Beräknad flöde av stenar som bär livskraftiga livsformer som utbyts mellan Jorden och Mars (Transpermia)

Original: http://users.tpg.com.au/users/horsts/transpermia.html

av Michael Paine, De Planetary Society australiska Volunteers, mpaineATtpgi.com.au

Astrobiology Workshop, Macquarie University, Australien juli 2001

Introduktion

En möjlig mekanism för överföring av livet mellan planeter är via stenar kastas ut genom större asteroid eller komet konsekvenser. Termen “transpermia” myntades av Oliver Morton att beskriva överföringen av livsformer genom denna metod och för att skilja den från den mer allmänna begreppet Panspermia. Davies (1998a-c) diskuterar flera möjligheter till transpermia inklusive hypotetiska Mars-livet når jorden; Jord-livet når Mars, jordens måne och månar i yttre solsystemet och interstellära överföringar via meteoriter. Melosh (1994) beskriver de mekanismer genom vilka sådana överföringar kan ske. Mileikowsky m.fl. (2000) bygger på Melosh arbete och ge uppskattningar av överföringshastigheter mellan Mars och Jorden under de senaste 500 miljoner åren.

Överföringsmekanismen

Analysen av Mileikowsky anser utstötningen av ytan stenar från Mars under påverkan av stora asteroider, andelen utkastade stenar som når flykthastigheten av planeten och gå in i omloppsbana runt solen och andelen (de uppskattar ca 5%) som så småningom kollidera med jorden och nå sin yta.

Mileikowsky s Tabell 2 ger beräkningar för ett scenario. De väljer villkor som optimerar chanserna för livsformer som överlever resan. Dessa “gäst” betingelser är:

Radie utkastade sten är mellan 0,67 och 1 meter (främst för att ge skydd mot strålning i rymden). [not 1]
Kärntemperaturen i berget under utstötning eller återinträde inte överstiga 100 K (två av dussin eller så Martian meteoriter som hittats på jorden uppfylla detta kriterium)
Restiden mellan planeter var 100.000 år eller mindre

Dessa kriterier kommer sannolikt att vara mycket konservativ och därmed bidra till att sätta en undre gräns för utbyte av gäst stenar mellan Mars och Jorden.

Enligt detta scenario mängden “gästvänliga” ejecta nå jorden från Mars genomsnitt ut på 150 kg per år. Detta motsvarar ungefär 15% av den totala beräknade mängden Martian material faller till jorden varje år. [not 2]

Det finns en fälla i väger genomsnittliga (årliga) värden eftersom överföringen av stenar förekommer i spikar. Det antas att påverkan från asteroider 1km i diameter eller större behövs för att lansera utdrivningar i interplanetariska flygning. Sådana effekter producerar kratrar 20km eller mer i diameter. De förekommer på Mars och Jorden (mark endast effekter) över typiska tidsramar från ett till tio miljoner år.

Per definition endast livskraftiga överföringar ske inom 100000 år av påverkan så det är långa perioder mellan effekter när Mars stenar som faller till jorden har vistats i rymden för länge och eventuella lifta mikrober antas ha dött. Det verkar inte ha varit stora effekter på Mars (eller jorden för den delen) under de senaste 100.000 åren så det är osannolikt att “gästvänliga” Mars stenar når jorden i dag, eller vice versa. [Not 3]

överlevnaden

Troliga överlevnad av eventuella levande mikroorganismer inom klipporna påverkas av många faror under resan. Mileikowsky uppskattar att 7% av de mikroorganismer kommer att överleva. Detta baseras dels på en rad tester som involverar (jordiska) B. subtilis bakterier som ingår skytte exemplar ur en kanon (Mastrapa 2000). Återigen kan detta vara konservativ eftersom det sannolikt är tuffare mikroorganismer på jorden (Davies 1998b).

