외계행성과 생명 Extraterrestrial Planets and Life 026.017 2008 년 1학기 교수 : 이 상 각 25-1동, 413호 : 880-6627 sanggak@astrosp.snu.ac.kr 조교 : 신영우 25-1동, 406호 : ywshin@astro.snu.ac.kr

외계행성과 생명 강의 14(05/08) 태양계 내 생명-2

태양계 내의 생명? change our estimates of ne or even fl.

태양계 내의 생명-2 비록 HZ 에 포함되지 안았으나 Jupiter(외행성 대표), Io, Europa, and Titan 에 대해 알아보자

Earth – Jupiter comparison Biggest and most massive planet, has the largest gravity, has the largest number of moons (>61), yet has the shortest day in Solar System. Radiates more energy than it absorbs. Radius 11.2 Earth Cloud-top gravity 2.54 Earth Mass 318 Earth (more than 2.5 times the rest combined) Distance from Sun 5.20 AU Year 11.88 Earth years Solar day 9 hours 55 minutes Causes a bulge at the equator. The big

목성대기 20,000 km 두께의 가스, 300만 대기압 ! 내부 에너지원- 대기 밑으로 온도 증가, . 상층대기는 암모니아 얼음과 메탄 등 가스의 얼음 . 거대한 폭풍 구름 (대적반).

목성 대기 환경 Miller-Urey 실험 환경과 유사. red bands 와 spots - biological molecules. 160 – 300 도 K : 아미노산과 적색 중합체 생성 그러나 자외선 photochemistry 로는 어렵고 광학(optical) photochemistry(광합성 같이) 로 생성 Icy ammonia (light blue) discovered by Galileo

목성의 대적반 300 년전 부터 발견! 25,000 km 크기 (지구 2배)의 폭풍구름 Voyager 1 image Cassini images

부류 생명체 Carl Sagan 과 Edwin Salpeter : 목성 구름에 생명체 . 목성구름에 유기물에서 생성 그러나 밑으로 내려가면 온도와 압력으로 파괴되므로 . 바다의 플랑크톤 같은 “sinkers”. 처음에는 작은 (0.1 cm) 것에서 자라, “splitting-up” 되어 다시 대기위로 올라가며.

부류 생명체 Floater 로 돌아다니며. “floaters”– large hydrogen balloon-like life 로 목성 대기를 “swim” 이들은 1 to 2 km 의 크기까지 된다. . 그러나 . 이런 생명체는 존재를 검출할 방법이 없다. . Science fiction from scientists really. http://www.firaxis.com/smac/nativelife.cfm

The Galileo Spacecraft (1989 – 2003) First atmospheric probe How the main antenna should have looked

탐사선 - 목성대기 진입 탐사선 대기 진입 후 57 분간 유지 . 탐사선 대기 진입 후 57 분간 유지 . 엄청난 교란(turbulence), 과 강풍(strong winds :330 mph), 예상 밖의 아주 적은 물 어름 과 번개 예상 밖의 적은 혤륨과 다른 원소들 . 특히 구름이 적은 지역으로 진입?. 적은 물, 적은 번개  생명체 가능성 희박

갈릴레오 위성들 유로파 : 가장 생명 존재 가능성이 크다. . 개니메데, 칼리스토 : 다음 순서

이오 (Io) 태양계내에서 가장 화산폭발이 심한 천체 표면에 황/이산화 황과 실리케이트 용암의 흐름 가장 근접한 갈릴레오 달 – “pizza moon” 태양계내에서 가장 화산폭발이 심한 천체 표면에 황/이산화 황과 실리케이트 용암의 흐름 Voyager 1 이 화산 현상 관측 목성 기조력에 의한 내부 뒤틀림 목성의 자기장에 의해 대기가스는 주변의 – ion torus 로 Pillan Patera eruption Before & after

유로파(Europa) 5 km 두께의 어름 껍질. 강한 자기장 ;생명을 보호 역활. 달 보다 약간 작은 크기 알비도 0.7 (개니메드 0.45, 칼리스토 0.2) 5 km 두께의 어름 껍질. 강한 자기장 ;생명을 보호 역활. 껍질 밑에 50 km 깊이의 액체 물 – 목성의 기조력 때문에 액체 상태 표면에 쪼개진 균열들 Galileo

