складаныя малекулы.
Наступнае дапушчэнне — наяўнасць вады ў вадкім стане. Вада з’яўляецца распаўсюджанным рэчывам, якое неабходна для фарміравання складаных вугляродных злучэнняў, якія, ў сваю чаргу, могуць прывесці да з’яўлення жыцця. Асобныя даследчыкі прапануюць таксама разглядаць асяроддзе аміяку ці водна-аміячных сумесей, бо яна забяспечвае большы дыяпазон тэмператур для жыцця і, такім чынам, пашырае колькасць патэнцыяльных светаў. Гэтае асяроддзе лічаць прыдатным як для вугляроднага, так і для невугляроднага жыцця.
Трэцяе дапушчэнне: пошук зорак, падобных да Сонца. Вельмі вялікія зоркі маюць адносна малы час жыцця, што, ў сваю чаргу, значыць, што ў жыцця не будзе дастаткова часу для развіцця на планетах, якія абарачаюцца вакол такіх зорак. Вельмі маленькія зоркі выдзяляюць так мала цяпла, што планеты могуць мець ваду ў вадкім стане, знаходзячыся толькі на вельмі блізкіх арбітах. Але пры гэтым, планеты будуць захоплены прыліўнымі сіламі зоркі. Без тоўстага слоя атмасферы адзін бок планеты будзе пастаянна нагрэты, а другі замарожаны. Але ў 2005 годзе пытанне прыдатнасці да жыцця планет вакол чырвоных карлікаў было зноў пастаўлена ў парадак дня навуковай супольнасці, бо доўгі час існавання чырвоных карлікаў (да 10 трыльёнаў гадоў) можа дапускаць наяўнасць жыцця на планетах са шчыльнай атмасферай. Гэта мае вялікае значэнне, таму што чырвоныя карлікі вельмі распаўсюджаныя ў Сусвеце. (Гл. Прыдатнасць да жыцця сістэмы чырвонага карліка). Па падліках вучоных каля 10 % зорак ў нашай галактыцы падобныя па сваіх характарыстыках да Сонца, а ў радыусе 100 светлавых гадоў ад нас знаходзіцца каля тысячы такіх зорак. Гэтыя зоркі хучэй за ўсё будуць асноўнай мэтай падчас пошука жыцця ў іх сістэмах.
Паколькі Зямля з’яўляецца адзінай планетай, на якой дакладна вядома наяўнасць жыцця, то не ўяўляецца магчымым даведацца, карэктныя гэтыя дапушчэнні ці не.
Складаныя часткі астрабіялогіі
Большасць звязаных з астраноміяй астрабіялагічных даследаванняў адносіцца да пошука планет за межамі Сонечнай сістэмы (экзапланет). Асноўнае дапушчэнне заключаецца ў тым, што калі жыццё ўзнікла на Зямлі, то яно можа ўзнікнуць і на іншых планетах з аналагічнымі характарыстыкамі. У сувязі з гэтым, у стадыі распрацоўкі знаходзіцца вялікая колькасць праектаў, прызначаных для пошука экзапланет, падобных да Зямлі. У першую чаргу гэта праграмы НАСА Terrestial Planet Finder (TPF) i Atlast, а таксама праграма Darwin Еўрапейскага касмічнага агенцтва. Існуюць таксама менш амбіцыйныя праекты, у якіх мяркуецца выкарыстоўваць наземныя тэлескопы. Акрамя таго, НАСА ўжо запусціла місію Кеплер у сакавіку 2009 года, а Французскае касмічнае агенцтва — спадарожнік COROT у 2006 годзе. Мэтай запланаваных місій з’яўляецца не толькі выяўленне планет памерам з Зямлю, але і непасрэднае назіранне святла ад планеты для наступнага спектраскапічнага вывучэння. Даследуючы спектры планет, можна вызначыць асноўны састаў атмасферы экзапланеты і/ці яе паверхні. Даследчая група НАСА — Лабараторыя віртуальных планет выкарыстоўвае камп’ютарнае мадэляванне для стварэння разнастайных віртуальных планет, каб зразумець, як яны будуць выглядаць пры назіранні Дарвінам ці TPF. Калі гэтыя місіі пачнуць збор дадзеных, атрыманыя спектры планет можна будзе параўнаць са спектрамі планет у частцы характарыстык, якія могуць указваць на наяўнасць жыцця. Вымярэнне фотаметрыі экзапланеты таксама можа даць дадатковую інфармацыю аб асаблівасцях паверхні і атмасферы планеты.
