Astrobiológia. Úvod do kurzu - sylabus Astrobiológia ako veda História Súčasnosť. RNDr. Tomáš Paulech, PhD. KAFZM, FMFI UK

Prepis

1 Astrobiológia Úvod do kurzu - sylabus Astrobiológia ako veda História Súčasnosť RNDr. Tomáš Paulech, PhD. KAFZM, FMFI UK

2 Sylabus a kredity 0 Astrobiológia čo a ako skúma 1 Vesmírne objekty relevantné pre astrobiológiu (+ medzihv.chémia) 2 ProtoZem (sformovanie, LHB, hydrosféra, atmosféra, biogénne prvky) 3 Život: definícia, abiogenéza, LUCA, RNA world a iné 4 Nástroje života Replikácia (DNA, RNA, dogma, genetika) 5 Nástroje života Metabolizmus (chemiosmóza, redox, auto/heterotrofia,...) 6 Dejiny života na Zemi (fylogenéza, eukarya, vymierania, GOE) 7 Evolúcia (prírodný výber, drift, speciácia) 8 Limity biosféry, extremofily 9 Hľadanie života SS (Mars, Europa, Enceladus, iné) 10 Obývateľná zóna, biosignatúry 11 Hľadanie života Exoplanéty (typy, štatistika, hľadanie) 12 Hľadanie života: SETI (Fermiho paradox, SETI, Drakeova rov.) Podmienky absolvovania: Aktívna účasť Referát + prezentácia Testy priebežne Literatúra a iné zdroje k prednáškam sú uvedené na web stránke predmetu

3 Astrobiológia čo je a čo študuje Study of the potential of the Universe to harbour life beyond Earth (Carl Pilcher, NASA ABI) Astrobiológia = vedecká oblasť, ktorá študuje Pôvod Evolúciu Distribúciu Budúcnosť života vo vesmíre. 3 základné otázky: ako život vznikol a ako sa vyvinul? existuje život inde vo vesmíre? aká je budúcnosť života na Zemi a inde?

4 Astrobiológia výzvy Je život na Zemi vesmírny unikát, alebo je zákonitosťou? Akú limity sú pre život určujúce? Sú limity pre formy života univerzálne aj pre iné telesá? Aké sú metódy hľadania života na iných vesmírnych telesách a na akých? Aká je pravdepodobnosť nájsť inteligentné formy života a ako s nimi komunikovať? Môžeme osídliť iné vesmírne telesá a za akú cenu (pre nás aj pre hostiteľskú planétu)?

5 Astrobiológia ako veda integruje náuky o vesmíre, Zemi, živote a spoločnosti Astronómia a Astrofyzika Chémia Biológia Geofyzika Meteorológia Kozmonautika Psychológia/Sociológia disponuje jediným nereprodukovateľným experimentom (podobne ako kozmológia) zrejme nikdy nezistíme presný scenár vzniku života na Zemi úlohou je nájsť v vzniku života možné zákonitosti a nutné predpoklady

6 Astrobiológia mozaika disciplín Chémia Geo- a Biochémia Biológia Astronómia Atmosferická chémia Od neživého k živému Chemické stopy Prvotného života Pôvod a evolúcia života Biomarkery: Definícia a detekcia Planetarne vedy Proto Zem Geológia Rover Misie Vesmírne technológie Filozofia, Etika Adaptované podľa Gargaud et al., 2018

7 3,48mld. rokov staré austrálske sedimenty so známkami prítomnosti baktérií

8 Historické míľniky - astronómia Metrodorus (400BC, študent Demokrita, atomista) Jediné zrno na veľkom poli je rovnako čudné ako jediný svet v nekonečnom vesmíre V dnešnej reči: vo vesmíre je galaxii, v galaxii typicky hviezd ale iba jediný život? G. Bruno, 16. stor., renesancia hovorí o exoplanétach G. Galilei, 16. stor. prelomové pozorovanie oblohy teleskopom (Mliečna cesta, Jupiterove mesiace, povrch Mesiaca, slnečné škvrny...) Huygens, 17. stor. Objav Titanu, vysvetlenie prstencov Saturna Optika a mechanika (dostredivá sila), matematika Dažďové mraky na Marse, Venuši, Jupiteri dnes vieme že sú to púšte Marsu, a mraky Venuše a Jupitera považoval ich za mraky vody, ktoré využívajú miestne národy W. Herschel, 18. stor. objav Uránu, objav IR žiarenia dokonale kruhové krátery na Mesiaci sú mestá a opevnenia Lunariánov 19. stor. Percival Lowell kanály na Marse z kresieb G. Schiaparelliho pripisoval ich závlahovému systému Marťanov pri zániku ich civilizácie sa snažili zavlažovať z polárnych čiapok vyvrátil Mariner 4 v r.1965 kanály sú na púšti Marsu Aj inak skvelí vedci robili veľmi naivné a nerealistcké predpovede (varovanie pre dnešok)

