천체 생물학 : 역사, 연구 대상 및 중요성 - 생물학

우주 생물학 또는 exobiology은 생물학의 한 분과입니다 맥락에서 생명의 기원, 유통 및 역학과 거래 의 전체 우주로 모두 우리의 행성. 우리는 과학 우주 생물학이 우주에 대한 것이므로 행성 지구에 생물학이 무엇인지 말할 수 있습니다.

우주 생물학의 광범위한 활동으로 인해 물리학, 화학, 천문학, 분자 생물학, 생물 물리학, 생화학, 우주론, 지질학, 수학, 컴퓨팅, 사회학, 인류학, 고고학 등의 다른 과학이 수렴됩니다.

그림 1. 생명과 우주 탐험의 연결에 대한 예술적 해석. 출처 : NASA / Cheryse Triano

Astrobiology는 생명을 "보편적 인"현상으로 생각합니다. 가능한 상황이나 시나리오를 다룹니다. 요구 사항 및 최소 조건; 관련된 프로세스; 그것의 광범위한 프로세스; 다른 주제 중에서. 그것은 지적인 삶에 국한되지 않고 가능한 모든 유형의 삶을 탐구합니다.

우주 생물학의 역사

우주 생물학의 역사는 아마도 인류가 종으로서의 시작과 지구상의 우주와 생명체에 대해 질문 할 수있는 능력으로 거슬러 올라갑니다. 거기에서 오늘날 많은 사람들의 신화에 여전히 존재하는 첫 번째 비전과 설명이 발생합니다.

아리스토텔레스의 비전

아리스토텔레스의 비전은 태양, 달, 나머지 행성과 별을 우리 주위에 동심원을 만드는 완벽한 구체로 간주했습니다.

이 비전은 우주의 지구 중심 모델을 구성했으며 중세 시대에 인류를 상징하는 개념이었습니다. 아마도 그 당시 우리 행성 밖에 "주민"의 존재에 대한 질문은 말이되지 않았을 것입니다.

Copernican보기

중세 시대에 Nicolás Copernicus는 지구를 태양을 중심으로 회전하는 하나의 행성으로 배치하는 태양 중심 모델을 제안했습니다.

이 접근 방식은 우리가 생각했던 것처럼 "특별하지 않은"장소에 우리를 놓았 기 때문에 우리가 우주의 나머지 부분을 바라보고 심지어 우리 자신을 바라 보는 방식에 큰 영향을 미쳤습니다. 그런 다음 우리와 비슷한 다른 행성이 존재할 가능성과 우리가 아는 것과는 다른 생명체가 존재할 가능성이 있습니다.

그림 2. Copernicus의 Heliocentric 시스템. 출처 : Wikimedia Commons를 통한 공개 도메인

외계 생명체에 대한 첫 번째 아이디어

프랑스의 작가이자 철학자 인 Bernard le Bovier de Fontenelle은 17 세기 말에 이미 생명체가 다른 행성에 존재할 수 있다고 제안했습니다.

18 세기 중반에 계몽주의와 관련된 많은 학자들은 외계 생명체에 대해 글을 썼습니다. Wright, Kant, Lambert, Herschel과 같은 당시 최고의 천문학 자조차도 행성, 달, 심지어 혜성까지 살 수 있다고 가정했습니다.

이것이 19 세기가 거의 모든 행성에 외계 생명체가 존재한다는 믿음을 공유하면서 대다수의 학자, 철학자 및 신학자와 함께 시작된 방법입니다. 이것은 우주에 대한 과학적 이해가 증가함에 따라 당시에는 건전한 가정으로 간주되었습니다.

(화학 조성, 대기, 중력, 빛 및 열과 관련하여) 태양계 천체 간의 압도적 인 차이는 무시되었습니다.

그러나 망원경의 힘이 증가하고 분광학의 출현으로 천문학 자들은 인근 행성 대기의 화학을 이해하기 시작할 수있었습니다. 따라서 인근 행성에는 지구와 유사한 유기체가 살고 있다는 것을 배제 할 수 있습니다.

우주 생물학 연구 대상

Astrobiology는 다음과 같은 기본 질문의 연구에 중점을 둡니다.

삶이 란 무엇인가?
지구상에서 생명은 어떻게 생겼습니까?
삶은 어떻게 진화하고 발전합니까?
우주의 다른 곳에 생명체가 있습니까?
존재한다면 지구와 우주의 다른 곳에서 생명의 미래는 무엇입니까?

우주 생물학 연구의 대상과 관련된 다른 많은 질문들이 이러한 질문들로부터 발생합니다.

