اخترزیست‌شناسی: حیات فراتر از زمین

چه تعدادی از افراد اهمیت می‌دهند که حیات در منظومه شمسی یا حتی خارج از آن وجود داشته باشد؟ سؤال این است که چرا مسئله حیات برای بشر آن‌قدر مهم است؟ هنوز روشن نشده است که حیات در زمین چگونه یا از کجا آورده شد. هنوز هم معلوم نیست آیا عناصر پراکنده در کیهان، حیات سلولی را در زمین به وجود ‌آوردند یا اینکه شبیه به این مکانیسم‌های زیستی در جای دیگری از هستی جز زمین پیدا می‌شود یا خیر.

از حدود ۴.۵۶ میلیارد سال پیش، وقتی زمین (و دیگر سیارات منظومه شمسی) از قرص پیراستاره‌ای به وجود آمدند، هیچ سنگی باقی نمانده است. اما چرا؟ در جریان فرایند زمین‌ساخت صفحه‌ای و برخورد سیارک‌ها و دنباله‌دارها تمام سنگ‌های ابتدایی از بین رفتند. چیزی که در حال حاضر در اختیار است، سنگواره‌های مربوط‌به ۳.۵ تا ۳.۸۵ میلیارد سال پبش هستند. هنوز سازوکارهای حیات مجهول است، اما برای شکل‌گیری حیات به دو عامل اصلی نیاز است: ۱) مواد ترکیبی درست، ۲) شرایط مناسب.

زمین، تنها سیاره دارای حیات شناخته شده

مواد ترکیبی لازم یا عناصر سازنده‌ی حیات چه هستند؟ در زمین، کربن، نیتروژن، اکسیژن و هیدروژن به اضافه فسفر و گوگرد عناصر سازنده حیات را تشکیل می‌دهند. شاید کربن، مهم‌ترین عضو این گروه باشد. کربن به‌علت ساختار اتمی بی‌همتایی که دارد، می‌تواند زنجیره‌ها و حلقه‌هایی طولانی از اتم‌ها را تشکیل دهد. بدین ترتیب، دیگر عنصرهای اساسی به آن متصل می‌شوند. درنتیجه، تعداد نامتناهی از مولکول‌های مختلف با ویژگی‌های گوناگون شکل می‌گیرد. هیچ عنصر دیگری قابلیت ایجاد زنجیره‌ها و حلقه‌های پایدار مانند کربن را ندارد. اگر کربن فقط به‌علت ساختار اتمی منحصربه‌فردش اساس زندگی زمینی باشد، آن‌گاه منطقی است آن را منشأ حیات در دیگر مکان‌های منظومه شمسی دانست.

هر موجود زنده‌ای در زمین بر پایه کربن ایجاد شده است؛ یعنی مجموعه‌ای از رشته‌ها و حلقه‌های کربنی که به ترکیبات آلی معروف هستند. این مواد باید با هم ترکیب شوند؛ اما واکنش بین مولکول‌های ساده برای تشکیل مولکول‌های پیچیده‌تر خودبه‌خودی نیست، بلکه ماده فرعی مناسب یا حلال برای نزدیک شدن مولکول‌ها به هم و جابه‌جایی آن‌ها نیاز است. آب مؤثرترین محیط برای حل شدن و جابه‌جایی مولکول‌ها است، اگرچه مایعات دیگر هم می‌توانند به‌عنوان حلال عمل کنند ولی هیچ مایع دیگری به اندازه آب نمی‌تواند در تغییرات دمایی بالا یا در محدوده‌های دمایی که فرایندهای زیست‌شناسی رخ می‌دهد، پایدار بماند. درنهایت، برای شروع واکنش به یک منبع انرژی نیاز است.

مجموعه آزمایش‌‌های انجام‌شده در دهه ۱۹۵۰ نشان داد هرگاه در مخلوطی از مولکول‌های ساده مثل مونواکسید کربن، آمونیاک و متان جریان الکتریکی عبور داده شود، مولکول‌های پیچیده‌تر مانند اسیدهای آمینه به وجود می‌آیند که اهمیت زیست‌شناختی دارند. این آزمایش‌ها برای نخستین بار نشان دادند که می‌توان ترکیبات آلی را با فرایندهای غیر زیستی و از مواد اولیه غیر آلی به دست آورد. تشکیل مولکول‌های پیچیده از مولکول‌های ساده چگونه با فرایندها و شرایط حاکم بر زمین اولیه در چهار میلیارد سال پیش منطبق می‌شود؟ در آن زمان، زمین پیوسته با سیارک‌ها و دنباله‌دارها بمباران می‌شد. این برخوردهای سهمگین، انرژی فراوانی را در جو زمین آزاد می‌کرد و باعث واکنش بین گازهای موجود در آن می‌شد. با سرد شدن جو، مولکول‌های گازی در قطره‌های آب حل شدند و در اقیانوس‌ها باریدند. در این محیط آبی، امکان تبدیل مولکول‌ها به مولکول‌های پیچیده‌تر فراهم شد.

آب، مؤثرترین حلال 

حیات در کجای زمین آغاز شد؟ باتوجه‌به اهمیت آب در ترکیب مولکول‌ها، به احتمال زیاد زندگی در محیط آبی شکل گرفته باشد؛ اما در مورد اینکه شکل‌گیری حیات در آب‌های سطحی آغاز شد یا کف اقیانوس، هنوز اختلاف‌نظر وجود دارد. دانشمندان زمانی خورشید را منبع انرژی می‌دانستند، بنابراین ارگانیسم‌ها باید در آب‌های سطحی شکل می‌گرفتند و ابتدایی‌ترین گونه زندگی، پدیده‌ی فوتوسنتزکننده بوده است؛ یعنی دی‌اکسید کربن جو با کمک انرژی نور خورشید به شکر و کربوهیدرات تبدیل و اکسیژن آزاد می‌کرد، اما وقتی مجراهای گرمابی (hydrothermal vents) در کف اقیانوس‌ها و گونه‌های زندگی موجود در آن‌ها کشف شد، زندگی در ژرفای اقیانوس هم مطرح شد. ژرفای اقیانوس به‌قدری تاریک است که فتوسنتز در آنجا امکان‌پذیر نیست و ارگانیسم‌ها به کمک شیموسنتز زندگی می‌کنند؛ یعنی در اثر واکنش شیمیایی انرژی آزاد می‌کنند.