9 Historické míľniky Astrobio 1920 A.Oparin+J.B.S.Haldane teória abiogenézy 1944 Erwin Schroedinger What is life 1952 Urey+Miller (proto atmosféra) 1953 Watson+Crick (Franklinová) 3D štruktúra DNA NASA Exobiology program (Joshua Lederberg) IAU comission 51 - Bioastronómia kauza meteoritu ALH Human Genome project Astrobiology primer+nasa Roadmap 2015 IAU komisia F3 - premenovaná na Astrobiológia 2019 European Astrobiology Institute AbSciCon séria konferencií

10 NASA Astrobiology roadmap NASA Astrobiology roadmap prioritizuje snahu integrovať fyzikálne, chemické, biologické a sociálne vedy 7 špecifických cieľov pochopiť povahu a distribúciu obývateľných prostredí vo vesmíre preskúmať minulé a súčasné obývateľné prostredia, prebiotickú chémiu a známky života inde v Slnečnej sústave pochopiť, ako sa život vynoril z kozmických a planetárnych prekurzorov pochopiť, ako život v minulosti interagoval s meniacim sa planetárnym prostredím a Slnečnou sústavou všeobecne pochopiť evolučné mechanizmy a environmentálne limity života pochopiť princípy, ktoré budú formovať budúcnosť života na Zemi a inde zistiť, ako rozoznať signatúry života vo vesmíre a na ranej Zemi 3 hlavné komponenty implementácie vesmírny výskum výskum Zeme výskum s ľudskou posádkou (human exploration)

11

12 Historické míľniky AB prieskum planét 1 Sondy programu Mariner (USA) Prvý úspešný oblet (1965, Mariner4) Prvé umelé teleso na orbite inej planéty (1971, Mariner9) Sondy programu Mars (ZSSR) Prvé mäkké pristátie na Marse (Mars 3, 1971), žiadne foto Mnoho technických zlyhaní (aj u iných programov) Viking 1+2 (USA) Prvé kvalitné snímky povrchu Marsu pokusy o meranie biologickej aktivity Kontroverzné výsledky 1977s - Voyager 1+2 (USA) zlaté plakety a platne snímky prasklín v ľade Europy@Jup 2012 opustili Slnečnú sústavu

13 Historické míľniky AB prieskum planét : sonda Galileo - komplexný prieskum systému Jupitera Mars Global Surveyor - kompletná kartografia povrchu Mars Pathfinder+Sojourner - 1. rover na Marse Mars Express (ESA) prvé dôkazy o vode na Marse Beagle 2 (UK, 2003) tiež na palube MarsExpress, zničený pri pristátí Mars Exploration Rovers (rovery Spirit+Opportunity) : Cassini-Huygens, Saturn + atmosféra Titan Phoenix lander- polárna oblasť dôkazy prítomnosti perchlorátov/solí/vody EXPOSE (@ISS) sonda Kepler objav tisícov exoplanét 2012 Mars Science Laboratory (Curiosity rover) dedikovaná AB misia : Rosetta/Philae, Comet Churyumov-Gerasimenko Tanpopo (Kibo module@iss) 2016 ExoMars (ESA) +TraceGasOrbiter Schiaparelli lander stroskotal

14 Historické míľniky AB prieskum planét Mars 2020+Perseverance (NASA) na ceste Orbitery, landery a rovery Čína, SAE na ceste ExoMars rover (ESA) mešká 10/ Europa Clipper (NASA) Life marker chip antigény hlavných biomolekúl pre detekciu mimo Zeme Koncepty: Icebreaker Life, Journey to Enceladus and Titan (JET), Enceladus Life Finder (ELF), Life Investigation For Enceladus (LIFE), Oceanus, Explorer of Enceladus and Titan (E2T) SpaceX Starship??

15

16 Témy referátov - námety: Biosignatúry charakteristika a možnosti detekcie Kyslík molekula, ktorá zmenila svet Vplyv hviezd na obývateľnosť planét Metanogény a iné anaeróbne metabolizmy Systém Trappist-1, Proxima-b a podobné Exoplanéty ich typy a obývateľnosť (nie metódy detekcie) Pluto a Ceres nováčikovia v zozname vodných svetov Hľadanie vody technológia detekcie povrchových a podpovrchových oceánov Venuša história a súčasnosť úvah o obývateľnosti Extrémofily história, kategorizácia, príklady Sterilizácia sond ako zabrániť kontaminácii telies pozemským životom Viaceré témy už boli spracované v uplynulých rokoch (môžu sa aj zopakovať) Iné podľa vašich preferencií z tém Astrobio