Астробиология и будущие открытия

Астробиология

Существующие науки, такие как математика, физика и химия, описывают законы, которые действуют как на Земле, так и в других местах Вселенной. В связи с этим возникает вопрос – существует ли общая для всех биология? Является ли жизнь повсеместным явлением во Вселенной? Или Земля является одиноким биологически активным островом нашего мира?

В поисках жизни

Исследование, проводимые в эпоху Просвещения требовали сбора данных в неизведанных регионах и их анализ с использованием индукции и эмпиризма. Это было необходимо для получения моделей естественных законов. Нынешний поиск внеземной жизни имеет схожую цель, но с гораздо большим объемом анализируемых данных. Ученые применяют компьютеры, которые помогают в управлении, корреляции, распознавании образов и их анализе.

В настоящее время существует 60 активных космических миссий. И многие из них помогают ученым в поисках жизни. Общепринятого определения жизни не существует, но есть ряд характеристик, которые могут помочь в идентификации жизни в других местах. Изучение мест на Земле, схожих с ранним Марсом и другими космическими объектами могло бы помочь выработать некую общую модель. Которая может быть использована в поисках внеземной жизни в других местах.

Астробиология

Основным направлением космических биологических исследований является астробиология (или, если использовать более ранний термин, экзобиология). Астробиология – это изучение происхождения, эволюции, распределения и развития жизни во Вселенной. Так же предметом изучения это науки является понимание происхождения жизни. А так же проверки гипотезы о том, что жизнь существует где-то еще, кроме Земли.

Астробиология поднимает фундаментальные вопросы не только в области биологии, физики и химии. Им интересна также философия, психология, религия, богословие. Астробиологи анализируют так же способы взаимодействия людей с окружающей средой и друг с другом. Когда впервые был использован термин «астробиология», определить достоверно сейчас уже непросто. По словам Джанет Моррисон, первого куратора архивов Института астробиологии НАСА, самым первым ученым, применившим термин «астробиология» был Лоренс Дж. Лафлер из Бруклинского колледжа. В 1941 году он написал статью под названием «Астробиология». Более широко термин стал использоваться после создания Института астробиологии НАСА в 1998 году.

Изучение космоса и поиск внеземной жизни основаны в значительной степени на использовании высоких технологий. Которые ранее не были доступны. Это привело к появлению массы новых данных. И заставило ученых использовать индуктивный научный процесс для создания новых гипотез. Для проведения новых экспериментов и, возможно, создания новых законов науки. Большое количество новых накопленных данных увеличивает вероятность появления новых открытий. Это следует из опыта предыдущих исследований.

Интенсивность космических исследований и межпланетных миссий растут. И все больше стран начинают или расширяют свои программы. Будущее даст еще больший объем информации. Мы получим возможность объединения данных из многих источников для повышения ценности исследования. Секвенирование геномов многих видов также дало ученым огромное количество данных. Информационные технологии (ИТ) позволяют производить анализ этих данных и сравнение последовательностей и функций многих генов у многих видов. Это позволит генерировать новые концепции, поскольку в прошлом такое сравнение было невозможным.

Универсальность научных законов

Древние астрономы, изучающие ночное небо понимали, что математика, которая относится к явлениям на Земле, точно так же работает и по отношению к небесным телам. Математика Ньютона и Эйнштейна и сейчас применима к процессам, происходящим в космосе. И она все еще годится для планирования и прогнозирования орбит космических миссий.

Математика представляется универсальной наукой. Но, как и во всех научных исследованиях, возможны исключения. Физика так же представляется универсальной дисциплиной. Хотя теории, основанные на более ранних наблюдениях, могут быть изменены или отвергнуты более новыми данными. И химия также представляется универсальной. Ранние спектрометрические наблюдения объектов во Вселенной и недавние наблюдения на других планетах и ​​лунах можно изучить с помощью химических теорий и экспериментов, которые были сделаны на Земле.

Другая биология?

Существует ли общая биология? Применяются ли те же законы и биологические принципы, которые используются для описания жизни на Земле, в другом месте? Является ли наша Вселенная наполненной жизнью, со многими местами, где она развилась, или мы одинокий населенный остров в космосе? До сих пор на этот сложный вопрос никто не может ответить. Поскольку нет убедительных доказательств того, что жизнь существует где-то еще кроме Земли.