دانشمندان حتی شروع حیات را در قطره‌های آب درون ابرها هم مطرح کردند. احتمالاً آب تبخیرشده از سطح اقیانوس‌ها مواد آلی غنی داشته است و با رسیدن به قسمت‌هایی از جو با کمک نور خورشید بین این ترکیبات آلی واکنش ایجاد شده و مولکول‌های پیچیده‌تر به وجود آمده‌اند.

گام‌های بعدی تکامل زندگی روی زمین، ایجاد فرایندی برای تبدیل انرژی (متابولیسم) برای تکثیر و تشکیل پوسته‌ای بود که مولکول‌ها را از محیط اطراف جدا کند. اما معلوم نیست که کدام‌یک از سه مورد (تکثیر، متابولیسم و تشکیل پوسته) پیش از همه رخ داده است، شاید هر سه با هم شروع شده باشند.

اساس زندگی امروزی زمین، DNA (دزوکسی ریبونوکلئیک اسید) است. DNA مولکول پیچیده‌ای است و به‌صورت یک مارپیچ دو رشته‌ای از جنس قند و فسفات است که به کمک مجموعه‌ای از مولکول‌های کوچک‌تر به یکدیگر وصل شده‌اند. دزوکسی ریبونوکلئیک اسید دارای الگویی تکرارشونده است و از چهار مؤلفه آدنین (A)، سیتوزین (C)، گوانین (G) و تیمین (T) و از یک قند مونوساکاریدی و یک گروه فسفات تشکیل شده است. RNA یک مولکول تک رشته‌ای است و از چهار مؤلفه G و C و A و اوراسیل (O) ساخته شده است. هرگاه جریان الکتریکی (مثل آذرخش) به مخلوطی از مولکول‌های ساده مانند دی‌اکسید کربن، مونواکسید کربن و آمونیاک (که در زمین اولیه وجود داشتند) وارد شود، سیانید هیدورژن، سیانو استیلن و فرمالدهید تولید می‌شود. با ترکیب این مولکول‌ها، چهار مؤلفه تشکیل‌دهنده RNA (ریبونوکلئیک اسید) که مولد DNA است تولید می‌شود.

مقایسه بین دو مولکول RNA و DNA

شاید توصیف بهتر حیات از نظر زیست‌شناسی، مجموعه همه فعالیت‌های گیاه یا جانور است. منظور از فعالیت در این تعریف، تنفس، تولید مثل، عمل دفع، تحرک، رشد و واکنش دربرابر محرک‌های خارجی است. این تعریف ساده و آشکار به نظر می‌رسد، اما استفاده از آن با ابهام همراه است.

بلور کوارتز با ساختن لایه‌های اتمی رشد می‌کند، از ورود شیمیایی سازنده خود تغذیه می‌کند و با شکسته شدن به بلورهای کوچک‌تر تولیدمثل می‌کند ولی بی‌شک حرکت نمی‌کند، عمل دفع را انجام نمی‌دهد و دربرابر محرک‌های خارجی از خود واکنش نشان نمی‌دهد. بنابراین می‌توان دید که یک ماده معدنی همچون کوارتز موجود زنده نیست.

آتش هم ویژگی‌هایی دارد که تعریف موجود زنده را بیش‌ازپیش دشوار می‌کند: شعله‌ی آتش به اکسیژن نیاز دارد، بنابراین تنفس می‌کند، رشد و حرکت می‌کند، گسترش می‌یابد (تولید مثل می‌کند)، تغذیه می‌کند، از خود گرما می‌دهد (عمل دفع انجام می‌دهد) و به محرک‌های خارجی نظیر باد پاسخ می‌دهد. بااین‌حال آتش موجود زنده به معنایی که برای ارگانیسم‌ها به کار می‌رود، نیست. ازاین‌رو، موجود زنده باید ویژگی منحصربه‌فرد دیگری نیز داشته باشد. موجود زنده علاوه‌بر رشد کردن، باید قابلیت تحول و علاوه‌بر واکنش دربرابر محرک‌های خارجی، قابلیت سازگاری با تغییرات را نیز داشته باشد.

حیات زمینی به سه قلمرو باکتری‌ها، آرکاها و اوکاری‌ها تقسیم می‌شود. هم باکتری‌ها و هم آرکاها معمولاً تک سلول پروکاریوتی دارند. اوکاری‌ها همه‌ی اشکال حیات پیچیده را دربرمی‌گیرند، مثل حیوانات. ویروس‌ها با اینکه از ویژگی‌های مشترکی با موجودات زنده برخوردار هستند، اما زنده نیستند. حتی مولکول‌های دیگر از قبیل ویروئیدها و پرویون‌ها در گروه موجودات زنده دسته‌بندی نمی‌شوند، درحالی‌که کاملاً غیرزنده به‌شمار نمی‌روند.

بنابراین تعریف حیات زمینی به محدودیت‌هایی ختم می‌شود، لذا تعریف کلی‌تر حیات که تمامی اشکال ممکن آن را شامل شود، بسیار چالش‌برانگیز است. برای روبه‌رو شدن با این مسئله لازم است مباحثی که پیرامون حیات شکل می‌گیرند تاحدودی به حیات مشابه زمین محدود شود.

از هنگام پیدایش حیات روی زمین تا به امروز، میکروب‌ها در هر محیطی که امکان ادامه زندگی وجود داشته باشد، حضور داشته‌اند. شرایط حاکم بر محیط‌هایی را که امکان بقا، رشد و تکامل در آن‌ها به سختی وجود دارد، پوشش زیست‌شناختی می‌نامند. ارگانیسم‌هایی که توانایی زندگی در این مرزها را داشته باشند، اکستریموفیل یا سختی‌دوست نام دارند. با وجود گستردگی مجموعه تفاوت‌ها و جزئیاتی که میکروارگانیسم‌ها از خود نشان می‌دهند، همه‌ی آن‌ها در یک چیز مشترک هستند: همه‌ی آن‌ها برای ادامه‌ی زندگی به آب احتیاج دارند. بسیاری از اکستریموفیل‌ها در قلمرو آرکاها هستند، گرچه خانواده شاخصی از اکستریموفیل‌ها جزو باکتری‌ها و اوکاری‌ها به شمار می‌روند.

