/nginx/o/2021/02/12/13626880t1h8c6a.jpg)
Veenus on Maa sõsarplaneet. Kuna planeedi atmosfäär on happerikas ja pinnatempera-tuur küündib süsinikdioksiidist tingitud tohutu kasvuhooneefekti tõttu üle 460 °C, ei ole Veenus elusorganismidele soodne paik. Ometi on lahvatanud elav arutelu mikroobse elu võimalikkuse üle Veenusel. Selle väitluse vallandas hiljuti avaldatud teadustöö, kus on esitatud tõendeid suure koguse võimaliku nn biomarkermolekuli fosfaani (PH3) kohta Veenuse atmosfääris. Kas see kinnitab elu olemasolu naaberplaneedil?
Veenuse läbimõõt on meie koduplaneedi omast ainult 5% väiksem ning ta asub Päikest ümbritseva elukõlbliku tsooni (ingl habitable zone; kaugus tähest, kus Maa-laadse planeedi pinnal võib olla vedela vee olemasoluks sobiv temperatuur) sisemise serva lähedal, kuid tema geoloogiline minevik ja atmosfääri koostis on Maa omast kardinaalselt erinev. Kui maakera atmosfääri koostises on põhilised lämmastik (78,1%) ning hapnik (20,9%), siis Veenusel on ülekaalus süsihappegaas (96,5%) ning lämmastikku tunduvalt vähem (3,5%). Ometigi, kuna Veenuse atmosfäär on Maa omast ligi sada korda tihedam, on lämmastiku koguhulk Veenusel hoolimata tema väikesest suhtelisest sisaldusest ligi neli korda suurem. Tohutu süsihappegaasihulga tõttu vaevleb Veenus ränga kasvuhooneefekti ahelates, millest on tingitud tema ligi 500 °C pinnatemperatuur.
Ehkki vedela vee puudumise ja kõrge temperatuuri tõttu on elu Veenuse pinnal väga ebatõenäoline, on juba aastakümneid kestnud teaduslik arutelu selle üle, kas mikroorganismidele võiksid eluks sobida atmosfääri kõrgemad kihid, kus temperatuur läheneb Maa omale. Briti mikrobioloog Charles Cockell on neid probleeme käsitlenud 1999. aasta uuringus. Ta järeldas, et kuigi temperatuur on Veenuse atmosfääri ülemises osas sobiv ja veemolekulid saadaval, osutub happelisus ja ainevahetuse reguleerimine sealsetes tingimustes elu arengule suureks takistuseks. Kui need õnnestuks ületada, võiks atmosfääris leiduda teatud tüüpi ainevahetusega mikroorganismidele sobiv nišš.
Fosfaan Veenusel: tõend elu kohta?
14. septembril 2020 andsid astronoomid eesotsas Cardiffi ülikooli professori Jane Greavesiga teada, et on leidnud Veenuse atmosfäärist fosfaanimolekuli spektraalse sõrmejälje.
/nginx/o/2021/02/14/13629361t1h614e.jpg)
Esmapilgul on atmosfääri- ja geokeemia seisukohast ootamatu, et Veenuse oksüdeeritud atmosfääris ja mõnesaja kraadini küündivatel temperatuuridel võib leiduda suur kogus redutseeritud fosforit. Hiljutises väga põhjalikus artiklis analüüsis William Bains koos kolleegidega teadaolevaid atmosfääri-, geo- ja fotokeemilisi protsesse ega leidnud nende hulgast ühtki viisi, mil moel võiks PH3 kogus Veenuse atmosfääris tõusta vaadeldud tasemeni. Kusjuures analüüsitud protsessidega saavutatud PH3 kogus oli mitu suurusjärku liiga väike. Seda artiklit eelretsenseeritakse praegu väljaandes Astrobiology.
