Mit Hilfe der Kunst wird die extrasolare Theorie des Lebens verstärkt

Edward Belbruno ist Mathematiker und Künstler. Seine Bilder befinden sich in großen Sammlungen und werden überall in den Vereinigten Staaten ausgestellt, und er konsultiert regelmäßig die NASA von seiner Position als Kosmologieforscher an der Princeton University. Er ist auch Autor von "Flieg mich zum Mond"(Princeton University Press, 2007). Belbruno trug diesen Artikel bei ProfoundSpace.org Experten-Stimmen: Op-Ed & Insights.

Eine der größten Fragen in der Wissenschaft ist: "Wie ist das Leben auf der Erde entstanden?" Es gibt viele Theorien, aber in den letzten zehn Jahren wurde ich besonders von einem inspiriert: der Lithopanspermie-Hypothese.

Litho, von den griechischen Lithos für Stein und Panspermia vom Griechen für "alle Samen", die Hypothese schlägt vor, dass das Leben auf der Erde vor mehr als 4 Milliarde Jahren begann, während der Planet unter ständiger Bombardierung von den felsigen Trümmern des frühen Sonnensystems war . Aber das waren nicht irgendwelche Steine: Sie enthielten biogenes Material, die organischen Moleküle, die notwendig sind, um die Bausteine ​​des Lebens zu bilden. [Süss! Deep-Space-Zucker können Hinweise auf die Ursprünge des Lebens enthüllen

Die Hypothese besagt, dass Gesteine, die das Erdenleben säen, von Planetensystemen außerhalb unserer eigenen Planeten kamen, die die jungen Sonnen umkreisten, die den Raum mit unseren eigenen teilen, in einem jetzt zerstreuten "Geburtscluster" aus Tausenden von Sternen. Untersuchungen von F. Adams und G. Laughlin im Jahr 2001 implizieren, dass die Sterne in solchen Clustern ein locker gebundenes Aggregat bilden, wobei sich jedes Sonnensystem relativ langsam zu seinen Nachbarn bewegt (etwa 1 Kilometer pro Sekunde). Gesteine ​​- genauer gesagt, Planetesimale - können sich durch Kollisionen und andere Ereignisse lösen, indem sie aus einem bestimmten Planetensystem in den Raum zwischen den Sternhaufen des Clusters fliegen und schließlich von einem anderen Stern des Clusters gefangen werden. Sobald das Planetesimale in seinem neuen Sonnensystem angekommen war, wurde es in einen der Planeten in der Umlaufbahn gezogen, wobei sein Inhalt zusammenbrach und frei wurde - einschließlich jeglichem biogenen Material. Wenn dies auf der frühen Erde geschah, vielleicht in irgendeinem warmen Wasser in einem ursprünglichen See oder Ozean, könnten diese verstreuten Moleküle schließlich zur Bildung des Lebens unseres Planeten geführt haben.

Ich wurde 2004 von dem Astrophysiker der Universität Princeton, David Spergel, zur Lithopanspermia-Hypothese eingeführt und war sofort fasziniert. Es gibt jedoch zwei Lücken in der Hypothese. Der erste fragt, wie das Leben aus dem biogenen Material entstehen könnte, ein Thema, das ich anderen gelassen habe - denn um dieses Problem zu lösen, müssen die Felsen zuerst auf der Erde ankommen. Das ist die zweite Lücke in der Hypothese: das Transportproblem.

Was ist der dynamische Mechanismus, der es einem Stein erlauben würde, aus einem Planetensystem herausgeschleudert zu werden und von einem anderen Stern und letztlich einem seiner Planeten gefangen zu werden? Frühere Arbeiten von H. Jay Melosh deuteten darauf hin, dass es eine Wahrscheinlichkeit von nahezu null für die Gravitations- einfangung eines Gesteins von einem Sternsystem durch ein anderes innerhalb eines geteilten Geburtsclusters gibt. Da die Wahrscheinlichkeit der Erfassung durch einen Stern nahe Null wäre, wäre die Wahrscheinlichkeit, auf einem Planeten zu kollabieren, ebenfalls extrem gering. Die Forscher erzielten dieses Ergebnis, weil sie eine hohe Abwurfgeschwindigkeit vom ursprünglichen Planetensystem des Gesteins annahmen: ungefähr 8 Kilometer pro Sekunde. Bei solch hohen Geschwindigkeiten würde ein Stein schnell von irgendwelchen nahen Sternen fliegen und viel zu schnell reisen, um gefangen zu werden.

Es schien mir jedoch und auch für Spergel klar, dass wenn die Ausstoßgeschwindigkeit viel langsamer ist, die Aufnahme bei einem anderen Stern möglich ist. Aus meinen früheren Arbeiten zu einem solchen Prozess, der ballistischen sEin geringer Ausstoß führt zu einer langsamen Aufnahme. Ballistic Capture ist eine Art von Capture, bei der ein Objekt an einem Stern gravitativ gebunden wird und sich in eine Umlaufbahn um es bewegt, die nur durch die Anziehungskraft der Sterne und keine anderen Kräfte erreicht wird. Ich untersuchte die ballistische Erfassung für den Einsatz mit Mond-Raumfahrzeugen, wo das Schiff in die Umlaufbahn des Mondes gebracht wird, ohne Treibstoff zu verbrauchen - das Schiff verlässt sich nur auf die Anziehungskraft seines Ziels.

Als ich vor einem Jahrzehnt die Lithopanspermie studierte, schien es klar zu sein, dass die Lösung des Transportproblems darin bestand, ballistische Capture-Trajektorien vom Ursprungsstern eines Gesteins bis zu seinem Ziel - der Sonne der Erde - zu finden.

