Afbeelding tegoed: NASA
Christopher Chyba is de hoofdonderzoeker van het SETI Institute-team van het NASA Astrobiology Institute (NAI). Chyba stond voorheen aan het hoofd van het SETI Institute's Centre for the Study of Life in the Universe. Zijn NAI-team verricht een breed scala aan onderzoeksactiviteiten, waarbij hij zowel kijkt naar het begin van het leven op aarde als naar de mogelijkheid van leven op andere werelden. Verschillende van de onderzoeksprojecten van zijn team zullen het potentieel van het leven - en hoe je het zou kunnen detecteren - onderzoeken op Jupiter's maan Europa. De hoofdredacteur van Astrobiology Magazine, Henry Bortman, sprak onlangs met Chyba over dit werk.
Astrobiology Magazine: Een van de aandachtsgebieden van uw persoonlijk onderzoek was de mogelijkheid van leven op Jupiter's maan Europa. Verschillende van de door uw NAI-subsidie gefinancierde projecten gaan over deze met ijs bedekte wereld.
Christopher Chyba: Rechtsaf. We zijn geïnteresseerd in interacties van leven en planetaire evolutie. Vanuit dat oogpunt zijn er drie werelden die het meest interessant zijn: de aarde, Mars en Europa. En we hebben een handvol projecten die relevant zijn voor Europa. Cynthia Phillips is de leider van een van die projecten; mijn afstudeerder hier op Stanford, Kevin Hand, leidt er nog een; en Max Bernstein, die een SETI Institute P.I. is, is een leider op de derde.
De projecten van Cynthia bestaan uit twee componenten. Een die ik echt opwindend vind, is wat ze 'veranderingsvergelijking' noemt. Dat gaat terug tot haar tijd als afgestudeerde medewerker van het Galileo-beeldvormingsteam, waar ze vergelijkingen deed om te zoeken naar veranderingen in het oppervlak van een andere man van Jupiter, Io, en haar vergelijkingen kon uitbreiden naar oudere Voyager-afbeeldingen van Io.
We hebben Galileo-afbeeldingen van Io, gemaakt eind jaren negentig, en we hebben Voyager-afbeeldingen van Io, gemaakt in 1979. Er zijn dus twee decennia tussen de twee. Als je een getrouwe vergelijking van de afbeeldingen kunt maken, kun je leren wat er tussentijds is veranderd en een idee krijgen van hoe geologisch actief de wereld is. Cynthia deed deze vergelijking voor Io en deed het vervolgens voor de veel subtielere kenmerken van Europa.
Dat klinkt misschien als een triviale taak. En voor echt grove functies denk ik dat het is. Je kijkt gewoon naar de afbeeldingen en ziet of er iets is veranderd. Maar aangezien de Voyager-camera zo anders was, aangezien de beelden onder verschillende belichtingshoeken werden genomen dan de Galileo-beelden, en omdat de spectrale filters anders waren, zijn er allerlei dingen die, zodra je voorbij de grootste schaal van onderzoek komt, zoveel maken moeilijker dan het klinkt. Cynthia neemt de oude Voyager-afbeeldingen en transformeert ze, zo u wilt, zo dicht mogelijk in Galileo-achtige afbeeldingen. Vervolgens legt ze als het ware de beelden over elkaar heen en doet ze een computercontrole op geologische veranderingen.
Toen ze dit deed met Europa als onderdeel van haar Ph.D. proefschrift, ontdekte ze dat er in 20 jaar geen waarneembare veranderingen waren in die delen van Europa waar we afbeeldingen van hebben van beide ruimtevaartuigen. In ieder geval niet bij de resolutie van het Voyager-ruimtevaartuig - je zit vast met de laagste resolutie, zeg ongeveer twee kilometer per pixel.
Tijdens de Galileo-missie heb je op zijn best vijf en een half jaar. Het idee van Cynthia is dat je in een Galileo-naar-Galileo-vergelijking eerder veranderingen in kleinere functies zult detecteren met de veel hogere resolutie die Galileo je geeft, dan dat je werkte met afbeeldingen die 20 jaar uit elkaar zijn genomen, maar die werk je met twee kilometer per pixel. Dus ze gaat de Galileo-naar-Galileo-vergelijking doen.
De reden dat dit vanuit astrobiologisch perspectief interessant is, is dat elk teken van geologische activiteit op Europa ons enkele aanwijzingen zou kunnen geven over hoe de oceaan en het oppervlak met elkaar omgaan. Het andere onderdeel van het project van Cynthia is om de reeks processen die betrokken zijn bij die interacties beter te begrijpen en wat hun astrobiologische implicaties zouden kunnen zijn.