Europa 몇 개 안되는 충돌구 – 근래 생긴것 생명은 겁질 밑 액체 물에서 생성 되었을 가능성이 크다. . 생명은 겁질 밑 액체 물에서 생성 되었을 가능성이 크다. . 향후 탐사선의 착륙과 채취

Pwyll 충돌구 (최근 것?) 오래전 충돌에 의한 웅덩이 

유로파 모형

유로파의 Salty 표면 검은청색 :순수 어름 붉은색 : pure non-ice

Clarke : 2001 : A Space Odyssey 유로파에 처음으로 기조력에 의한 가열로 지구 바다 밑의 열수 작용(hydrothermal) 에 의한 구멍(vents) “black smoker” 주변과 같은 천문학적생태계(astro-biological) 를 구상 1982 ; 2010 Odyssey Two 출간

Earth – Saturn comparison Equatorial radius 9.45 Earth Cloud-top gravity 1.07 Earth Mass 95.2 Earth Distance from Sun 9.53 AU Year 29.5 Earth years Solar day (equator) 10 hours 14 minutes It floats. The least spherical planet.

토성 아름다운 고리 대기는 목성과 유사 7개의 구형 위성과 30개 이상의 위성 http://www.solarviews.com/cap/sat/saturn.htm http://saturn.jpl.nasa.gov/cgibin/gs2.cgi?path=../multimedia/images/saturn/images/PIA05380.jpg&type=image

Titan 태양계 내에서 목성의 개니메데 다음으로 큰 위성. Christiaan Huygens 가 1655년 발견 토성의 가장 큰 달 – 수성보다 크다. 태양계 내에서 목성의 개니메데 다음으로 큰 위성. Christiaan Huygens 가 1655년 발견 밀도가 높은 대기를 갖고 있는 유일한 위성 높은 밀도의 질소/메탄 대기 적은 온실효과 85% 질소 지구 대기압의 1.5배의 대기압 차거운 온도 : 85K (-308 F= -188 C).

타이탄 大氣가 있다.---메탄 흡수선 표면기압: 1.6기압 대기성분 N2 H2O CO 상층대기 : 탄화수소: CH4, C2H6, C3H8, HCN, C2N2 (참고) 유기화합물: 탄소를 주 성분으로 하는 화합물. HCN은 DNA의 기본 분자. 표면온도 = 90K, 메탄(CH4)은 액체로 존재 C

레이다에 의한 타이탄

Titan’s atmosphere

타이탄의 헤이즈 많은 탄화수소

Titan N2 는 ammonia (NH3) 에서 – 바깥 태양계에서는 흔함 두번째로 메탄 (natural gas)이 흔하다. - UV + methane  hydrocarbons (e.g., ethane) - Then, ethane condenses and rains down on Titan’s surface 따라서 액체 에탄(liquid ethane) 메탄 호수/바다( methane lakes/oceans) 대기에 많은 유기화합물 (환원대기) 타아탄 생명은 지구 생명과 다를 것!!!.

Cassini-Huygens Arrival at Saturn July 1, 2004

Huygens Probe descent to Titan Dec , 2004

예상도 (IR) 타이탄의 에탄 바다에 떠 있는 탐사선. 멀리 산들이 보인다. http://saturn.jpl.nasa.gov/cgibin/gs2.cgi?path=../multimedia/images/artwork/images/

타이탄 대륙 적외선은 타이탄의 대기를 뚫고 볼 수 있다. 어두운 부분이 반사가 적은 곳. 액체 탄화수소 바다 또는 고체 유기물의 넓은 공간 밝은 노랑색 지역이 반사가 높은 대륙“continents”.