Um zu verstehen, wie man sich dem Problem annähert, wandte ich mich der Kunst zu. Ich male im abstrakten expressionistischen Stil, wo die Pinselstriche nicht bewusst, sondern bewusstlos angewendet werden. Das Unbewusste hat Zugang zu viel mehr Informationen als das Bewusstsein: Wenn Sie darauf zugreifen können, können Sie Einblicke gewinnen, die sonst nicht möglich wären. [Die kosmische Kunst von Edward Belbruno (Galerie)]

In meinem Raumfahrzeug zur ballistischen Erfassung fand mein Unterbewusstsein tatsächlich innerhalb von Pinselstrichen die benötigte Flugbahn zum Mond. Im Lithopanspermie-Problem werden Routen zwischen Sternen gesucht. Also habe ich 2010 eine Reihe von Bildern zu diesem Problem gemacht. Sie sollten keinen bestimmten Weg finden, sondern mir helfen, meine Gedanken zu visualisieren und zu ordnen. Dies gab mir ein intuitiveres Gefühl für das Problem, das ich auf keine andere Weise hätte erreichen können. Die Bilder zeigten alle Verbindungen zwischen sternartigen Objekten, da ballistische Erfassungstrajektorien erscheinen könnten, wenn sie sich physisch abstrakt vorstellen.

Aus den Gemälden wurde mir klar, dass die Flugbahn der Ballistik zwischen den Sternen ziemlich direkt war und keine ungewöhnliche Dynamik zeigte. Auch zeigten die Bilder, dass sie zwischen Sternen ziemlich nahe beieinander vorkamen. Dies sagte mir, dass es sehr wahrscheinlich war, Hoffnung zu geben, sie zu finden.

Nach acht Jahren Arbeit mit Amaya Moro-Martin vom Space Telescope Science Institute, Renu Malhotra von der University of Arizona und Dmitry Savransky von den USA.Los Alamos National Laboratories des Department of Energy hatten wir das Problem gelöst. Wir haben gezeigt, dass mit der ballistischen Erfassung die Wahrscheinlichkeit, dass ein Stern einen Stein von einem anderen in einem Geburtscluster fängt, nicht nahe bei Null liegt - tatsächlich haben wir die Wahrscheinlichkeit um viele Größenordnungen verbessert.

Wenn die Fluchtgeschwindigkeit des Felsens nicht 8 Kilometer pro Sekunde beträgt, sondern 50 Meter pro Sekunde - wie es natürlich der Fall wäre, würde beispielsweise ein Komet aus der Oort-Wolke nach Jupiter fliegen und in Richtung Sonne fallen. Jupiters Gravitation würde es wieder hinausschleudern, aber mit ein wenig mehr Geschwindigkeit hinter die Oort-Wolke fliegen. Es würde dann mit einer kleinen zusätzlichen Geschwindigkeit in der Größenordnung von 50 Metern pro Sekunde entkommen - dann leckt der Stein nur langsam aus der Nähe seines Elternsterns und schlängelt sich chaotisch innerhalb des offenen Sternhaufens. Der Fels bewegt sich so langsam, dass er, wenn er innerhalb der Schwerkraft eines nahen Sterns vorbeifährt, leicht gefangen werden könnte. [Amazing Comet Fotos von 2013 von Stargazers]

Wir haben Millionen solcher Trajektorien simuliert, und genau das ist passiert. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Wahrscheinlichkeit, dass ein Stein nach der Sonneneinstrahlung auf einen erdähnlichen Planeten stürzt, nahezu sicher ist, wenn man bedenkt, dass die Anzahl der in das Sonnensystem eingezogenen Gesteine ​​in der Größenordnung von 10.000.000.000.000.000 liegt.

Das ist vergleichbar mit der Wahrscheinlichkeit, dass ein einzelner Stein bei der Forschung von Melosh in ein solches Modell-Sonnensystem eintritt. Von der großen Anzahl an Gesteinen, die wir in ein Sonnensystem einschätzen, gehen wir davon aus, dass etwa 10.000.000.000 davon auf einen erdähnlichen Planeten abstürzen würden.

Wir veröffentlichten die Ergebnisse im Jahr 2012 in der Zeitschrift "Astrobiologie" und die Arbeit erschien schließlich im "Time Magazine", mit einer Cover-Erwähnung, im Oktober desselben Jahres.

Unsere Ergebnisse stimmen mit den geologischen Belegen für die Entstehung von Leben überein. Viele Millionen von Jahren vergehen zwischen der Zeit, in der ein Stein von einem Stern ausgestoßen wird, und seiner späteren Eroberung durch einen anderen. Aber diese Zeit ist weniger als für einen offenen Sternhaufen erforderlich ist, um sich so zu verteilen, dass eine Übertragung von Gestein nicht mehr möglich ist.

Die gleichen Zeitskalen passen in die Hypothese für die Bildung von Wasser auf der Erde, so dass es wahrscheinlich ist, dass die Oberfläche des Planeten eine gute Umgebung für jedes biogene Material beherbergt, um komplexere Moleküle zu bilden. Und geologische Beweise zeigen, dass das bakterielle Leben nicht allzu lange nach dieser Zeit entstand: vor etwa 3,85 Milliarden Jahren.

Hinweis: Treffen Sie Belruno am 22. Oktober in New York in einer ProfoundSpace.org Galerie, die seine Arbeit hervorhebt. Belbrunos Kunst ist exklusiv im ProfoundSpace.org Store erhältlich.