Jak ożywić atmosferę

14 września doniesiono, że w chmurach spowijających Wenus występuje fosforowodór. Nuda? Wystarczyło kilka zabiegów, by wszyscy zaczęli nagle mówić o pozaziemskim życiu.

21.09.2020

Czyta się kilka minut

Wizja artystyczna powierzchni Wenus / ESO / M. KORNMESSER / COVER IMAGES / FORUM
Wizja artystyczna powierzchni Wenus / ESO / M. KORNMESSER / COVER IMAGES / FORUM

Astrochemia to jedna z nauk de­tektywistycznych. Jak kryminalistyka albo geologia strukturalna. Badacz natrafia na coś – może to śladowa ilość jakiegoś gazu, może pęknięcia skalne układające się w zygzaki, a może plamka krwi? Po dokładnym zbadaniu tego czegoś przystępuje się do fazy drugiej: wymyślenia wszystkich możliwych sposobów, jak owo coś mogło powstać.

W idealnych warunkach obserwacje są zgodne tylko z jednym scenariuszem; czasem z kilkoma. Bywa jednak i tak, że sensownego scenariusza po prostu brakuje – i pozostają nam już tylko te szalone. Astronomowie od fosforowodoru znaleźli się poniekąd w tej ostatniej sytuacji; a zapewne chcieli trochę, żebyśmy tak pomyśleli.

Zabawa w detektywa

Ale po kolei. Znaleziony w atmosferze Wenus fosforowodór (PH3) to prościutki związek chemiczny składający się z jednego atomu fosforu i trzech wodorów. Można by słusznie zapytać, czy to rzeczywiście aż tak niezwykłe znalezisko. Tak na chłopski rozum: skoro fosfor i wodór występują w wenusjańskiej atmosferze (a występują), to czy te cztery atomy nie mogłyby się jakoś po prostu skleić ze sobą i… voilà?

Rzecz w tym, że chemia nie działa na chłopski rozum. Czasem związki różniące się jednym tylko atomem dzieli bariera niemożliwości. Ot, weźmy swojski tlen. W atmosferze ziemskiej występuje w postaci O2, czyli tlenu cząsteczkowego: dwa atomy tlenu połączone wiązaniem chemicznym. A co z O, pojedynczym atomem tlenu? Czy nie byłoby prościej „zrobić” O niż O2? Tu wkracza chemia. Samotny atom tlenu jest obiektem szaleńczo wręcz reaktywnym: gdy tylko zbliżyć do niego inny atom albo związek chemiczny, jest spora szansa, że wejdzie z nimi w reakcję. Choć więc „rozbicie” cząsteczki O2 może czasem zajść, powstałe w ten sposób swobodne atomy O zostają natychmiast przez coś podchwycone.

Co innego jednak w górnych warstwach atmosfery, gdzie powietrze stopniowo się rozrzedza. Gdy coś – np. foton ultrafioletowy ze Słońca – z odpowiednią siłą puknie w znajdującą się tam cząsteczkę O2 i rozbije ją, to powstałe w ten sposób swobodne atomy tlenu będą musiały sporo się naczekać, zanim spotkają potencjalnego partnera do chemicznego tańca. Wskutek tego na wysokości 100 km nad powierzchnią Ziemi aż 96 proc. wszystkich atomów tlenu to już single.

I tu wracamy do zasadniczej zagadki wenusjańskiego fosforowodoru. Problem nie leży w składnikach, tylko w możliwości ich połączenia. Fosforu nie brak, jednak jest on już zajęty – związany w różnorakich związkach chemicznych. Choć nie jest to pewne, podejrzewa się, że są to P2O5 i H3PO4: pięciotlenek fosforu i kwas fosforowy. W obu przypadkach atomy fosforu otoczone są przez tlen, zazdrośnie kryjący do nich dostęp innym atomom. Tlen nie tylko bardzo lubi się wiązać, ale kiedy to nastąpi, potrafi przylepić się do swojego chemicznego partnera jak pijawka. Wykrycie PH3 na Wenus to więc rzeczywiście spora zagwozdka: coś musiało wykraść atomy fosforu z zachłannych szponów tlenu, a ponadto obliczenia pokazują, że gaz ten – nawet gdyby jakimś cudem powstał – powinien być w wenusjańskich warunkach systematycznie utleniany. Skoro więc PH3 występuje w atmosferze w – by tak rzec – sensownej ilości (w tym przypadku, wierzcie lub nie, mówimy o poziomie 20 ppb, czyli 20 cząstek na miliard), musi być tam stale produkowany. Tylko jak?