Planeedil Maa on peamised fosfaaniallikad seotud elusorganismidega, eelkõige inimtsivilisatsiooni keemiatööstusega ja mikroorganismide elutegevusega hapnikuvaestes keskkondades. Sellest lähtudes ilmus astrobioloogia vallas tegutseva kvantkeemiku Clara Sousa-Silva juhitud töörühmal 2019. aastal uurimistöö, kus Maa-laadse planeedi atmosfääris leiduvat fosfaani käsitati kui biomarkerit ehk elutegevuse märki. Ehkki selles uurimuses on peetud silmas eeskätt elu otsinguid eksoplaneetidel, andis see lisatõuke otsida fosfaani ka Veenuselt. Just seetõttu pälviski Jane Greavesi avastus eriti suurt tähelepanu ning, nagu edasi lugedes teada saame, ka omajagu kriitikat.
/nginx/o/2021/02/14/13629363t1ha476.jpg)
Vaatlusandmete «agressiivne» puhastamine
Esimesed märgid fosfaanist leidis Greavesi töörühm 2017. aastal James Clerk Maxwelli teleskoobiga (JCMT) hangitud spektris. Lainepikkusel 1,123 millimeetrit asuv PH3 pöördeolekute üleminek õnnestus kätte saada pärast keerukat andmeanalüüsi, millega vähendati instrumentaalse müra rolli, mudeldades seda kõrge, kaheksanda järguga polünoomina. Kuna signaal oli endiselt nõrk, taotleti uusi vaatlusi.
Uued andmed saabusid 2019. aastal Tšiilis Atacama kõrbes asuvalt millimeeterlaineala interferomeetrilt ALMA. Taas oli signaali mürast välja meelitamiseks tarvis spektrilt maha lahutada kõrge järguga polünoom (sedakorda koguni kaheteiskümnenda järgu funktsioon), misjärel ilmus varem JCMT andmetest leitud PH3 joon nähtavale ka ALMA vaatlustes. Millimeeterlaineala vaatluste puhul on ebatavaline puhastada andmeid nii kõrge järguga polünoomide abil, tekib oht andmeid n-ö üle fittida ning kunstlikult vähendada müra huvipakkuva spektrilõigu ümber. Seejärel võib müra jätta olulise signaali mulje.
Niisiis oli ohtlikult «agressiivne» andmetöötlus kesksel kohal nii JCMT kui ka ALMA-ga püütud signaali võimendamisel, kuid kahe eraldiseisva instrumendiga leitud sarnane signaal veenis autoreid ja anonüümseid retsensente, et töö väärib publitseerimist mõjukas erialaajakirjas Nature Astronomy.
Teadlased tutvustasid oma avastust ettevaatlikult, hoidudes ennatlikust järeldusest, et suur fosfaanikogus Veenusel on tingimata esimene tõend maavälise elu kohta. Ent loomulikult kajastati ajakirjanduses ja sotsiaalmeedias just seda võimalust kõige elavamalt. Samas teeb rõõmu, et pealkirjad, nagu «Kas Veenusel on elu? Teadlased leidsid planeedi atmosfäärist sellele viitava ühendi» (Delfi Forte, 14.09.2020) või «Possible sign of life on Venus stirs up heated debatte» («Võimalik elumärk Veenusel tekitab tuliseid vaidlusi»; National Geographic, 14.09.2020), olid üpris tasakaalukad ega kiirustanud sensatsiooni jahtides rääkima Veenusel asuvatest tulnukatest.
Vulkaanidest pärit fosfaan
Üks fosfaani allikaid, mis pole seotud elusorganismidega, on vulkanism. Selle hüpoteesi järgi võib Veenuse vahevöös olla mõningane kogus fosfiide, mida vulkaanid paiskavad atmosfääri, kus need ühendid reageerivad väävelhappe või veega. Selle ahela ühe tulemina tekiks fosfaan. Ent esialgu pole tõendeid piisava fosfiidikoguse kohta Veenuse vahevöös. Samuti ei teki kirjeldatud protsessi mudeldamisel fosfaani küllaldases koguses, et selgitada Greavesi tulemusi. Küll aga on meie sõsarplaneeti uurinud Euroopa sondilt Venus Express tehtud mõõtmised viimastel aastatel elavdanud arutelu nähtava vulkaanilise tegevuse üle Veenusel.