Есть множество доказательств того, что существуют места, где жизнь может процветать, возможно, даже в таких условиях, при которых большая часть земной жизни не выживет. Но в этих местах некоторые формы известной жизни могут жить и развиваться. Существует также теоретическое обоснование того, что жизнь должна присутствовать и в других местах, потому что этих мест невероятно много. Уравнение Дрейка дает формулу для этих прогнозов. А произошедшая в последнее время идентификация более 400 внесолнечных планет повышает точность этих оценок. Но вероятность отличается от реальности. И время покажет, насколько достоверны эти прогнозы.

Осознание важности для человеческой психики понимания того, что жизнь на Земле не уникальна, побудила все большее число научных программ искать жизнь в других местах.

Как распознать жизнь?

Но как исследователи узнают, что была обнаружена жизнь? Справедливости ради стоит сказать, что нет согласованного научного определения жизни. Есть характеристики жизни: размножение; передача информации. Есть системы, в которых существует разнообразие, вариации и выбор. Существует сложность; наличие метаболизма; способность изменяться, но при этом поддерживать определенную стабильность.

Если на каком нибудь космическом объекте будет обнаружено явление, которое имеет достаточное количество этих характеристик, то, вероятно, будет провозглашено об обнаружении внеземной жизни. Но что, если жизнь в другом месте радикально отличается от жизни на Земле? Как тогда она будет обнаружена? В науке мы часто создаем модели, основанные на том, что нам известно. И поиск данных, которые могут использоваться для поддержки или отклонения модели.

Если будет найдено достаточное количество данных, которые будут противоречить предсказанным существующей моделью, модель будет отвергнута, а вместо нее будет создана другая. Характер этой новой модели трудно предсказать, так как данные для ее формирования будут возникать в результате тестирования существующей модели.

Жизнь в пробирке

Другой подход к пониманию истоков жизни на Земле и, следовательно, получение ключей к разгадке ее происхождения в другом месте, заключается в том, чтобы создать жизнь экспериментально в лаборатории. Фундаментальный подход к изучению биологии заключается в том, что химия основана на физике и математике, а биология, в свою очередь основана на химии. Понимание химии приведет к пониманию биологии и происхождению жизни.

Усилия по созданию биологических объектов из основных элементов, включая те, которые считаются существовавшими на ранней Земле, все еще предпринимаются. Они образуют новую программу для биохимии. Например, самый большой эксперимент по синтезу ДНК произвел 582 970 ее базовых пар для бактерии Mycoplasma genitaliu.

Эти замечательные достижения могут дать представление о происхождении посредством формы обратной инженерии, а также могут иметь практическое значение при разработке вакцин и методов лечения. Продолжающееся добавление геномов различных видов в уже большую базу данных обеспечивает еще один большой источник новых данных, которые, используя достижения в области информационных технологий, могут привести к появлению новых идей и концепций.

Хорошая гипотеза одинаково интересна, если она поддерживается или отвергается и, независимо от поддержки или проекции, стимулирует новые интересные эксперименты и наблюдения. В идеале ученый хотел бы иметь нейтральное отношение к результату, чтобы избежать предвзятости, особенно той гипотезы, которую он или она создали. Гипотеза может отождествляться с эгоизмом ученого и фактически сделать невозможным отклонение события с подавляющими доказательствами.

Поиск жизни в другом месте был бы чрезвычайно интересным и захватывающим. Это придало бы термину «астробиология» новое значение в том, что теперь будет являться предметом для изучения. Но что делать, если жизнь не будет найдена? Нам будет трудно принять этот факт. И вполне вероятно, что Поиск будет продолжаться сверх того времени, которое многими считается разумным. Осознание того, что мы одни во Вселенной, безусловно, потребует пересмотра того, как мы относимся к природе и к другим живым существам.

Научные исследования и индуктивный метод

Улучшения в технологиях навигации и появившаяся способность строить большие морские парусные суда привели к взрыву исследований Земли примерно с девятого по пятнадцатый век. Эта тенденция усилилась с ростом международной и межконтинентальной торговли и расширением европейских империй на другие континенты.