I tu zaczyna się zabawa w detektywa. Autorzy opublikowanego w „Nature Astronomy” artykułu, który narobił tyle zamieszania (J.S. Greaves i inni „Phosphine gas in the cloud decks of Venus”), zadali jedno proste pytanie: jakie zjawiska zachodzące na Wenus – fizyczne, chemiczne, atmosferyczne, geologiczne – mogłyby prowadzić do powstawania PH3? Najpierw sprawdzono przebieg 75 „podejrzanych” reakcji chemicznych w warunkach panujących na Wenus. Pudło. Następnie, dla spokoju sumienia, przetestowano te same reakcje w innych warunkach (a nuż tu i ówdzie powierzchnia Wenus jest gorętsza albo chłodniejsza, albo bardziej zasadowa?), co dało łącznie kilka tysięcy kombinacji. Też nie. Później włączono do badań minerały. Choć dotychczasowe misje na Wenus nie potwierdziły występowania na jej powierzchni skał zawierających fosforki, ich obecność byłaby tam względnie sensowna. I to jednak na nic.

A może odpowiedzialne jest Słońce? W końcu to właśnie ono robi dziwne rzeczy z tlenem w naszej własnej atmosferze. Wszystko rozbija się jednak o liczby: strumień promieniowania słonecznego na Wenus jest po prostu zbyt słaby, aby odpowiadał za występujące tam PH3. Może zatem… pioruny? Za rzadko, za słabe. Wulkany? Zbyt nieliczne, zbyt uśpione, no i wyziewy jakby nie te, co trzeba.

W ten sposób docieramy do końca zasadniczej części artykułu z „Nature Astronomy”. Autorzy meldują, że znane zjawiska planetologiczne nie tłumaczą obecności PH3 na Wenus. I tu by się właściwie mogła zakończyć cała ta historia. „Planetolodzy przypuszczają, że na Wenus występuje jakieś nowe, nieznane zjawisko geologiczne albo atmosferyczne”. Ktoś jednak postanowił pospekulować bardziej – i jako jedno z możliwych wyjaśnień wymieniono… życie.

Z życia wzięte

Argument jest następujący: PH3 występuje na Ziemi jako jeden z produktów metabolizmu niektórych bakterii beztlenowych. Skoro więc znamy jedną ścieżkę chemiczną prowadzącą do fosforo­wodoru, to czemu by jej nie transplantować na Wenus? Autorzy nie pisnęli na ten temat ani słówkiem, ale są tu dwie możliwości: migracja na Wenus życia ziemskiego i jego samodzielne wyewoluowanie tam „od zera”. Obie wiążą się z trudnościami. Co gorsza, życie to musiałoby przetrwać w chmurach (składających się głównie z kwasu siarkowego), ponieważ na powierzchni temperatury sięgają 4700 C, co zdaniem większości specjalistów wyklucza obecność życia choćby trochę zbliżonego do ziemskiego. A skoro nawiązujemy do metabolizmu bakterii ziemskich, to siłą rzeczy wyobrażamy sobie na Wenus stworzonka nieco podobne do tych zamieszkujących naszą planetę.

Jest z tym rozumowaniem więcej problemów. Autorzy pozostawiają wrażenie, jak gdyby po wykluczeniu wszystkich możliwości pojawienia się PH3 pozostało im już tylko życie. W niezliczonych komentarzach, które mnożyły się w tygodniu poprzedzającym publikację artykułu, jak mantrę powtarzano wypowiedź Sherlocka Holmesa: „Kiedy wyeliminujesz wszystko, co niemożliwe, wówczas to, co ci zostanie, jakkolwiek byłoby nieprawdopodobne, musi być prawdą”. To jednak bardzo zwodnicza analogia. Planetologia to wciąż młoda i otwarta nauka, co można choćby poznać po tym, że każda misja badawcza ku ciałom Układu Słonecznego przynosi dziesiątki odkryć i zaskoczeń. Wenus zaś pozostaje względnie słabo zbadana: jej tajemnice skrywane są pod grubaśnym kożuchem atmosfery. Ba, nie mamy nawet do dyspozycji czegoś tak elementarnego jak porządna mapa tej planety: na najlepszych dostępnych nam mapach radarowych jeden piksel obejmuje sto metrów w terenie. Dla porównania: aparat HiRISE na orbitującej Marsa sondzie MRO wykonuje zdjęcia z rozdzielczością 30 cm, a i tak stale odkrywane są tam nowe zjawiska geologiczne. Metoda Holmesa nie sprawdza się wtedy, gdy lista ewentualności pozostaje szeroko otwarta.