خرس آبی، میکرواورگانیسمی که در شرایط سخت دمایی، غلظت‌های اسیدی، قلیایی یا شیمیایی زنده می‌ماند

گرمادوست‌ها یا ترموفیل‌ها میکروب‌هایی هستند که در دمای ۵۰ تا ۷۰ درجه سانتی‌گراد زندگی می‌کنند. بهترین دما برای ابرگرمادوست‌ها یا هایپرترموفیل‌ها بین ۸۰ تا ۱۱۰ درجه سانتی‌گراد است؛ برخی از آن‌ها در دمای کم‌تر از ۹۰ درجه سانتی‌گراد نمی‌توانند رشد کنند.

گرمادوست‌ها و ابرگرمادوست‌ها در همه جای زمین پیدا می‌شوند. آرکاهای ابرگرمادوست همچون سولفولوبوس، سولفوکوکوس و استیگیوگولوبوس و گرمادوست ترموپلاست را می‌توان در سطح چشمه‌ها و آبفشان‌های داغ در مناطق فعال، شکاف دامنه آتشفشان‌هایی که از آن‌ها دود و بخار متصاعد می‌شود و نواحی آتشفشانی که گازهای گوگرد از آن متصاعد می‌شود، پیدا کرد.

در کف اقیانوس‌ها آرکاهای ابرگرمادوست مانند پیرودی‌کتوم، آرکائیوگلوبوس و متانوکوکوس درکنار مجراهای گرمابی و آتشفشان‌های زیر دریایی زندگی می‌کنند. گرمادوست‌ها و ابرگرمادوست‌ها را در ژرفای مکان‌های رسوبی و چاه‌های نفتی نیز می‌توان پیدا کرد. در شرایط مناسب‌تر، گرمادوست‌ها را می‌توان در توده‌های مواد فاسد و کودهای مخلوط و زمین‌های مخصوص نگه‌داری خاک‌های زاید یافت.

ساکروفیل‌ها ارگانیسم‌های سرمادوستی هستند که در حدود دمای صفر درجه‌ی سانتی‌گراد زندگی می‌کنند. بیشینه‌ی دمای ممکن برای رشد این موجودات، نقطه‌ انجماد آب است. بنابراین، این میکروارگانیسم‌ها در محلول نمکین و در دمای ۲- درجه سانتی‌گراد نیز می‌توانند زندگی کنند. باکتری‌ها و آرکاهای سرمادوست در کف اقیانوس‌، آب‌های سرد کنار مجراهای گرمابی و نیز در شکاف‌های یخی ایجادشده در ژرفای قاره جنوبگان یافت می‌شوند. در مقابل، سرمادوست‌هایی وجود دارند که در محیط‌های بسیار نامساعد در دره‌های خشک منطقه جنوبگان، در لابه‌لای سنگ‌های شنی و کوارتزیت‌ها زندگی می‌کنند.

Letharia vulpina، معروف به گلسنگ ولف

ارگانیسم‌های مخفی در صخره‌ها را گلسنگ می‌نامند که حاصل همزیستی قارچ‌ها با سیانو باکتری‌ها یا جلبک‌ها هستند. این میکروب‌ها اهمیت زیادی برای اخترزیست‌شناس‌ها دارند، زیرا می‌توان از آن‌ها به‌عنوان نمونه‌ای برای شناسایی ارگانیسم‌هایی که ممکن است در شرایطی مشابه، در زیر سطح یخی خاک‌های مریخ وجود دارند، استفاده کرد.

نمک‌دوست‌هایی مانند هالوکوکوس در محیط‌های مایعی که غلظت بالایی تا حدود ۳۷.۵ درصد دارد، می‌توانند زندگی کنند. نوعی نمک موسوم به هالیت در شهاب‌سنگ‌های مریخی یافته شده که نشان‌دهنده وجود مکان‌های شور در سطح مریخ است. خشک شدن سریع سطح مریخ، پس از نابودی جو آن، باعث تشکیل مکان‌هایی با غلظت نمک بالا شده است که ممکن است میکروارگانیسم‌های نمک‌دوست در آن‌ها زندگی کنند.

یک نقشه با جزئیات از کف اقیانوس‌، رشته‌کوه‌ها و پشته‌های بسیاری را به خوبی نشان می‌دهد. این مکان‌ها، مراکز آتشفشانی در حال گسترشی هستند که در آن‌ها سنگ‌های مذاب از قسمت‌های زیرین به رو می‌آیند و پوسته جدید اقیانوسی را شکل می‌دهند. در اواخر دهه ۱۹۷۰، برای نخستین بار با استفاده از تجهیزات ویژه، از کف اقیانوس تصویربرداری شد و مجراهای گرمابی کشف شدند.

مجرای گرمابی یا چاه گرمابی. این مجراها دود سیاهی از خود متصاعد می‌کنند که به‌دلیل وجود گوگرد است، ازاین‌رو، به دودکش‌های سیاه نیز معروف هستند

مجراهای گرمابی چشمه‌های آب داغ هستند؛ جاهایی که آب بسیار داغ (با دمای ۳۵۰ تا ۴۵۰ درجه سانتی‌گراد) و سرشار از هیدروژن، متان و سولفید هیدروژن از کف دریا به بالا پرتاب می‌شود. در محل برخورد این آب‌های داغ با آب سرد اکسیژن‌دار بالایی، واکنش شیمیایی سریعی اتفاق می‌افتد که منجر به تصاعد سولفید و سیاه‌رنگ‌شدن آب می‌شود. با گذشت زمان، ستون‌هایی از جنس سولفید ساخته می‌شود که تا ده‌ها متر از کف دریا بالا می‌آید. از آنجا که نور نمی‌تواند به ژرفای اقیانوس نفوذ کند، دانشمندان گمان می‌کردند کف اقیانوس محیطی مرده و بدون زندگی است، ولی کشف مجراهای گرمابی نشان داد که با وجود تاریکی و عمق این مکان‌ها، حیوانات عجیب و مرموزی در آنجا زندگی می‌کنند. حیواناتی مانند صدف دریایی، خرچنگ و کرم لوله‌ای به جداره دودکش‌های سیاه می‌چسبند و از باکتری‌ها و آرکاها تغذیه می‌کنند. کف اقیانوس‌، تاریک‌تر از آن است که فتوسنتز امکان‌پذیر باشد و زنجیره غذایی این محیط ناآشنا براساس انرژی شیمیایی شکل می‌گیرد.