Ацаніць колькасць планет з разумным жыццём можна пры дапамозе ураўнення Дрэйка. Ураўненне вызначае імавернасць наяўнасці разумнага жыцця як здабытак такіх параметраў, як колькасць планет, якія могуць быць населенымі, і колькасць планет, на якіх можа ўзнікнуць жыццё:
дзе N — колькасць разумных цывілізацый, гатовых да ўступлення ў кантакт; R* — колькасць зорак, якія ўтвараюцца штогод (зорак, падобных да Сонца); fp — доля зорак, каля якіх ёсць планеты; ne — сярэдняя колькасць планет і спадарожнікаў з прыдатнымі ўмовамі для зараджэння цывілізацыі; fl — імавернасць зараджэння жыцця на планеце з прыдатнымі ўмовамі; fi — імавернасць узнікнення разумных форм жыцця на планеце, на якой ёсць жыццё; fc — адносіна колькасці планет, разумныя жыхары якой здольны да кантакту і шукаюць яго, да колькасці планет, на якіх ёсць разумнае жыццё; L — час жыцця такой цывілізацыі (гэта значыць час, на працягу якога цывілізацыя існуе, здольна ўступіць у кантакт і хоча ўступіць у кантакт).
Але на дадзены момант гэта ураўненне абгрунтавана толькі тэарэтычна і малаверагодна, што ураўненне будзе ўдакладнена разумнымі граніцамі хібнасці ў бліжэйшы час. Першы множнік R вызначаецца з астранамічных назіранняў і з’яўляецца найменш абмяркоўваемай велічынёй. Па другім і трэцім множніках (зоркі з планетамі і планеты з прыдатнымі ўмовамі) на сёння ідзе збор дадзеных. Астатнія параметры заснаваны выключна на дапушчэннях. Праблема формулы ў тым, што яна не можа выкарыстоўвацца для стварэння гіпотэз, бо ўтрымлівае параметры, якія нельга праверыць. Другая звязаная тэма — парадокс Фермі, згодна з якім дапускаецца, што калі жыццё распаўсюджана ў Сусвеце, то павінны існаваць відавочныя прыкметы гэтага. На гэтым Парадоксе заснаваны такія праекты як SETI, якія спрабуюць выявіць радыёсігналы ад разумных пазазямных цывілізацый.
Іншай актыўнай вобласцю даследаванняў ў астрабіялогіі з’яўляецца вывучэнне планетнай сістэмы. Было выказана дапушчэнне, што асаблівасці нашай Сонечнай сістэмы (напрыклад, прысутнасць Юпітэра ў якасці ахоўнага шчыта) маглі значна павялічыць імавернасць развіцця разумнага жыцця на нашай планеце. Але канчатковыя высновы яшчэ не зроблены.
Біялогія
Біялогія і біяхімія ў адрозненне ад фізікі не дапускаюць імавернасцей і дапушчэнняў, гэта значыць, што альбо біялагічныя з’явы рэальныя, альбо не. Біёлагі не могуць сказаць, што працэс ці з’ява, з’яўляючыся матэматычна імавернымі, павінны існаваць на самой справе. Для біёлагаў аснова меркаванняў відавочная, і яны дакладна вызначаюць, што з’яўляецца гіпатэтычным, а што не.