To jednak nie koniec problemów. W komunikatach medialnych anonsujących publikację astronomów nie zwracano uwagi na to, że fosforowodór został wykryty przynajmniej w trzech innych miejscach we Wszechświecie. Na przełomie lat 70. i 80. zaobserwowano go w atmosferach Jowisza i Saturna, a w 2014 r. również w gazie otaczającym gwiazdę IRC+10216 – a więc poza Układem Słonecznym! Warunki panujące w atmosferach planet gazowych są oczywiście inne niż na powierzchni Wenus – o czym ­autorzy ­wspominają w swojej pracy (­casusu PH3 w atmosferze gwiazdy nie komentują, ale IRC+10216 to tzw.olbrzym typu węglowego, a więc i jego przypadek trudno by było odnieść do Wenus). Aż trzykrotna wcześniejsza obserwacja PH3 poza Ziemią osłabia jednak nieco tezę o wyjątkowości tego związku. To nie jest tak, że fosforowodór ma murowane powiązanie ze światem ożywionym, jak kolagen, celuloza czy DNA.

Co obiecuje ślad

Można oczywiście zapytać, co konkretnie kwalifikuje się jako murowany chemiczny ślad życia. Astrobiolodzy od dekad wytrwale pracują nad listą takich właśnie biomarkerów (lub biosygnatur), których wykrycie w kosmosie byłoby silną przesłanką na rzecz występowania tam chemii „tak interesującej, że aż pachnie życiem”. Fosforowodoru na tych listach nie ma. Ba, trójka spośród autorów bieżącego artykułu – S. Seager, W. Bains i J. Pętkowski – opublikowała w 2016 r. własną wersję listy potencjalnych „biosygnatur atmosferycznych”. Nie tylko nie ma tam mowy o fosforowodorze, ale pada tam wręcz teza, że fosfor jako pierwiastek „nie występuje w ogóle w grupie wysokiego prawdopodobieństwa”, a fosfor „trójwalentny”, czyli związany z trzema atomami, to motyw strukturalny „nieobiecujący”.

Gdy jednak zajrzeć do sławetnego artykułu z 14 września, pojawia się tam takie oto zaskakujące zdanie: „Zaproponowano niedawno, że fosforowodór zaobserwowany w atmosferze planety skalistej to obiecujący ślad życia”. Rzeczywiście, zaledwie kilka miesięcy temu opublikowano w „Astrobiology” artykuł stawiający taką właśnie tezę. Dogodny zbieg okoliczności, prawda? Po nieco bliższym przyjrzeniu się owemu artykułowi okazuje się jednak, że aż sześciu spośród siedmiu jego autorów należy do tej samej grupy badawczej, która teraz opublikowała doniesienie o obecności PH3 na Wenus.

Co jeszcze ciekawsze – gdy uważnie przyjrzeć się datom, okaże się, że w czasie, gdy badacze wysuwali nowatorską hipotezę, iż PH3 jest tak świetnym biomarkerem, mieli już do dyspozycji wstępne wyniki świadczące o jego występowaniu na Wenus. Chronologia nie kłamie: pierwsze obserwacje linii spektroskopowych PH3 na Wenus nastąpiły w czerwcu 2017 r., co można bez trudu wyczytać w części metodologicznej tekstu. Artykuł sugerujący, że PH3 może być biomarkerem, przysłano tymczasem do redaktorów „Astrobiology” 10 września 2018 r. (datę taką zwyczajowo się upublicznia na wypadek kontrowersji o pierwszeństwo danego odkrycia).

Krótko mówiąc, jedyny cytowany przez autorów artykuł naukowy stwierdzający, że PH3 może świadczyć o występowaniu życia, został napisany przez nich samych tuż po tym, gdy dowiedzieli się, że cząsteczka ta prawdopodobnie występuje na Wenus. Oczywiście, mogło być po prostu tak, że obydwa artykuły są dwoma niezależnymi przejawami prac nad fosforo­wodorem – i tak zresztą pewnie było! – w świecie nauki zwykle jednak nisko się ceni „autocytowania”, które nie są de facto niezależnym potwierdzeniem.

Gra w media

Gdy ma się pod ręką wszystkie składniki newsa idealnego, pozostaje postępować zgodnie z regułami „gry w media”. Co się na nią składa? Przede wszystkim, artykuł opublikowano „w trybie premiery”, tj. wyznaczono określoną godzinę jego upublicznienia. Choć artykuły naukowe, po tym jak zostaną już formalnie przyjęte do druku, ukazują się zwykle w internecie w dość przypadkowym momencie, to czasem – gdy tekst rokuje medialnie – ustala się godzinę premiery, łącząc ją zwykle z konferencją prasową. „Nature Astronomy” wybrało poniedziałek 14 września, godzinę 15.00 UTC (co w naszej strefie czasowej oznacza godz. 17.00), a Królewskie Towarzystwo Astronomiczne podjęło się zorganizowania konferencji.