میکروارگانیسم‌هایی همچون پیرودیکتوم، آرکائیوگولوبوس و متانوکوکوس اطراف مجراهای گرمابی یافت می‌شوند. این میکروارگانیسم‌‌ها در دمایی تا حدود ۱۱۳ درجه سانتی‌گراد در محیط‌های آبی خنثی یا کم‌اسید در پایه و قسمت‌های بیرونی مجراهای گرمابی رشد می‌کنند. دورتر از مجراهای گرمابی جایی که دما به ۳ درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد، سرمادوست‌ها در کف اقیانوس تجمع می‌کنند. ابرگرمادوست‌ها بسیار کند تکامل می‌یابند و شاید بتوان آن‌ها را همچنان به‌عنوان ارگانیسم‌های ابتدایی در نظر گرفت. با کشف زیست‌بوم‌های فعال در اطراف مجراهای گرمابی، این احتمال مطرح شده که پیدایش ابتدایی زندگی روی زمین در ژرفای اقیانوس‌ها به کمک انرژی شیمیایی بوده است، نه در آب‌های سطحی و به کمک انرژی خورشیدی.

در اوایل قرن بیستم، شیمیدان سوئدی سوانته آرنیوس نظریه پانسپرمیا را مطرح کرد که اذعان می‌دارد ارگانیسم‌های زنده در فضای میان‌ستاره‌ای پخش شده‌اند.

در میانه‌ی دهه ۱۹۲۰ میلادی، این ایده دوباره جان تازه گرفت. علاوه‌بر مولکول‌های آلی ساده‌ که به‌صورت طبیعی در زمین بودند، نظریه‌ای وجود داشت که پیدایش زندگی روی زمین را به دنباله‌دارها و سیارک‌ها هم مربوط می‌کرد. ایده کلی بیان می‌کرد که برخی از مولکول‌ها ممکن است از فضا به زمین آورده شده باشند؛ درنتیجه نظریه‌ی آرنیوس تا حدی تقویت شد.

دو اخترفیزیکدان به نام‌های فرد هویل و چاندرا ویکراماسینگ فرضیه پانسپریما را اصلاح کردند. براساس نظر آن‌ها، ویژگی‌های غبار بین ستاره‌ای، با ویژگی‌های مواد زیستی پیچیده‌ای مانند سلولز و باکتری اسکریامولی مطابقت دارد. در نتیجه، هویل و ویکراماسینگ این فرض را مطرح کردند که زمین نه فقط آب و مولکول‌های آلی، بلکه حتی ممکن است سلول‌ها و باکتری‌هایی را هم از فضا دریافت کرده باشد. اگرچه این پیشنهاد فقط از سوی برخی از دانشمندان پذیرفته شده، اما توجه همگان را به اهمیت ارگانیسم‌های فضایی جلب کرده است.

همچنین باتوجه‌به امکان انتقال ماده به‌صورت شهاب‌سنگ از ماه و مریخ به زمین، این سؤال مطرح شده آیا ممکن است ارگانیسم‌ها هم در جریان برخوردهای سیارکی، از یک سیاره به سیاره دیگر منتقل شوند؟ آیا ممکن است زندگی در زمین شکل گرفته باشد و سپس با پرتاب مواد به‌دلیل یک برخورد، به مریخ منتقل شده باشد یا بالعکس؟ تا وقتی که نتوان اطلاعات مطمئنی در مورد محیط‌های سیاره‌ای متفاوت به دست آورد، تأیید یا رد فرضیه پانسپریما دشوار است.

کمربند حیات ناحیه‌ای اطراف ستاره است که در آن سیارات می‌توانند در سطح خود آب در فاز مایع داشته باشند. اگر آب موجود باشد، امکان حیات وجود دارد. این ناحیه به نام ناحیه گلدیلاکس نیز شناخته می‌شود. در منظومه شمسی، کمربند حیات پس از مدار زهره آغاز می‌شود و تا نیمه کمربند سیارکی ادامه می‌یابد. به عبارت دیگر، گستره کمربند حیات ۷۵/۰ تا ۳ واحد نجومی است (یک AU یا یک واحد نجومی برابر با فاصله خورشید تا زمین است). در جست‌وجوی سیارات فراخورشیدی، بیشتر سیاراتی که در کمربند حیات واقع شده‌اند، مد نظر قرار می‌گیرند.

کمربند حیات یا منطقه گلدیلاکس. سیاره زهره لبه‌ی داخلی و مریخ لبه خارجی کمربند حیات را تشکیل می‌دهند. سیاره زمین در بهترین موقیت قرار دارد.

اگر به غیر از زمین، حیات در منظونه‌ی شمسی وجود داشته باشد، در کجا باید به‌دنبال آن گشت؟ آیا مکان‌هایی در منظومه شمسی وجود دارند که زیست‌پذیر باشند؟ برخی اجرام منظومه شمسی ظرفیت داشتن حیات فرازمینی را دارند، به‌ویژه اجرامی که از اقیانوس‌های زیرسطحی برخوردار هستند. اگر حیات در جای دیگری از منظومه شمسی پیدا شود، اخترزیست‌شناسان احتمال می‌دهند که در شکل میکروارگانیسم‌های سختی‌دوست ظاهر شود.

