Komety nosicielki życia? - KUDŁATE GWIAZDY

Stanisław Mrówczyński

Natura komet pozostawała przez stulecia nieodgadniona, a ukazanie się na niebie ozdobionej warkoczem gwiazdy uchodziło za zwiastun nieszczęścia. Współcześni astronomowie nie przypisują im złowieszczej roli, choć zderzenie komety z Ziemią byłoby prawdziwym kataklizmem. Spekulują natomiast, czy nie przyniosły one wody na naszą planetę, a być może i życia. Badania komety LINEAR uprawdopodobniły tę hipotezę.

Historia poznawania komet - kudłatych gwiazd - jest, jak bodaj żadnych innych obiektów astronomicznych, pełna mylnych tropów i fałszywych sądów. Starożytni nie uważali ich nawet za ciała niebieskie, lecz za zjawiska meteorologiczne. Arystoteles, którego poglądy w tej kwestii przetrwały niekwestionowane przez dwa tysiące lat, sądził, że są one ziemskimi wyziewami, coś jakby burzowymi chmurami. Tradycja każąca traktować komety jako złowróżbne znaki jest jeszcze starsza. Utrwalił ją największy astronom starożytności Klaudiusz Ptolemeusz, podając, nie w wiekopomnym Almageście opisującym system świata, lecz w astrologicznym traktacie Tetrabiblos, szczegółowe przepowiednie związane z ukazaniem się komet. Dopiero pojawienie wielkiej, równie jasnej jak Księżyc, komety z roku 1577 spowodowało przełom w poznawaniu tych niezwykłych obiektów.

Patrząc na odległy przedmiot z dwóch różnych punktów, stwierdzamy, że jego pozycja na tle przedmiotów jeszcze odleglejszych ulega zmianie. Pojawia się bowiem różnica kąta obserwacji zwana paralaksą. Duńczyk Tycho Brache dokonał pomiaru tej wielkości, co pozwoliło się mu wykazać, że owa wielka kometa znajdowała się dalej - obecnie wiemy, że dużo dalej - niż Księżyc. Musiało upłynąć jednak jeszcze wiele lat, aby przynależność komet do świata ciał niebieskich została powszechnie zaakceptowana. Ciekawe, że trzej wielcy przywódcy kopernikańskiego przewrotu, nie tylko nie pomogli wyjaśnić zagadki komet, a raczej przyczynili się spraw pogmatwania. Mikołaj Kopernik, pisząc o komecie z roku 1533, raczej bezkrytycznie powtarzał poglądy Arystotelesa. Johannes Kepler wbrew obserwacjom z uporem twierdził, że obdarzone warkoczem gwiazdy poruszają się po liniach prostych. Wreszcie Galileusz tak się zapędził w krytyce poglądów jezuity Horatio Grassiego, że stanął w obronie zdawałoby się już obalonej koncepcji komety jako zjawiska atmosferycznego.

Dopiero poprzedzone obserwacjami teleskopowymi prace Izaaka Newtona - twórcy podstaw całej fizyki a więc i mechaniki niebios - pozwoliły wyjaśnić ruch komet. Sam Newton potwierdził hipotezę gdańskiego astronoma Jana Heweliusza o parabolicznym, bądź bliskim jej, kształcie kometarnej trajektorii. Edmund Halley zaś wykazał, że kometa - nosząca później jego imię - widziana w latach 1531, 1607 i 1682 to samo ciało i przewidział jego powrót na rok 1758. Kometa rzeczywiście się wtedy pojawiła, demonstrując okresowy charakter swego ruchu. Obserwowano ją jeszcze w roku 1910 i 1986, a zapowiadana jest na 2061 rok. Obecnie komety dzieli się na jednopojawieniowe, których trajektoria jest parabolą ze Słońcem w ognisku, oraz okresowe porusząjące się, tak jak planety, po elipsie. Okresowe stanowią zaledwie kilka procent wszystkich komet, chociaż trzeba powiedzieć, że odróżnienie silnie wyciągniętej elipsy od paraboli na podstawie niedużego obserwowanego fragmentu trajektorii nie zawsze jest możliwe.