Den långsiktiga genomsnittliga överföringshastighet på 150kg av gäst stenar per år, med 7% av inhemska mikrober överlevande (om någon var närvarande i klipporna vid tidpunkten för lanseringen), motsvarar en serie rymduppdrag som återvänder prover av ca 10 kg av Martian stenar varje år under skyddade förhållanden som är gynnsamma för överlevnaden av något liv inom klipporna.

Naturligtvis finns det ingen fast bevis för liv på Mars i detta skede så ovanstående siffror är spekulativa. Detsamma kan inte sägas om det omvända – överföring av Earth-livet till Mars.

Jordeliv nå Mars

Det finns skillnader mellan Jorden och Mars men antalet gäst stenar når Mars från jorden liknar den som anses ovan. Därför bygger på Mileikowsky s konservativa uppskattningar, cirka 150 kg av gäst Earth bergarter nå Mars varje år, i genomsnitt, och kan förväntas cirka 7% av lifta mikrober att överleva resan.

Koloniseringen av dagens Mars av dessa mikrober verkar vara formidabel. De mikrober skulle tendera att bli instängd i fragment av den ursprungliga stenen spridda över den torra, kalla Mars yta. Under dessa förhållanden skulle de förmodligen förbli vilande efter en frysning resa genom rymden. Faktiskt lite frusen, vilande Earth-livet kan hittas av geologer när de så småningom utforska Mars och hitta Jord meteoriter på ytan.

Om några lifta mikrober hade turen att landa i en varm fuktig fläck på Mars sedan chanserna för kolonisering kan förväntas bli mycket högre. Förhållandena var förmodligen mer gynnsamma för sådan kolonisation på antika Mars, när vulkaner var aktiva och planeten ansågs vara varmare och blötare.

Bortom Mars

Även risken för “gästvänliga” rock överföringar är betydligt mindre, kan samma mekanismer har levererat mikrob bärande Earth stenar till Jupiters måne Europa (SETI Institute post). Man tror att Europa har en tjock vatten hav täckt av en isskorpa. Därför, om ett liv bärande jorden sten nådde ytan Europa intakt hindren för kolonisering kan vara mindre än de på dagens Mars. En stor svårighet är dock att det saknas en atmosfär på Europa. Kollisioner med isiga skorpan vanligtvis skulle ske vid inter hastigheter och påverkar berget kan förväntas bli förångas i en inverkan explosion. [not 4]

Ungefär en femtedel av de utkastade stenar återgår så småningom till planet från vilka de lanserades. Davies (1998a) påpekar möjligheten att mikrober i dessa stenar kan reseed en planet efter dess biosfär hade steriliserats med enorma konsekvenser. Detta är en möjlig mekanism för livet blir återupprättas på jorden efter Late Heavy Bombardmant (Bortman 2000- notera att Bortman inte anser denna mekanism i sin rapport).

Melosh uppskattade nyligen att, under den tid jorden, kanske ett tiotal Earth stenar har gjort det till planeter i närliggande stjärnsystem (Melosh 2001 Hecht 2001). Med restider miljoner år chanserna för eventuella livskraftiga livsformer som når en jordliknande planet genom denna mekanism verkar vara extremt smal [not 5]. Som framgår av Davies (1998a) kan detta inte förväntas vara en mekanism genom vilken livet stor spridning över hela galaxen.

Referenser

Bortman H. (2000) “Livet Under Beskjutning”, NASA Astrobiology Institute, november 2000. http://nai.arc.nasa.gov/index.cfm?page=lifebombard

Davies P. (1998a) “De Fifth Miracle: Sökandet efter ursprung och meningen med livet”, Penguin Press.

Davies P. (1998b) “Planet infestationer”, Sky & Telescope, september 1999.

Davies P. (1998c) “Survivors från Mars”, New Scientist den 12 september 1998.

Hecht J. (2001) “Galactic Liftarens”, New Scientist den 14 mars 2001.

Hills J.G. (1981) “Comet Duschar och Steady infall av komet från Oorts moln”, De Astronomical Journal, Vol.86, nr 11 1730-1740. November 1981.