زهره به‌عنوان یک سیاره جهنمی برای هرگونه حیات شناخته شده است. اندازه و چگالی این سیاره تقریباً با زمین یکی است؛ اما با حرارت ۴۸۰ درجه‌ی سانتی‌گراد، بیشترین دمای سطحی را در بین تمام دیگر سیارات منظومه شمسی دارد. این دمای بالا ناشی از جو بسیار خشک و چگال از دی‌اکسید کربن و مقادیر درخورتوجهی گوگرد به شکل دی‌اکسید گوگرد و اسید سولفوریک است که گاز‌های گلخانه‌ای به شمار می‌آیند. ضخامت جو زهره حدود ۹۰ برابر جو زمین است و اثر گلخانه‌ای اجازه ورود تابش فرابنفش را می‌دهد، اما مانع خروج گرما از آن می‌شود؛ در نتیجه دمای سطحی زهره از عطارد نیز بیشتر می‌شود. دلیل اصلی شرایط گلخانه‌ای و نبود حیات در زهره این است که این سیاره فرایند زمین‌ساخت صفحه‌ای ندارد و بنابراین هیچ سازوکاری برای خروج دی‌اکسید کربن از جو آن وجود ندارد.

در جو فوقانی زهره عناصری از قبیل سولفید، هیدروژن سولفید و دی اکسید سولفیدو نیز مقادیر زیادی از کلرین سمی زیر پوشش ابری شناسایی شده است. تولید کربونیل سولفید به‌صورت غیر آلی دشوار است اما تولید آن ازطریق فعالیت‌های آتشفشانی امکان‌پذیر است. واکنش فوتوشیمیایی ازطریق خورشید با کربن دی‌اکسید، سولفور دی‌اکسید و بخار آب در جو فوقانی زهره منجر به تولید سولفوریک اسید می‌شود.

• سفر به زهره؛ داغ‌ترین سیاره منظومه شمسیاقیانوس‌ها؛ عامل تبدیل سیاره زهره به جهنم امروزی

تابش خورشیدی، ناحیه سکونت‌پذیر جو زهره را در ارتفاعی بین ۵۱ تا ۶۲ کیلومتری درون ابرهای اسیدی محدود می‌کند. تصور می‌شود ابرهای درون جو زهره حاوی عناصری شیمیایی است که می‌توانند آغازگر اشکالی از فعالیت بیولوژیکی باشند. همچنین تصور می‌شود میکرواورگانیسم‌هایی که در جو زندگی می‌کنند (اگر وجود داشته باشند) می‌توانند نور فرابنفش خورشید را به‌عنوان منبع انرژی مصرف کنند. این پدیده می‌تواند خطوط تاریک موجود در طیف زهره را توضیح دهد.

زهره احتمالاً در گذشته شرایط متفاوتی نسبت به زمان حال داشته است چرا که خورشید سردتر از امروز بود و در جو سیاره بخار آب بیشتری وجود داشت. با اینکه این سیاره در کمربند حیات قرار نداشت، احتمال پیدایش حیات در آن ممکن بود، بااین‌حال زهره در حال حاضر نمونه کاملی از پدیده گرمایش جهانی را نشان می‌دهد.

چون مریخ در کمربند حیات مدارگردی می‌کند، بیشترین امیدها برای یافتن حیات فرازمینی در منظومه شمسی به این سیاره تعلق می‌گیرد. مریخ در دوره‌های نخستین تاریخش جو متراکم و آب مایع در سطح خود داشته است. در آن دوران نوع اولیه حیات به خوبی می‌توانسته در این سیاره شکل بگیرد و آثار آن ممکن است هنوز باقی مانده باشد یا به‌صورت فسیلی (در اصطلاح ردپای زیستی یا زیست‌نشان) پیدا شود. یافتن آثار باقی‌مانده حیات اولیه از اهداف اصلی مأموریت‌های مریخ است.

مریخ مانند زمین دارای فصول است زیرا محور دوران مریخ نیز نسبت به محور حرکت مداری آن دور خورشید مورب است. طول فصول مریخی تقریباً دو برابر طول فصول زمینی است. یک سال مریخ برابر ۶۶۹ روز زمینی است و طول یک روز مریخی ۲۴ ساعت و ۳۹ دقیقه است و بنابراین تفاوت زیادی با یک روز زمین ندارد.

دهانه کارالیوف در نواحی شمالی مریخ که در تمامی طول سال یخ دارد

مریخ همانند زمین سیاره‌ای سنگی است و جرمی معادل یک دهم جرم سیاره‌ی ما دارد؛ در نتیجه نیروی گرانش روی آن ۴۰٪ زمین است. جو مریخ بسیار نازک‌تر از زمین است. نسبت اکسیژن به کربن ‌دی‌اکسید زمین و مریخ کاملاً مخالف یکدیگر است. کربن دی‌اکسید در مریخ ۹۵٪ و اکسیژن و بخار آب کمتر از ۰/۲٪ جو را تشکیل می‌دهد، درحالی‌که در زمین اکسیژن ۲۱٪ و کربن دی‌اکسید تنها ۰/۰۴٪ جو را تشکیل می‌دهد. به‌دلیل نازکی جو، گرما در مریخ به‌راحتی از دست می‌رود. دمای میانگین روزانه آن حدود ۶۰- درجه سانتی‌گراد است. دما در محدوده استوای سیاره در تابستان تا ۳۰ درجه و در ناحیه قطبی در زمستان به ۱۳۰- درجه هم می‌رسد. هسته و گوشته مریخ مانند زمین است؛ اما به نظر می‌رسد پوسته آن در مقایسه با پوسته زمین سخت‌تر باشد.