연구 및 우주 탐사 모델로서의 화성

붉은 행성, 화성은 태양계 내 외계 생명체에 대한 가설의 마지막 보루였습니다. 이 행성에서 생명체가 존재한다는 아이디어는 처음에는 19 세기 말과 20 세기 초에 천문학 자들이 관찰 한 것에서 나왔습니다.

그들은 화성 표면에있는 자국이 실제로 지능적인 유기체 집단에 의해 만들어진 통로라고 주장했다. 이러한 패턴은 이제 바람의 산물로 간주됩니다.

임무

Mariner 우주 탐사선은 1950 년대 후반에 시작된 우주 시대의 예를 보여줍니다.이 시대는 태양계 내의 행성과 달 표면을 직접 시각화하고 조사 할 수있게했습니다. 따라서 태양계에서 다세포이고 쉽게 인식 할 수있는 외계 생명체의 주장을 배제합니다.

1964 년 NASA의 Mariner 4 임무는 기본적으로 사막 행성을 보여주는 화성 표면의 첫 번째 클로즈업 사진을 보냈습니다.

그러나 화성과 외행성에 대한 후속 임무는 그 몸과 위성에 대한 자세한보기를 허용했으며 특히 화성의 경우 초기 역사에 대한 부분적인 이해를 허용했습니다.

다양한 외계 환경에서 과학자들은 지구상의 거주 환경과 크게 다르지 않은 환경을 발견했습니다.

이 첫 번째 우주 임무의 가장 중요한 결론은 추측 적 가정을 화학적 및 생물학적 증거로 대체하여 객관적으로 연구하고 분석 할 수 있다는 것입니다.

화성에 생명체가 있습니까? 임무

첫 번째 경우, 마리너 임무의 결과는 화성에 생명체가 존재하지 않는다는 가설을 뒷받침합니다. 그러나 우리는 거시적 인 삶이 추구되고 있음을 고려해야합니다. 후속 임무는 미세한 생명체의 부재에 의문을 던졌습니다.

그림 3. 바이킹 임무의 궤도 및 지상 탐사선. 출처 : Don Davis, via Wikimedia Commons

예를 들어, 바이킹 임무의 지상 탐사선에 의해 수행 된 생명체를 탐지하기 위해 고안된 세 가지 실험 중 2 개는 양성이고 1 개는 음성이었습니다.

그럼에도 불구하고 Viking 탐사선 실험에 참여한 대부분의 과학자들은 화성에 박테리아가 존재한다는 증거가 없으며 그 결과가 공식적으로 결정적이지 않다는 데 동의합니다.

그림 4. 바이킹 임무의 착륙 탐사선 (Lander). 출처 : NASA / JPL-Caltech / University of Arizona, via Wikimedia Commons

임무

논란의 여지가있는 바이킹 임무의 결과에 따라 유럽 우주국 (ESA)은 2003 년에 외 생물학 및 지구 화학 연구를 위해 특별히 설계된 화성 특급 임무를 시작했습니다.

이 임무에는 화성의 얕은 표면에서 생명의 흔적을 찾기 위해 설계된 Beagle 2 (찰스 다윈이 여행 한 배와 동일)라는 탐사선이 포함되었습니다.

이 탐사선은 안타깝게도 지구와의 접촉이 끊어져 임무를 만족스럽게 수행 할 수 없었습니다. 1999 년 NASA 탐사선 "화성 극지 착륙선"도 비슷한 운명에 처했습니다.

사명

실패한 시도 끝에 2008 년 5 월 NASA의 Phoenix 임무는 화성에 도달하여 단 5 개월 만에 놀라운 결과를 얻었습니다. 그의 주요 연구 목표는 외 생물학, 기후 및 지질학이었습니다.

이 프로브는 다음의 존재를 입증 할 수있었습니다.

화성의 분위기에 눈.
이 행성의 상층 아래에서 얼음 형태의 물.
pH가 8 ~ 9 인 기본 토양 (적어도 하강에 가까운 지역).
과거 화성 표면의 액체 물

화성의 탐험은 계속됩니다

화성 탐사는 첨단 로봇 기기를 통해 오늘날에도 계속되고 있습니다. 로버스 임무 (MER-A 및 MER-B)는 화성에서 수중 활동이 있었다는 인상적인 증거를 제공했습니다.

예를 들어, 담수, 끓는 샘, 조밀 한 대기 및 활발한 물 순환의 증거가 발견되었습니다.