Wyznaczanie toru lotu komet, czemu moc wysiłku poświęciło kilka pokoleń astronomów, fizyków i matematyków XVIII i XIX stulecia, stanowiło dopiero początek współczesnych badań tych niezwykłych obiektów. Zastosowanie metod fotograficznych oraz analiza spektralna światła pozwoliły poznać ich budowę i skład chemiczny. Główną częścią komety jest jądro - bryła zanieczyszczonego lodu o dużej zawartości tlenku i dwutlenku węgla - zwykle o średnicy od 1 do 10 km. Gdy kometa znajdzie się w pobliżu Słońca, rozgrzane jądro paruje, uwalniając świecące gazy. Tworzą one tzw. komę - spowijający jądro jasny obłok o rozmiarach jakiś stu tysięcy kilometrów. Wiatr słoneczny - strumień rozpędzonych cząstek - wydmuchuje z komy rozciągający na miliony kilometrów warkocz. Wbrew temu co można by sądzić, nie wlecze się o za kometą, lecz niezależnie od jej prędkości i pozycji zawsze wskazuje kierunek przeciwny Słońcu.

Gdy kometa Halleya wróciła w ziemskie okolice w 1986 roku, cała flotylla statków kosmicznych ruszyła jej na spotkanie. Obserwacje prowadziły amerykańska sonda ICE, dwie japońskie - Sakagaki i Suisei, radziecka Wega 1 i 2 oraz europejska sonda Giotto - nazwana imieniem artysty, który umieścił kometę na swym fresku „Pokłon Trzech Króli”. Okazało się, że jądro komety Halleya nie jest kulą, a raczej wirującym ziemniakiem o rozmiarach 8 x 15 km, wykonującym pełny obrót w 52 godziny. Ma on barwę węgla drzewnego, a część zwrócona ku Słońcu rozgrzewa się aż do 80 stopni Celsjusza. Powierzchnię jądra wstrząsają gwałtowne erupcje, towarzyszące wydobywaniu się z wnętrza gazów, które w 80 procentach to para wodna. Znajdując się w pobliżu Słońca, kometa traciła masę w tempie kilkudziesięciu ton na sekundę.

Pochodzenie komet przez długi czas było przedmiotem gorących sporów. Czy przybywają one z międzygwiezdnych przestrzeni, czy też tylko z kresów Układu Słonecznego? Ponieważ planety obiegają Słońce, poruszając się w jednej płaszczyźnie i w tę samą stronę, a ruch komet nie podlega żadnej z tych reguł, pierwsza hipoteza wydawała się bardziej prawdopodobna. Jednak w roku 1950 holenderski astronom Jan Oort doszedł do wniosku, że komety przybywają z peryferiów Układu Słonecznego, tyle że bardzo odległych, bo znajdujących aż 50 czy 100 tysięcy jednostek astronomicznych od centrum. (Jednostka astronomiczna to odległość Ziemi do Słońca.) Ta najbardziej zewnętrzna sfera Układu Słonecznego - owa zamrażarka komet - nosi dzisiaj nazwę obłoku Oorta. Bliżej nas przechodzi ona w dysk zwany pasem Kuipera, od nazwiska holenderskiego astronoma, który sugerował jego istnienie. Począwszy od roku 1992 zaobserwowano wiele stosunkowo niedużych ciał za orbitą Plutona, czym dowiedziono, że Układ Słoneczny rzeczywiście się nie kończy na dziewiątej planecie. Koncepcje Oorta i Kuipera znalazły potwierdzenie, natomiast mechanizm, który każe komecie przybyć z dalekich kresów do centrum układu, wciąż nie jest do końca wyjaśniony. Przypuszcza się, że siły grawitacyjne sąsiednich gwiazd mogą wpływać na orbity najodleglejszych nam komet. Natomiast te stosunkowo bliskie Plutona mogą być wprawione w ruch ku Słońcu dzięki odpowiedniej konfiguracji planet olbrzymów - Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna.