همانند زمین، مریخ عوارض زمین‌شناسی بسیاری دارد از جمله: بیابان‌ها، دره‌ها، ژرف‌دره‌ها و کوه‌های متعدد. مریخ در نقاط قطبی خود یخ دارد. الگوهای آب‌وهوایی آن متنوع و حتی آشفتگی‌های جوی محلی کوچکی همچون گردباد دارد. از نظر زمین‌شناسی، مریخ خشک و بیابانی است و اقیانوس، دریاچه و رودخانه ندارد. در مریخ طوفان‌های غبار عظیمی رخ می‌دهد که تمامی جو مریخ را می‌پوشاند. این طوفان‌ها مانع از دیده شدن سطح مریخ می‌شوند. با اینکه در طول سالیان کاوش‌های بسیاری برای یافتن آب مایع در مریخ صورت گرفته؛ اما هنوز شواهد واضحی از وجود مایع حیات یافت نشده است. فشار روی مریخ بیش از ۱۰۰ برابر از زمین کم‌تر است و در اکثر مناطق سطحی مریخ، آب امکان حضور در فاز مایع را ندارد.

براساس یافته‌های مغناطیس‌سنجی ممکن است صفحه‌های پوسته مریخ حرکت‌های محدودی داشته باشند. بزرگ‌ترین آتشفشان منظومه شمسی آتشفشان المپوس واقع در مریخ است که از نوع آتشفشان‌های پوسته‌ای بوده و  سه برابر کوه اورست ارتفاع دارد. آتشفشان‌های پوسته‌ای در زمین به‌صورت توده‌هایی از ماگما در می‌آیند. این توده‌ها هنگامی ایجاد می‌شوند که بخش نازکی از پوسته بالای نقطه‌ای داغ در گوشته قرار گرفته باشد. اما حرکت پوسته زمین مانع از ادامه رشد این توده‌های ماگما در یک مکان می‌شود. در مریخ که حرکت صفحه‌های زمین‌ساختی وجود ندارد یا بسیار جزئی است، آتشفشان‌ها به‌راحتی بزرگ و بزرگ‌تر می‌شوند.

تاریخ زمین‌شناسی در دو نیمکره‌ی مریخ متفاوت است. بیشتر مکان‌های نیمکره شمالی را دشت‌های پست و به نسبت صاف تشکیل می‌دهد؛ در حالی‌که نیمکره جنوبی دارای عوارض قدیمی‌تر و دهانه‌های مرتفع است.

مقادیری از گاز متان در مریخ نخستین بار در سال ۲۰۰۳ کشف شد. از آنجا که این گاز ناپایدار است، حضور آن در مریخ گواهی بر وجود یک منشأ فعال است. فرضیه‌های مختلفی برای وجود متان در مریخ مطرح شده است. برخی تصور می‌کنند متان بر اثر واکنش‌های شیمیایی در دنباله‌دارها تولید شده است. این فرضیه در سال ۲۰۰۹ مردود اعلام شد. فرضیه دیگری ترکیبات آلی موجود روی دنباله‌دارها را منبع تولید متان معرفی کرد. این ترکیبات ازطریق تابش فرابنفش به متان تبدیل می‌شوند.

وجود حیات در شکل میکروارگانیسم‌هایی از قبیل متانوژن‌‌ها از دیگر فرضیه‌هایی است که اثبات‌نشده باقی مانده است. اگر حیات میکروسکوپی مریخی متان تولید کند، احتمالأ در اعماق سطح، جایی که دما برای حضور آب مایع مناسب است، حضور داشته باشد.

در سال ۲۰۱۶، مدارگرد ردیاب گاز اگزومارس به سمت مریخ پرتاب شد تا غلظت و منشأ متان را به همراه فرمالدهید و متانول در جو نقشه‌نگاری کند. فرمالدهید که در سال ۲۰۰۵ در جو مریخ شناسایی شد، از اکسیداسیون متان حاصل می‌شود و می‌تواند گواهی بر فعال‌بودن مریخ از نظر زمین‌شناسی یا نشانه‌ای از حیات میکروبی باشد. با اینکه دانشمندان ناسا پیگیری این یافته‌ها را ارزشمند می‌دانند، اما هرگونه ادعای حیات در مریخ را رد می‌کنند.

متان موجود در مریخ ممکن است در اثر فرآیندهای غیر زیستی زمین‌شناختی نیز تولید شده باشد. این متان ممکن است ازطریق شکاف‌ها و روزنه‌های نفوذپذیر گازی موجود در سنگ‌ها و رسوبات آزاد شود و نیز ممکن است از مخازن و مجراهای گازی عمیق در اثر فعالیت‌های زمین‌گرمایی تولید شود. اما هیچ‌گونه نشر فعالی از این‌گونه گازها در مریخ شناسایی نشده است.

با اینکه شواهد و مشاهداتی از احتمال حیات فرضی در مریخ ارائه شده اما اختلاف‌نظرها در این مورد بسیار است. در حال حاضر، هیچ شواهد میکروسکوپی از سلول‌ها یا ساختارهای درون سلولی وجود ندارد و بنابراین اثبات قطعی از حیات مریخی در دست نیست. به‌علاوه، هرچند ارگانیسم‌ها می‌توانند در فضا یا محیط مریخی شبیه‌سازی‌شده زنده بمانند؛ اما شواهدی که نشان دهد این ارگانیسم‌ها بتوانند در مریخ رشد و شکوفایی یابند، موجود نیست. همچنین تشخیص یک ارگانیسم زنده از ساختار رسوبی دشوار است. شواهد به‌طور کلی از وجود یک محیط مطلوب زیست فرازمینی در مریخ حمایت می‌کنند اما تنها نتیجه‌ای که فعلا می‌توان گرفت این است: سؤال مربوط‌به وجود حیات در مریخ همچنان بی‌پاسخ است.

جو مشتری محیطی به‌شدت نامناسب برای شکل‌گیری زندگی است، اما چهار قمر بزرگ‌تر مشتری آیو، اروپا، گانیمد و کالیستو دارای ویژگی‌های زیست‌‌محیطی بالقوه برای پیدایش زندگی هستند.