Õli valas tulle ka California polütehnilise ülikooli teadlane Rakesh Mogul, kes heitis värske pilgu 1978. aasta kosmosesondi Pioneer Venus andmetele. Ta leidis, et atmosfääri läbinud mass-spektromeetri näidud, millelt tuvastati ioniseeritud fosfor, olid kooskõlas fosfaani olemasoluga. Veelgi enam, Mogul väitis, et Pioneer Venuse mass-spektrid viitavad lämmastiku bioloogilises tsüklis osalevatele molekulidele Veenusel.
Greavesi töörühma arvutatud fosfaanikogust (u 20 miljardikku ehk 20 osakest miljardist) aluseks võttes on juba püütud maises biosfääris tuntud protsesside põhjal hinnata ka suure PH3-kontsentratsiooni saavutamiseks vajalikku elusaine massi Veenusel. Retsenseerimata kujul eeltrükiarhiivi arXiv üles pandud uurimistöös väidavad Harvardi ülikooli teadlased Manasvi Lingam ja Avi Loeb, et vaadeldud fosfaanikoguse saamiseks piisaks, kui Veenuse atmosfääris oleks biosfääri masstihedus väiksem kui Maal. Seda muidugi eeldusel, et Veenusel fosfaani tootvad mikroorganismid sarnanevad biokeemiliselt meie koduplaneedi omadega.
Kriitika: kas avastus on tõeline?
Kuna Greavesi rühma väidetava Veenuse fosfaanileiu tähendus oleks väga suur, asusid astronoomid ja planeediteadlased üle maailma selle vettpidavust viimase pisiasjani üle kontrollima. Kaks peamist siiani kerkinud küsimärki puudutavad andmetöötluse metoodikat ning sõltumatute andmete põhjal saadud vastuolulisi tulemusi.
Leideni ülikooli astronoomid Ignas Snellen ja Michiel Hogerheijde, kes on eksoplaneetide atmosfääride uurimise ja ALMA eksperdid, kordasid Greavesi rühma andmetöötlust, kuid ilma eelduseta, et otsitava spektrijoone asukoht spektris on teada. Nad leidsid, et seda meetodit valesti rakendades võib mürast signaale esile manada, seega võib PH3 spektrijoon olla liialt usina andmetöötluse loodud miraaž. Võimalikele probleemidele andmete kvaliteedi ja töötlusega on viidanud veel kaks sõltumatut teadusrühma. Vaidlus areneb säärase tempoga, et ka nende analüüsid on internetis avaldatud ilma teadusmaailmas usalduse templina kehtiva eelretsensioonita, seega võib puudujääke ilmneda nii tööde selguses kui ka tehnilises korrektsuses.
Teine näiline kirstunael löödi Greavesi rühma avastusse täiesti teistsuguste seadmetega tehtud uurimistööga. Ameerika Ühendriikide kosmoseagentuuri NASA spektrograafiga TEXES ja Euroopa kosmoseagentuuri sondil Venus Express asunud instrumendiga SOIR vaadeldi kesk- ja lähiinfrapunakiirgust (vastavalt 4,5–25 ja 2,2–4,3 mikromeetrit).
Aparaadid pakuvad niisiis ligipääsu teistsugustele spektrijoontele kui JCMT ja ALMA, mille ampluaa on pigem kauginfrapuna- ja raadiokiirgus. Pierre Encrenaz arvutas TEXES-i andmete põhjal koos kaasautoritega PH3-koguse ülempiiri Veenuse atmosfääris. See osutus JCMT ja ALMA andmetest välja kaevatud signaalist neli korda väiksemaks. Veelgi suurem probleem kerkis belglase Loic Trompet’ juhitud Venus Expressi andmete analüüsi järgi: fosfaani ei leitud, selle sisalduse ülempiir on koguni sada korda väiksem kui Jane Greavesi rühma leitud väidetav 20-miljardikuline kontsentratsioon.