Был развит индуктивный процесс и эмпиризм в науке; большое количество новых данных было собрано в местах, которые раньше никогда не посещались, в разное время и в разных условиях. Повторные наблюдения подобных явлений усилили обоснованность наблюдений. Были сделаны объединения переменных в комбинациях, ранее не встречавшихся. И это многократно увеличивало уверенность в том, что они являются универсальными природными явлениями.

Пионеры исследований Земли

Интересным ранним примером являются наблюдения Уильяма Дампиера (1651-1715), любопытной фигуры в истории разведки. Он неоднократно огибал Землю. И был одним из немногих людей того времени, кто смог сделать это. Ему приходилось наблюдать разнообразные явления во многих местах мира. Он ощутил на себе, что такое ураганы в Атлантике и тайфуны в Тихом океане. Он признал, что «только лишь имя» было разницей между ними, и «оба слова имеют только одно значение, которое является сильной штормом». Его наблюдения позволили ему объединить понимание явлений, получить их геофизическое объяснение и привести к общим законам метеорологии.

Президент США Франклин так же признавал ценность наблюдений, разнесенных по времени и месту. Он и его внук Храм произвели наблюдения за температурой воды во время своего возвращения в Пенсильванию из Парижа в 1785 году. Это помогло определить параметры Гольфстрима. Знание местоположение этого потока ускорило Атлантический переход. Это пример полезного знания, к которому Франклин и другие его современники серьезно стремились. Другой пример ценности наблюдений в более чем одном месте касался понимания «северо-восточных» штормов, которые часто наносят урон восточному побережью США. Основываясь на сведениях, полученных от своего брата, Франклин узнал, что шторм, который он видел в Филадельфии, вскоре был в Бостоне. Так он понял, что «северо-восточные» шторма путешествуют с юго-запада на северо-восток. Хотя направление ветра в них при этом противоположно.

Ярким примером всемирного исследования являются путешествия капитана Джеймса Кука. Он был нанят Королевским обществом для того, чтобы наблюдать за транзитом Венеры. И исследовать Тихий океан. Его Величества Корабль «Инде́вор» покинул Англию в 1768 году и отправился в Тихий океан. Он совершил много новых открытий. В этой и последующих экспедициях Кук и его соратники проводили научные наблюдения, собирали артефакты. И, что было весьма характерно, собирали земли для британской короны. Полевые исследования были ориентированы на первоначальную цель – транзит Венеры. Это было необходимо для определения расстояния Земли до Солнца. Но дополнительные наблюдения, не связанные с основным проектом, затем использовались для формулирования новых идей. Они были впоследствии протестированы в других местах. Это был богатый период для эмпирической и индуктивной науки.

Наступившая эпоха Просвещения способствовала разведке и получению новых знаний. Был открыл «Век чудес», период, когда грамотное население и особенно романтики «открыли красоту и ужас науки». Пионером в этом был германский ученый Александр фон Гумбольдт. Он путешествовал по Южной Америке и Мексике (1799-1804), собирал образцы и данные во многих разных средах и временах. Он посетил Американское философское общество в Филадельфии и встретил многих его членов во время своего короткого пребывания в США (май-июль 1804 года). Был избран его членом 20 июля 1804 года и поддерживал переписку с Джефферсоном и другими членами после своего возвращения в Европу. Он признал взаимосвязанность вещей, важность координации подобной информации на разных станциях на разных землях и в морях. Гумбольдт был пионером экологического подхода к естественным наукам и интеграции различных дисциплин.

В более поздние годы, «Космос», его многотомная, широко читаемая работа, возможно, была последней попыткой одного человека собрать все знания о мире природы. Он оказал влияние на Дарвина, у которого были его книги в путешествии на корабле «Бигль», и также многих других исследователей и ученых по всему миру.

Экспедиция Льюиса и Кларка, финансируемая военными и возглавляемая артиллерийскими офицерами армии США, отправилась в Сент-Луис на запад и побережье Тихого океана в 1804 году. Экспедиция была задумана Джефферсоном, который в то время был президентом Соединенных Штатов и Американского философского общества. Общество получило множество артефактов, привезенных исследователями, а также их журналы, которые все еще хранятся в библиотеке.