چگالی بالای آیو نشان می‌دهد در این قمر فسفر و سیلیکات وجود دارد. آیو دارای هسته‌ای چگال از جنس آهن و سولفید آهن است که با سیلیکات مذاب احاطه شده است. آیو در اثر نیرو‌های کشندی حاصل از کشش گرانشی مشتری گرم می‌شود. این نیروی اصطکاکی آن‌قدر قوی است که سبب پدید آمدن فعالیت‌های گرمایی در آیو می‌شود. این قمر یکی از پرانرژی‌ترین سطوح را در منظومه خورشیدی دارد؛ به‌گونه‌ای که گدازه‌های سیلیکاتی از آتشفشان‌های فعال به بیرون پرتاب می‌شوند. سطح آیو پوشیده از گدازه‌های گوگردی حاصل از آتشفشان‌ها و دودکش‌ها است. هیچ اثری از دهانه‌های برخوردی روی آیو دیده نمی‌شود؛ زیرا سطح آن پیوسته با گدازه‌های جدید بازسازی می‌شود. دمای سطحی این قمر بسته به مکان و فاصله تا دهانه‌های آتشفشانی گرم، بین ۱۵۰- تا ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد است. اگرچه هیچ مدرکی از وجود آب در آیو به‌صورت یخ در سطح یا به‌صورت بخار آب، هیدروژن یا اکسیژن در جو آن در دست نیست؛ اما به‌دلیل ویژگی‌های گرمایی‌اش در فهرست اجرام مناسب حیات در منظومه خورشیدی قرار دارد.

آیو، قمر آتشفشانی مشتری

موجودات گوگرددوست اگر بتوانند در آیو زندگی کنند، باید به‌حدی مقاوم باشند که دربرابر تابش‌های شدید ذرات پرانرژی دوام بیاورند. این ذرات پرانرژی در راستای خطوط میدان مغناطیسی مشتری و آیو حرکت می‌کنند.

اروپا در فاصله‌ای نسبتاً نزدیک به دور مشتری می‌گردد و به اندازه کافی نزدیک است تا در اثر نیروهای کشندی حاصل از گرانش مشتری گرم شود. سطح اروپا از فلز و سیلیکات به همراه مقادیر قابل‌توجهی یخ‌آب تشکیل شده است. اروپا هسته‌ای فلزی دارد که با گوشته‌ای سیلیکاتی پوشیده شده و پوسته‌ای از جنس یخ آن را احاطه کرده است. به نظر می‌رسد اروپا میدان مغناطیسی هم داشته باشد. براساس مدل‌های پیشنهادی، پوسته یخی و ضخیم ۱۵۰ کیلومتری اروپا، ساختار لایه‌ لایه دارد و اقیانوسی پرنمک در زیر پوسته نازک‌تر یخ‌آبی آن قرار دارد. اگر اقیانوس آب مایع در زیر سطح اروپا وجود داشته باشد، آن‌گاه منبع گرمایی که باعث مایع ماندن این آب شود، از واکنش‌های گرانشی تأمین می‌شود. علاوه‌بر تأثیر گرانشی زیاد مشتری، آیو و گانیمد نیز کشش گرانشی اندکی بر اروپا وارد می‌کنند. به نظر می‌رسد این اقیانوس نمکین عامل پدید آمدن میدان مغناطیسی اروپا است.

اروپا، قمر مشتری. به‌طور بالقوه اقیانوس آب مایع زیرسطحی دارد و تصور می‌شود یکی از مکان‌های محتمل برای حیات فرازمینی است.

برخورد اجرام آسمانی، غبار و ماده نمکی را از زیر پوسته یخی به رو می‌آورد و در سطح این قمر پخش می‌کند. ممکن است نوعی فعالیت شبیه به زمین‌ساخت صفحه‌ای هم در اروپا وجود داشته باشد. ولی مانند زمین، آیو در اثر سیلیکات‌های مذاب به وجود نمی‌آید؛ بلکه در اثر بالا آمدن مخلوط آب و یخ در فرایندی موسوم به فعالیت‌های یخ‌فشانی (کریوولکانیسم) ایجاد می‌شود. فعالیت‌های انفجاری شبیه آتشفشان‌های روی زمین در آنجا هم روی می‌دهد و مواد از میان شکاف یخ‌های سطحی به بیرون پرتاب می‌شوند و دوباره باعث پراکنده شدن غبار بر سطح آن می‌شوند. گمانه‌زنی‌های زیادی هم درمورد گرم شدن اقیانوس اروپا با مجراهای گرمابی که همانند آن در اقیانوس‌های زمین دیده شده، مطرح است. در این صورت ممکن است مجراهای گرمابی اروپا مانند زمین محل زندگی انواع ارگانیسم‌ها باشد. نظریه دیگری هم است که براساس آن، انرژی شیمیایی کافی برای زندگی میکروب‌ها در سطح اروپا با تابش ناشی از مشتری فراهم می‌شود. اروپا نیز همانند دیگر کرات، مورد اصابت اجرام آسمانی قرار گرفته و طبق نظریه پانسپرمیا ممکن است مانند زمین ترکیب‌های زیستی در اثر بمباران دنباله‌دارها و سیارک‌ها وارد آن شده باشد.

گانیمد و کالیستو بزرگ‌ترین قمرهای مشتری با چگالی مشابه هستند؛ اما به‌دلیل تفاوت در تاریخ تکامل آن‌ها، ظاهر متفاوتی دارند.به نظر می‌رسد گانیمد هسته آهنی کوچکی داشته باشد که ابتدا با لایه‌ای از سیلیکات و سپس گوشته‌ای یخی و درنهایت پوسته‌ای یخی پوشانده شده است. سطح آن با نواحی تیره روشن متمایزی شناخته می‌شود. در قسمت‌های تیره‌، دهانه‌های برخوردی و شیارهای سینوسی شکل زیادی وجود دارد که نشان‌دهنده سن به نسبت بالای آن‌ها است. برخلاف این مناطق، نواحی روشن سطح گانیمد، بسیار هموارتر هستند و دهانه‌های برخوردی کمتری دارند و به‌جای شیار دارای آبریزها و گودی‌های موازی هستند. شیارها و گودی‌های گانیمد در اثر فعالیت صفحه‌های آن‌ به وجود آمده‌اند ولی این فعالیت با آنچه در اروپا رخ می‌دهد متفاوت است.