AM: Jij en Kevin Hand werken samen om enkele van de chemische interacties te bestuderen die vermoedelijk op Europa plaatsvinden. Waar ga je specifiek naar kijken?
Er zijn een aantal componenten van het werk dat ik met Kevin doe. Een onderdeel komt uit een paper dat Kevin en ik in 2001 in Science hadden, dat te maken heeft met de gelijktijdige productie van elektronendonoren en elektronenacceptoren. Het leven zoals we het kennen, als het geen zonlicht gebruikt, leeft door elektronendonoren en acceptoren te combineren en de vrijgekomen energie te oogsten.
Wij mensen combineren bijvoorbeeld, net als andere dieren, onze elektronendonor, die gereduceerde koolstof is, met zuurstof, dat is onze elektronenacceptor. Microben kunnen, afhankelijk van de microbe, een of meer van de vele mogelijke verschillende combinaties van elektronendonoren en elektronenacceptoren gebruiken. Kevin en ik vonden abiotische manieren waarop deze koppelingen op Europa konden worden geproduceerd, met gebruikmaking van wat we nu over Europa begrijpen. Veel van deze worden geproduceerd door straling. We gaan dat werk voortzetten in veel meer gedetailleerde simulaties.
We gaan ook kijken naar het overlevingspotentieel van biomarkers aan de oppervlakte van Europa. Dat wil zeggen, als je probeert biomarkers te zoeken vanuit een orbiter, zonder naar de oppervlakte te gaan en te graven, wat voor soort moleculen zou je dan zoeken en wat zijn je vooruitzichten om ze daadwerkelijk te zien, aangezien er een intense stralingsomgeving aan het oppervlak die ze langzaam zou moeten afbreken? Misschien is het niet eens zo langzaam. Dat is een deel van wat we willen begrijpen. Hoe lang kun je verwachten dat bepaalde biomarkers die onthullend zijn over biologie, aan de oppervlakte overleven? Is het zo kort dat kijken vanuit de ruimte helemaal nergens op slaat, of is het lang genoeg dat het nuttig zou kunnen zijn?
Dat moet worden opgevouwen in een begrip van omzet, of zogenaamde "impact gardening" aan de oppervlakte, wat trouwens een ander onderdeel is van mijn werk met Cynthia Phillips '. Kevin zal dat aanpakken door naar terrestrische analogen te kijken.
AM: Hoe bepaal je welke biomarkers je moet bestuderen?
CC: Er zijn bepaalde chemische verbindingen die vaak worden gebruikt als biomarkers in gesteenten die miljarden jaren teruggaan in het aardse verleden. Hopanen worden bijvoorbeeld gezien als biomarkers bij cyanobacteriën. Deze biomarkers weerstonden de achtergrondstraling die in die rotsen aanwezig was door het verval van opgenomen uranium, kalium, enzovoort, gedurende meer dan twee miljard jaar. Dat geeft ons een soort empirische basis voor overlevingsvermogen van bepaalde soorten biomarkers. We willen begrijpen hoe dat zich verhoudt tot de straling en oxidatieomgeving op het oppervlak van Europa, die veel harder zal worden.
Zowel Kevin als Max Bernstein zullen die vraag beantwoorden door laboratoriumsimulaties te doen. Max gaat stikstofbevattende biomarkers bij zeer lage temperaturen in zijn laboratoriumapparatuur bestralen, in een poging de overlevingskansen van de biomarkers te begrijpen en hoe straling ze verandert.
AM: Want zelfs als de biomarkers niet overleven in hun oorspronkelijke vorm, zouden ze getransformeerd kunnen worden in een andere vorm die een ruimtevaartuig zou kunnen detecteren?
CC: Dat is mogelijk het geval. Of ze kunnen worden omgezet in iets dat niet te onderscheiden is van een meteoritische achtergrond. Het punt is om het experiment te doen en erachter te komen. En om een goed beeld te krijgen van de tijdschaal.
Dat zal ook om een andere reden belangrijk zijn. Het soort terrestrische vergelijking dat ik zojuist noemde, hoewel ik denk dat het iets is dat we moeten weten, heeft mogelijk grenzen omdat elk organisch molecuul op het oppervlak van Europa zich in een sterk oxiderende omgeving bevindt, waar de zuurstof wordt geproduceerd door de straling die reageert met het ijs. Het oppervlak van Europa is waarschijnlijk meer oxiderend dan de omgeving die organische moleculen zouden opsluiten in een rots op aarde. Omdat Max deze stralingsexperimenten in ijs gaat doen, zal hij ons een goede simulatie van de oppervlakte-omgeving op Europa kunnen geven.
Oorspronkelijke bron: Astrobiology Magazine