Veenuse fosfaanileiu autorid on vahepeal avaldanud veel kaks artiklit, milles lükkavad hoolikama analüüsi abil ümber mõned andmete töötlemise kohta tõstatatud küsimused ning selgitavad põhjalikult, miks nad ei näe probleemi ka fosfaani spektrijoonega kattuvas vääveldioksiidi joones.
Niisugune teaduslik pingpong võib tekitada tänapäeva «tõejärgses» ühiskonnas mulje, et kõik on vaieldav, ja tõstatada küsimuse, kas isegi teaduses pole midagi kindlat. Tegelikult on tegemist suurepärase näitega teadusliku protsessi toimimise kohta: kaalutakse erisuguseid andmeid ja väiteid, analüüsitakse kriitiliselt üksteise töid, ajapikku aga selgub tõeliselt usaldusväärne teadmine ehk teaduslik tõde.
Edasi – tagasi Veenusele!
Selleks et selgitada täpsemalt välja Veenuse atmosfääri koostis ja võimalikud elumärgid, ei saa üle ega ümber vajadusest uute sondide ja orbitaaljaamade järele. NASA kaalub praegu kahte võimalikku projekti: DAVINCI+ ja VERITAS. Neist esimene on orbiiter, mis heidaks Veenuse atmosfääri kerakujulise sondi. Sond määraks Veenuse pinnale langedes üksikasjalikult gaaside koostise. Teine aparaat on puhtalt orbitaaljaam. Mõlemad kuuluvad nelja kandidaadi hulka, mida NASA vaeb praegu järgmise Discovery-kategooria projektikonkursil.
Arvestades 2020. aasta viimastel kuudel üles kerkinud suurt teaduslikku ja avalikku huvi Veenuse atmosfääri uurimise vastu, näib tõenäoline, et valituks osutub DAVINCI+. Reaalsus selgub 2021. aasta lõpuks. Varem on Discovery egiidi all tööle seatud näiteks revolutsiooniline eksoplaneetide avastamise kosmoseteleskoop Kepler.
Tulevikumuusika valda kuuluvatest Veenuse uurimise projektidest on kindlasti üks põnevamaid kulguri prototüüp AREE (Automaton Rover for Extreme Environments ehk vabas tõlkes automaatkulgur ekstreemsete keskkondade jaoks), mille põhiline arendaja on Jonathan Saunder NASA allasutuses Jet Propulsion Laboratory. AREE projekt kuulub n-ö analoogtehnoloogia valdkonda, selle keskne idee on vähendada vajadust keerukate mootorite, akude ja digitaalelektroonika järele, mis Veenuse tohutus kuumuses ja happelises atmosfääris kergesti hävinevad.
Selle asemel sarnaneb AREE idee pigem Hollandi kunstniku Theo Janseni Strandbeest’ide põhimõttega, mille järgi kasutatakse mootorita edasiliikumiseks tuult ja gravitatsiooni. Säärast tüüpi kulguritest on juba valminud prototüübid, mida NASA toel katsetatakse Veenuse tingimusi imiteerivates laborites.
/nginx/o/2021/02/14/13629364t1h8a91.jpg)
Ehkki Veenusel vaadeldud PH3 spektrijoone kohta ei ole praegu rahuldavat selgitust ning eri andmed viitavad eri järeldustele, ootab meid ühel või teisel viisil vähemalt üks avastus. Olgu see siis andmetöötluse nüansside, geo- ja atmosfäärikeemia või koguni esimese maavälise biosfääri kohta.
Mihkel Kama (1984) on astrofüüsik, Tartu observatooriumi tähefüüsika kaasprofessor ja Londoni ülikooli kolledži lektor. Teda huvitab elu teke ja levik universumis, uurinud planeetide keemilise koostise lähteid planeeditekke keskkondades ning astrofüüsikalise tolmu mikrofüüsikat.
/nginx/o/2021/02/14/13629368t1hf027.jpg)
Artikkel ilmus jaanuari-veebruari Horisondis.