Mniej więcej tydzień przed „godziną zero” ci z nas, dziennikarzy, którzy śledzą newsy i współpracują z naukowymi agencjami PR-owymi, otrzymali cynk, że „za tydzień ukaże się coś ważnego”. Zaczęły też krążyć „tajne” informacje prasowe, opatrzone tzw. embargiem, czyli zakazem publikacji przed określonym momentem, tu również ustalonym na godz. 17.00 w poniedziałek. Embargo oznacza w praktyce, że możemy zawczasu przygotowywać swoje artykuły, ale do piątej po południu – cicho sza! Już sam fakt embargowania danej treści to mało subtelna sugestia, że dzieje się coś ważnego. Ograniczony dostęp do towaru podnosi jego wartość. Ja sam – serio! – musiałem podać przez telefon hasło, żeby otrzymać dostęp do tegoż komunikatu prasowego (który już w pierwszym zdaniu głosił, iż na Wenus wykryto „gaz, który zgodnie z aktualną wiedzą jest produkowany przez istoty żywe”).

Karmieni tymi półprawdami, mniej krytycznie nastawieni dziennikarze i naukowcy pracowicie generowali setki tweetów, głoszących – czasem już wprost – że „nie jesteśmy sami w kosmosie”. Sporej części szumu udałoby się uniknąć, gdybyśmy mieli do dyspozycji artykuł naukowy. A nie byłoby w tym nic dziwnego: wczesne kopie artykułów, tzw. preprinty, zwyczajowo krążą po sieci nawet wiele tygodni przed ich oficjalną publikacją. Nie tym razem: w „grze w media” nie chodzi bowiem o rozwiewanie wątpliwości, lecz o ich mnożenie. Naukowcy już dawno nauczyli się tej gry. Ot, w okolicach piątku gruchnęła plotka, że artykuł „wyciekł” – ktoś go widział, ktoś go czytał, ktoś go potem pospiesznie usunął z serwerów. Cóż za wpadka. W weekend „wyciekł” też – tym razem na dobre – półtoraminutowy film streszczający odkrycie, w którym wystąpił ósmy autor artykułu, Janusz Pętkowski z MIT. Krótko mówiąc, normalna gra w podgrzewanie atmosfery.

W końcu przyszła godzina 17.00, kiedy to w Royal Astronomical Society rozpoczęła się konferencja prasowa. Organizatorzy bardzo starali się podtrzymać atmosferę wydarzenia niezwykłej wagi, jednak entuzjazm jakby z każdą chwilą malał. Kiedy już wszyscy zapoznali się z artykułem, stało się jasne, co z niego wynika, a co nie.

Co zostanie po historii o „życiu na Wenus”? Kto wie… może przy odrobinie szczęścia zmotywuje to którąś agencję kosmiczną do wysłania misji na Wenus, której pilnie nauce potrzeba?

A wiecie, co mnie w tym wszystkim najbardziej irytuje? Jestem szalenie ciekaw, jakie to nieznane zjawisko planetologiczne wytwarza na Wenus fosforowodór! Tylko jakoś nikt nie chce o tym rozmawiać… ©℗

Dziękujemy, że nas czytasz!

Wykupienie dostępu pozwoli Ci czytać artykuły wysokiej jakości i wspierać niezależne dziennikarstwo w wymagających dla wydawców czasach. Rośnij z nami! Pełna oferta →

Dostęp 10/10

  • 10 dni dostępu - poznaj nas
  • Natychmiastowy dostęp
  • Ogromne archiwum
  • Zapamiętaj i czytaj później
  • Autorskie newslettery premium
  • Także w formatach PDF, EPUB i MOBI
10,00 zł

Dostęp kwartalny

Kwartalny dostęp do TygodnikPowszechny.pl
  • Natychmiastowy dostęp
  • 92 dni dostępu = aż 13 numerów Tygodnika
  • Ogromne archiwum
  • Zapamiętaj i czytaj później
  • Autorskie newslettery premium
  • Także w formatach PDF, EPUB i MOBI
79,90 zł
© Wszelkie prawa w tym prawa autorów i wydawcy zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów i innych części czasopisma bez zgody wydawcy zabronione [nota wydawnicza]. Jeśli na końcu artykułu znajduje się znak ℗, wówczas istnieje możliwość przedruku po zakupieniu licencji od Wydawcy [kontakt z Wydawcą]
Filozof przyrody i dziennikarz naukowy, specjalizuje się w kosmologii, astrofizyce oraz zagadnieniach filozoficznych związanych z tymi naukami. Pracownik naukowy Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie, członek Centrum Kopernika Badań Interdyscyplinarnych,… więcej

Artykuł pochodzi z numeru Nr 39/2020