Zrozumienie natury komet jest przypuszczalnie kluczem do poznania dziejów Układu Słonecznego i wielu procesów w nim zachodzących. Wszak są one najliczniejszymi i zapewne jedynymi obiektami zdolnymi wędrować z dalekich peryferiów do samego centrum. Skoro Ziemia jest tak odmienna od najbliższych nawet planet, to być może komety odegrały tu jakąś rolę. Astronomów od dawna zastanawia pochodzenie wody na naszej zielonej planecie. Czy była tu od początku, czy przybyła później, gdy ukształtowała się już skalna skorupa? Gdyby druga koncepcja miała być prawdziwa, kometa właśnie mogła być nosiwodą. Niedawno byliśmy świadkami wyładunku milionów litrów wody na największej planecie naszego układu. W marcu 1993 roku trójka astronomów - Carolyn i Eugene Shoemaker oraz David Levy - zauważyła dziwaczny, wyglądający jak sznur korali, obiekt w okolicy Jowisza. Okazały się to szczątki komety, którą od nazwisk odkrywców nazwano Shoemaker-Levy 9. Dalsze obserwacje pozwoliły wyznaczyć dokładnie jej trajektorię i przypuszczalną historię. Kometa błądziła pewnie przez kilka mld lat wśród lodowych brył, by jakieś 10 może 20 lat temu wejść na orbitę wokół Jowisza. W lipcu 1992 roku, gdy przelatywała w pobliżu tej wielkiej planety, siły grawitacji rozerwały ją na kawałki, których doliczono się aż 21. Między 16 a 22 lipca 1994 roku wylądowały one na powierzchni Jowisza, czemu towarzyszył niezwykły spektakl. Już przy uderzeniu pierwszego, skromnych rozmiarów fragmentu wystrzelił pióropusz na tysiąc kilometrów. Siódmy - jeden z największych - rozświetlił księżyce Jowisza i zostawił na powierzchni planety ogromną czarną plamę.

Szczegółowa analiza składu wspaniałej widocznej w 1997 roku komety Hale-Boppa, a także komet Halleya i Hyakutake, pokazała, że hipoteza kosmicznego nosiwody ma poważny feler. Okazało się bowiem, że kometarna woda w przeciwieństwie do ziemskiej zawiera bardzo dużo ciężkiego izotopu wodoru - deuteru. Kometa więc taka jak Hale-Boppa nie mogła dostarczyć wody na Ziemię. Najnowsze badania każą jednak zrewidować ten wniosek. We wrześniu 1999 roku odkryto kometę, której od nazwy programu obserwacyjnego Lincoln Near Earth Asteroid Research nadano imię LINEAR. Ledwie odkryta zrobiła astronomom pierwszą niespodziankę. Zapowiadała się na najjaśniejszą od trzech lat kudłatą gwiazdę, a po kilku tygodniach stała się ledwo widoczna. Ogrzana promieniami Słońca rozpadła się bowiem na zupełną miazgę. Satelita SOHO (Solar Heliospheric Observatory) zarejestrował ogromna chmurę wodoru, w której zawartość deuteru okazała się zbliżona do tej w ziemskich oceanach. Dane dotyczące innych substancji również wskazuje na pokrewieństwo LINEAR-a z Ziemią. Obserwowane różnice składu chemicznego komet są przypuszczalnie związane z miejscami ich powstania podczas formowania się całego Układu Słonecznego. LINEAR narodził się zapewne bliżej Słońca, a Hale-Bopp na lodowatych peryferiach.

Komety zawierają obok wody liczne związki organiczne, będące budulcem wszelkich organizmów żywych. Jeśliby komety miałyby być odpowiedzialne za dostarczenie na Ziemię wody, to mogły wraz z nią przynieść najprostsze formy życia, które tutaj, w sprzyjających warunkach doświadczyły niezwykłej ewolucyjnej przygody. Taka koncepcja nie jest bynajmniej nowa. Rozważał ją już na początku XX wieku szwedzki fizyk Svante Arrhenius i wprowadził dla jej oznaczenia termin „panspermia”. Współcześni biologowie również wskazują na zalety tej koncepcji. Ziemia istnieję od 4,5 mld lat. Wszechświat natomiast jest co najmniej dwukrotnie starszy; jest również niewyobrażalnie bardziej rozległy i szalenie mocniej zróżnicowany. Życie więc miało nieporównanie większą szansę zaistnieć, jeśli nie tylko nasza planeta może być jego siedliskiem. Francis Crick - odkrywca struktury DNA - uważa niezwykłe podobieństwo kodów genetycznych organizmów najprymitywniejszych i tych bardzo złożonych za argument na rzecz panspermii. Mówi, że na pewnym etapie ewolucji życie musiało przejść przez wąskie gardło populacyjne. Mogła nim być niewielka liczba prostych organizmów przyniesiona na Ziemie właśnie przez kometę. Ideę panspermii trudno obecnie uznać za dobrze uzasadnioną, jednak badania komety LINEAR mocno ją uprawdopodobniły.

(POLITYKA 23, 2001)