Mastrapa, R. M. E .; Glanzberg, H .; Head, J. N .; Melosh, H. J .; Nicholson, WL (2000) “Överlevnad av Bacillus subtilis sporer och Deinococcus radiodurans celler exponerade för Extreme Acceleration och Stöt Predicted Under Planetary Utmatning”, 31st Annual Lunar och Planetary Science Conference, abstract nr. 2045

Mileikowsky C., Cucinotta FA, Wilson JW, Gladman B., Horneck G., Lindegren L., Melosh HJ, Rickman H., Valtonen M. och Zheng JQ (200) “Risker hotar livskraftig överföring av mikrober mellan kroppar i vårt solsystem”, Planetary and Space Science 48 (2000) 1107-1115.

Melosh HJ (1994) “Byta Rocks: Utbyte av Surface Material Bland Planets”, Planet Rapport, De Planetary Society, juli 1994.

Melosh HJ (2001) “Utbyte av Meteoritic material mellan Stellar Systems, 32: a årliga Lunar och Planetary Science Conference, abstrakt no.2022.

Stål D. (1995) “skurk Asteroids och Doomsday komet ‘, John Wiley & Sons.

För mer information och bostäder

http://www4.tpg.com.au/users/tps-seti/swaprock.html

Anmärkningar

1. Stenar i storleksområdet av intresse har en genomsnittlig massa av 7 ton men de tenderar att fragmentet under återinträdet så att mindre bitar når oftast yta destinations planeten.

2. Uppskattningen av 150kg baseras på Mileikowsky uppskattning att 7.9×1013 gram överförs över 500 miljoner år. Melosh (2001) hänvisar till beräkningar som tyder på att det för närvarande ca 500kg av Martian stenar större än 100mm faller till jorden varje år. Medelvärde över miljontals år, skulle värdet vara högre – kanske ett ton per år – så “gästvänliga” stenar utgör ungefär 15%. Två tredjedelar av dessa fall i haven. Stål (1995) visar att det för närvarande, ca 40.000 ton utomjordiskt material kolliderar med jorden varje år men när effekterna av större konsekvenser beaktas i genomsnitt över långa perioder blir 160.000 ton per år. Den beräknade Mars flux är därför en mycket liten del av allt material kollidera med jorden.

3. Man har uppskattat att den genomsnittliga transittiden mellan Mars och Jorden är ungefär en miljon år, men fördelningen är skev till kortare transittider.

4. Även om mycket tunt jämfört med jorden, är Mars atmosfär tät nog att bromsa meteoriter tillräckligt så att de inte exploderar vid nedslaget i ytan. Som med Europa, visas en brist på atmosfär också att göra det osannolikt att jorden-livet skulle kolonisera månen genom transpermia.

5. Det har uppskattats att varje 100 miljoner år eller så en annan stjärnsystem passerar inom 3000 AU i solen – väl inom Oorts moln (Hills 1981). Jag har föreslagit att sådana nära tillvägagångssätt kan öka chanserna för transpermia mellan planetsystem. Även om detta inte skulle göra skillnad för den övergripande statistiken beräknade av Melosh (dvs bara några tiotal stenar skulle nå extra sol planeter under den tid jorden) transittider kan minskas genom denna mekanism så att överlevnaden kanske vara något bättre. Jag föreslog också att nära synsätt från stjärnor kan öka graden av bombardemang av jorden från kometer störda från Oorts moln av passerande stjärnan. Detta kan möjligen öka transpermia lanseringstakten. Men i personlig korrespondens Melosh påpekar att nära synsätt av de andra stjärnsystem normalt skulle pågå högst 10.000 år men infall av kometer från Oorts moln skulle ta hundratusentals år. Också utstötning av stenar från vårt solsystem, oftast genom möten med Jupiter, tar normalt tiotals miljoner år så planetsystemet “kommer vara långt borta innan skörden av den ökade kratrar hastigheten kan skördas”.