Это была первая из экспедиций правительства США, которая изучила естественную историю недавно приобретенной Луизианы и территории за ее пределами. Она имела множество целей: изучение естественной истории, антропологии и этнологии, изучение индейских языков (представляющих особый интерес для Джефферсона), картографирование торговых путей на Запад (они не смогли найти желаемый водный маршрут) установление основ для территориальных претензий, с целью вызова испанской колониальной державе на юго-западе и прочие другие. Такая ситуация была весьма характерно для многих путешествий того времени, которые часто сочетали научные, политические и коммерческие цели.

Другим проектом, основанным на сборе данных по всему миру, был так называемый «Магнитный крестовый поход», начавшийся около 1838 года. Первоначально он был инициирован Гумбольдтом и выдвинулся под предводительством Джона Гершеля, сына астронома Уильяма Гершеля. Это была всемирная программа по получению геомагнитных наблюдений в Европе и во всем мире. Она использовала в значительной степени аванпосты Британской империи, а также сотрудничество ученых из нескольких стран. Это привело к созданию научных станций по всему миру Впоследствии они использовались для сбора и другой информации, а также геомагнитных измерений. Проект также стимулировал отправку морских экспедиций в Антарктику и другие районы для увеличения числа измерений, а также позволял собирать другие виды данных.

Исследование пространства и поиск внеземной жизни

Диапазон измерений, возникающих при изучении происхождения и распространения жизни в космосе, варьируется от микро- и миллиметров. Это справедливо в отношении вирусов, бактерий и архей, рассматриваемых в микроскопе, и до миллиардов световых лет в изображениях и измерениях ранней Вселенной. Их получают с помощью флотилии космических и наземных телескопов, которые доступны для науки.

Если жизнь существует в других местах, она может иметь форму микроорганизмов, подобных тем, которые обнаружены в экстремальных местах на Земле. Многие космические миссии прямо или косвенно связаны с тем, чтобы понять, как именно жизнь началась. И как организмы могут выжить в космической и планетарной среде. В настоящее время работают около 60 активных космических миссий, включая 15 астрофизических, многие из которых способствуют внеземным проектам.

Началась ли жизнь в других местах нашей Солнечной системы и Галактики и пришла сюда, готовая к процветанию? Или наоборот, Земля стала источником жизни на других планетах, если она там существует? Этот вопрос стимулировал интерес к изучению около 170 метеоритных ударных кратеров на Земле. И изучению таких же объектов на Луне, которые лучше отражают частоту метеоритных ударов на протяжении многих лет. Если жизнь будет найдена в другом месте, будет ли она напрямую связана с нашей? Или это будет новый тип жизни?

Огромный объем данных, поступающих из этих и многих других миссий, представляет собой очень богатый источник новых идей и концепций. Но они не могут быть проверены до тех пор, пока высокие технологии не будут использованы в национальных и международных космических программах. Преимуществом современной стадии развития интенсивной индуктивной науки является наличие компьютерных ресурсов и достижений в области ИТ. Они позволяют хранить и распределять данные во многих лабораториях, а также использовать новые методы отображения данных. Это может помочь обнаружить данные, которые не видны без компьютеров. Существуют также компьютерные средства для объединения данных из многих источников и сведения их в один ресурс. Он доступен для научного сообщества, и в нем данные со многих инструментов можно объединить в одном месте.

Требуется достаточно много времени, чтобы спланировать и профинансировать миссии и получить и интерпретировать их данные. Временные масштабы таких работ сопоставимы с масштабами исследователей прошлого, бороздящих океаны под парусом или даже дольше. Миссия может распространяться на всю карьеру ученого даже за ее пределы. И ученым, возможно, придется зависеть от своих или чужих детей и внуков, чтобы довести до конца проект, который они инициировали.

Наука развивалась быстро и в прошлом, но текущие показатели – поразительны. Мы находимся в эпохе чуда, не менее захватывающей, чем у древних исследователей.

Поиск внеземной жизни

Поиск внеземной жизни – важная часть программы освоения космоса. Она требует ресурсов множества научных и других дисциплин. Огромный объем данных, собранных с течением времени, аналогичен информации, полученной от ранних экспедиций разведки в до этого неизвестные места. Текущему поиску помогают гораздо более чувствительные и прочные инструменты и использование компьютеров для хранения данных. Эмпирические и индуктивные методы просто необходимы для использования большой базы данных.

Понравилась статья? Поделитесь ей в социальных сетях! Огромное спасибо!
Живой Космос