그림 5. 화성 표면에 Rover MER-B (Opportunity) 그림. 출처 : NASA / JPL / Cornell University, Maas Digital LLC, via Wikimedia Commons

화성에서는 2004 년부터 2018 년까지 활성화 된 MER-B (Opportunity) Rover가 감지 한 Jarosite와 같은 액체 물이있는 상태에서 일부 암석이 성형되었다는 증거가 확인되었습니다.

Rover MER-A (Curiosity)는 항상 생물학적 활동과 관련된 메탄의 계절적 변동을 측정했습니다 (Science 저널에 2018 년에 발표 된 데이터). 그는 또한 티 오펜, 벤젠, 톨루엔, 프로판 및 부탄과 같은 유기 분자를 발견했습니다.

그림 6. Rover MER-A (Curiosity)로 측정 한 화성의 메탄 수준의 계절적 변동. 출처 : NASA / JPL-Caltech

화성에 물이 있었다

화성의 표면은 현재 좋지 않지만 먼 과거에 화성의 기후로 인해 우리가 알고있는 생명체의 필수 성분 인 액체 물이 표면에 축적되었다는 분명한 증거가 있습니다.

로버 MER-A (Curiosity) 데이터에 따르면 수십억 년 전 게일 분화구 내의 호수에는 화학 성분 및 에너지 원을 포함하여 생명에 필요한 모든 성분이 포함되어있었습니다.

화성 운석

일부 연구자들은 화성 운석을 행성에 대한 좋은 정보원으로 여기며, 심지어 천연 유기 분자와 심지어는 박테리아의 미세 화석까지도 제안합니다. 이러한 접근 방식은 과학적 논쟁의 주제입니다.

그림 7. ALH84001 운석의 내부 구조에 대한 현미경보기로, 간균과 유사한 구조를 보여줍니다. 출처 : NASA, Wikimedia Commons를 통해

화성에서 나온이 운석은 매우 희귀하며 붉은 행성에서 직접 분석 할 수있는 유일한 샘플입니다.

범 정자, 운석 및 혜성

운석 (및 혜성) 연구를 선호하는 가설 중 하나는 범 정자 (panspermia)라고 불립니다. 이것은 과거에이 운석 안에 들어온 미생물에 의해 지구의 식민지화가 일어났다는 가정으로 구성됩니다.

오늘날 지상의 물은 과거에 지구를 폭격 한 혜성에서 나왔다는 가설도 있습니다. 또한,이 혜성들은 생명의 발달을 가능하게하는 원시 분자를 가져 왔을 수도 있고, 심지어 이미 발달 된 생명체가 그 안에 박혀있을 수도 있다고 믿어집니다.

최근 2017 년 9 월 유럽 우주국 (ESA)은 2004 년에 발사 된 Rosseta 임무를 성공적으로 완료했습니다. 그런 다음 내려갑니다. 이 임무의 결과는 아직 연구 중입니다.

우주 생물학의 중요성

페르미의 역설

우주 생물학 연구에 동기를 부여하는 원래의 질문은 다음과 같습니다. 우리는 우주에 홀로 있습니까?

은하수에만 수 천억 개의 별 시스템이 있습니다. 이 사실은 우주의 나이와 함께 우리 은하에서 생명체가 공통적 인 현상이어야 함을 시사합니다.

이 주제와 관련하여 노벨상을 수상한 물리학 자 엔리코 페르미의 질문은 유명합니다. "모두는 어디 있습니까?", 그가 점심 시간에 질문 한 내용은 은하계가 가득 차야한다는 사실에 대해 논의했습니다. 인생의.

이 질문은 그의 이름을 딴 패러독스를 불러 일으켰으며 다음과 같은 방식으로 설명되었습니다.

SETI 프로그램과 외계 지능 검색

Fermi 역설에 대한 한 가지 가능한 대답은 우리가 생각하는 문명이 실제로 거기에 있지만 우리는 그들을 찾지 못했다는 것입니다.

1960 년에 Frank Drake는 다른 천문학 자들과 함께 SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence) 프로그램을 시작했습니다.

이 프로그램은 라디오 및 마이크로파 신호와 같은 외계 생명체의 징후를 찾기 위해 NASA와 공동으로 노력했습니다. 이러한 신호를 찾는 방법과 위치에 대한 질문은 많은 과학 분야에서 큰 발전을 가져 왔습니다.

그림 8. 푸에르토 리코 아레 시보에서 SETI가 사용하는 전파 망원경. 출처 : JidoBG, Wikimedia Commons

1993 년에 미 의회는 검색이 의미하는 바의 의미에 대한 오해의 결과로 NASA에 대한 자금 지원을 취소했습니다. 오늘날 SETI 프로젝트는 민간 자금으로 자금을 조달합니다.