2004. 10, 26 : 타이탄은 다른 천체와 달리 가벼운 질소가 매우 적다.  원인 불명

타이탄 남반부 표면에 카씨니의 광학, 적외선 관측을 통해 추정되는 이색적인 물질들

Huygens -landing Titan 2005. 1. 14 ESA : Huygens probe No 메탄 ocean But 침식 현상

타이탄 남극에 구름의 변화 5시간 간격의 메탄 구름의 번화

결론 지구외에 태양계 내에 생명의 존재에 대한 확실한 증거를 아직 찾지못했다. 그러나 가능성 존재 화성에 물의 존재와 관련되어 일종의 화성 표면 밑에 생명 존재 가능성 유로파의 표면 밑 바다에는 지구 물고기같은 생명까지 가능?. 타이탄의 두꺼운 대기와 화원 대기 지구 생명과 다른 생명?

Life exists not just around vents, but inside them too Life exists not just around vents, but inside them too. Unlike the life forms that crawl or swim around the vents, those inside are invisible. These microscopic bacteria (one-celled organisms) not only survive but even thrive in the dark and hot environment of the vent. In the absence of sunlight, specially adapted bacteria and similar organisms called Archaea convert the vent chemicals to usable bioenergy, in a process analogous to plants’ ability to use sunlight.

Researchers have discovered a bizarre group of microbes that live inside rocks in the inhospitable geothermal environment at Wyoming’s Yellowstone National Park. One scientist describes the life–form, found in the pores of rocks in a highly acidic environment, as “pretty weird,” and resembling a lichen. Scientists believe similar kinds of geothermal environments may have once existed on Mars. The Yellowstone discovery may help steer the hunt for evidence of life on Mars.

In addition to the super-hot environment of sea vents and hot springs, bacterial life may also exist in the cold, dark environment beneath the Antarctic ice sheet. Scientists aren’t yet sure, but the suggestions are strong. Two separate research teams have drilled into Lake Vostok, a suspected body of water below the Antarctic ice sheet. (It is still “suspected,” and not proven, because scientists are reluctant to explore further until they know their actions will not contaminate a potentially unique environment.) Both teams found bacteria inside ice that is believed to be created from lake water. DNA analysis indicates that although the bacteria have been isolated for millions of years, they are biologically similar to known organisms.

Scientists now know that life exists not only in very hot and very cold liquid environments, but in a very dry environment as well. Environmental microbiologists have discovered evidence of microbial life about a foot below the rough terrain of Chile’s Atacama desert, one of the driest places on Earth. Their finding contradicts previous beliefs that the desert is too dry to support life, and may influence how scientists look for life in the similarly dry environment of Mars.  

Some scientists speculate that if life does exist beyond Earth, it might be the form of vent bacteria. Because these microscopic life forms have already proven their ability to survive in the extreme environment of Earth’s hydrothermal vents, they might also survive in similar environments elsewhere – for example, on Europa. Europa is one of Jupiter’s moons, and is covered in ice. Scientists have recently uncovered strong evidence of liquid water beneath Europa’s ice, which may be due to hydrothermal vents, which may in turn host bacteria. Alternatively, scientists who have found evidence of bacteria living inside Antarctic ice speculate that they may also live inside Europa’s ice. The questions exceed the answers, but the clues are tantalizing.  

분명 지적생명체는 없다. 지적 생명체가 존재할 가능성은 거의 없다. 지적 생명체 존재 조건은 지구 환경. 다른 행성에서 미세 생명체나 물고기 같은 생명체의 존재 가능성이 있으나 교신을 할 만한 지적 생명체는 기대하기 어렵다.

생명탐사의 문제들 태양계 내와 태양계 밖에 생명체를 어떻게 탐사할 수 있을까? 어떤 검사해야 생명이라고 단정지울 수 있나? 화성의 바이킹 1,2호의 생명탐사 . 단정하기 어려운 실험 지구에 의한 오염 배제의 어려움. 적절한 화성 착지점 선정 (밑에 물이 있는 지역등) . 타이탄에서 물이 아닌 용제를 통한 생명의 탐사에 필요한 실험 생명 바로 이전 단계를 알 수 있을까? 즉 화학적 진화의 마지막 단계와 생물학적진화로 의 전이를 알 수 있을까?