SETI 프로젝트는 여배우 Jodie Foster가 주연하고 세계적으로 유명한 천문학 자 Carl Sagan이 쓴 같은 이름의 소설에서 영감을 얻은 Contact와 같은 할리우드 영화를 낳았습니다.

드레이크의 방정식

Frank Drake는 자신의 이름을 딴 표현을 사용하여 의사 소통 기술을 가진 문명의 수를 추정했습니다.

N = R * xf _p xn _e xf _l xf _i xf _c x L

여기서 N은 지구와 통신 할 수있는 문명의 수를 나타내며 다음과 같은 다른 변수의 함수로 표현됩니다.

R * : 우리 태양과 유사한 별의 형성 속도
f _p : 행성이있는 이러한 별계의 비율
n _e : 행성계 당 지구와 유사한 행성의 수
f _l : 생명이 발달하는 행성의 비율
f _i : 지능이 발생하는 비율
f _c : 의사 소통에 적합한 행성의 비율
L :이 문명의“수명”기대치.

Drake는이 방정식을 구체적인 추정을하는 요소가 아니라 문제를 "크기 조정"하는 도구로 공식화했습니다. 많은 용어가 추정하기가 매우 어렵 기 때문입니다. 그러나 그것이 던지는 경향이있는 숫자가 크다는 합의가있다.

새로운 시나리오

드레이크 방정식이 공식화되었을 때 우리 태양계 (외계 행성) 외부의 행성과 달에 대한 증거가 거의 없다는 점에 유의해야합니다. 외계 행성의 첫 증거가 나타난 것은 1990 년대였다.

그림 9. 케플러 망원경. 출처 : NASA, Wikimedia Commons를 통해

예를 들어, NASA의 케플러 임무는 3,538 개의 외계 행성 후보를 탐지했으며, 그중 최소 1,000 개가 고려중인 시스템의 "거주 가능 구역"(액체가 존재할 수있는 거리)에있는 것으로 간주됩니다.

우주 생물학과 지구의 끝 탐험

우주 생물학의 장점 중 하나는 우주 생물학이 우리 자신의 행성을 탐험하려는 욕구에 많은 영감을 주었다는 것입니다. 이것은 다른 환경에서의 삶의 작동을 비유하여 이해하기를 희망합니다.

예를 들어, 해저의 열수 통풍구에 대한 연구를 통해 처음으로 광합성과 관련이없는 생명체를 관찰 할 수있었습니다. 즉, 이러한 연구는 생명이 햇빛에 의존하지 않는 시스템이있을 수 있음을 보여주었습니다. 이는 항상 필수 요건으로 간주되어 왔습니다.

이를 통해 액체 물을 얻을 수 있지만 두꺼운 얼음 층 아래에서 생명체에 빛이 도착하는 것을 막을 수있는 행성에서 가능한 시나리오를 가정 할 수 있습니다.

또 다른 예는 남극 대륙의 건조한 계곡에 대한 연구입니다. 그곳에서 그들은 암석 안에 숨겨져 살아남는 광합성 박테리아 (내분비 박테리아)를 얻었습니다.

이 경우 암석은 장소의 불리한 조건에 대한 지원과 보호 역할을 모두 수행합니다. 이 전략은 염전과 온천에서도 발견되었습니다.

그림 10. 지구상에서 화성과 가장 유사한 장소 중 하나 인 남극 대륙의 McMurdo Dry Valleys. 출처 : Wikimedia Commons를 통해 미국 국무부

우주 생물학 관점

지금까지 외계 생명체에 대한 과학적 탐색은 성공하지 못했습니다. 그러나 우주 생물학 연구가 새로운 통찰력을 만들어 냄에 따라 더 정교 해지고 있습니다. 향후 10 년 동안의 우주 생물 탐사에서는 다음을 보게 될 것입니다.

화성과 목성과 토성의 얼음 달을 탐험하기위한 더 큰 노력.
외계 행성을 관찰하고 분석하는 전례없는 능력.
실험실에서 더 단순한 생명체를 설계하고 연구 할 수있는 더 큰 잠재력.

이러한 모든 발전은 의심 할 여지없이 지구와 같은 행성에서 생명체를 찾을 가능성을 증가시킬 것입니다. 그러나 아마도 외계 생명체는 존재하지 않거나 은하계 전체에 너무 흩어져있어 우리가 그것을 찾을 가능성이 거의 없습니다.

후자의 시나리오가 사실이더라도, 우주 생물학 연구는 지구상의 생명체와 우주에서의 그 위치에 대한 우리의 관점을 점차 넓혀 가고 있습니다.

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