گانیمد ممکن است اقیانوس آب مایع شور زیرسطحی داشته باشد که قابلیت پشتیبانی از حیات میکروبی را دارد

تصور می‌شود چینه‌های موازی در گانیمد به‌دلیل کش آمدن پوسته آن و شبیه به دره‌های چاک‌دار زمین شکل گرفته باشند. سپس، در اثر فعالیت‌های یخ‌فشانی (کریوولکانیسم) سیلابی از مواد آب-یخ در دره‌های آن جاری شده باشد. گانیمد نیز مانند اروپا و آیو در اثر نیروی گرانش مشتری گرم می‌شود. خود گانیمد، میدان مغناطیسی دارد که نشان‌دهنده مذاب بودن دست‌کم بخشی از هسته آن است. در گانیمد نیز همچون اروپا، ممکن است بخشی از گوشته یخی قمر، مایع بوده و در نتیجه نوعی حیات در آن وجود داشته باشد.

کالیستو مخلوطی از سنگ ویخ است که پوسته‌ای بیشتر از جنس یخ روی آن قرار گرفته است. دهانه‌ها و عوارض حلقه‌ای‌شکل بسیاری بر سطحش وجود دارد. کالیستو میدان مغناطیسی و در نتیجه هسته مذاب ندارد و به‌قدری از مشتری دور است که گرمایش حاصل از نیروهای کشندی هیج نقشی در تکامل آن ایفا نکرده‌اند. هر چند فضاپیمای گالیله هنگام عبور از نزدیکی کالیستو، بی‌نظمی‌هایی مغناطیسی ثبت کرد که به نظر می‌رسد نشان‌دهنده نوعی واکنش در میدان مغناطیسی مشتری باشد. یک توضیح برای این رویداد، تحریک میدان مغناطیسی با اقیانوسی سرشار از نمک است. براساس مدل‌های پیشنهادی، عمق این اقیانوس می‌تواند بین ۱۰ تا ۱۰۰ کیلومتر باشد. منشأ گرمایی که موجب مایع ماندن چنین لایه‌‌ای شده، همچنان نامعلوم است. اگرچه ممکن است کالیستو برای پیدایش زندگی چندان مناسب نباشد؛ اما نمی‌توان آن را با قطعیت رد کرد.

کالیستو یک قمر پر از دهانه‌های برخوردی است. ممکن است و احتمال دارد اقیانوس آب مایع به‌طور بالقوه در زیر سطح آن وجود داشته باشد

خورشید به‌طور دائم متان را تجزیه می‌کند، پس یا باید منبعی برای تولید متان وجود داشته باشد یا در طول زمان متان آن تمام خواهد شد. تصور می‌شود فرایندهای یخ‌فشانی این متان را وارد جو تیتان می‌کنند، اما اگر فرایند دیگری نیز در کار باشد، هنوز از آن اطلاعی در دست نیست. در اثر چگالش اتان در جو تیتان دریاچه‌ها و تالاب‌هایی از اتان به وجود می‌آید که دارای محلول آمونیاک و متان هستند. اگرچه محیط تیتان برای پیدایش زندگی مناسب نیست ولی ترکیب گازهای موجود در جو و شرایط سطحی آن بسیار به دوره ابتدایی زمین شبیه است.

تیتان، بزرگ‌ترین قمر زحل، جوی ضخیم دارد که از نظر شیمیایی فعال است.

کاوش‌های صورت‌گرفته بر تیتان، از وجود اقیانوس در ۵۵ تا ۸۰ کیلومتری زیر سطح یخی این قمر خبر می‌دهد. فرضیه‌ی وجود اقیانوس آب مایع، تیتان را در دسته‌ی جهان‌هایی قرار می‌دهد که به‌طور بالقوه دارای حیات هستند. به‌علاوه، رودخانه‌ها، دریاچه‌ها و دریاهای متان و اتان مایع روی سطح تیتان می‌توانند به‌عنوان یک محیط سکونت‌پذیر عمل کنند. هرچند، چنین حیاتی در صورت وجود، با آنچه در زمین می‌شناسیم بسیار متفاوت خواهد بود. تیتان به‌طور بالقوه می‌تواند پشتیبان حیاتی به صورتی که می‌شناسیم، در اقیانوس زیرسطحی و نیز به شکلی که نمی‌شناسیم، در هیدروکربن‌های مایع سطحی باشد. بااین‌حال هنوز هیچ‌گونه شواهدی از حیات در تیتان وجود ندارد و شیمی پیچیده و محیط بی‌نظیر این قمر منجر به ادامه‌ی کاوش‌ها شده است.

انسلادوس فوران‌هایی از آب شور به همراه دانه‌های شنی غنی از سیلیکا، نیتروژن (به فرم آمونیاک) و مولکول‌های آلی دارد و مقادیر ناچیزی از هیدروکربن‌ها از جمله متان، پروپان و فرمالدهید را که مولکول‌های حاوی کربن هستند، شامل می‌شود. این موضوع نشان می‌دهد یک فعالیت گرمابی (هیدروترمال) در اقیانوس زیر سطحی انسلادوس وجود دارد.

تصویر فرضی از فعالیت‌های گرمابی در کف اقیانوس زیرسطحی انسلادوس. این مجراهای گرمابی می‌توانند عامل فوران‌های آبی در سطح انسلادوس باشند

به‌علاوه، مدل‌ها نشان می‌دهند هسته سنگی انسلادوس متخلخل و اسفنج‌مانند است، به این ترتیب، آب در طول آن جریان می‌یابد و گرما را منتقل می‌کند. مولکول هیدورژن یک منبع انرژی ژئوشیمیایی به حساب می‌آید و می‌تواند ازطریق میکروب‌های متانوژن متابولیزه شود تا انرژی لازم برای حیات فراهم شود. مولکول‌های هیدروژن موجود در فوران‌های انسلادوس، فعالیت گرمابی زیر سطح این قمر را نشان می‌دهد. اگر میکروب‌هایی وجود داشته باشند، می‌توانند هیدروژن فراوان موجود در اقیانوس انسلادوس را برای به‌دست‌آوردن انرژی مصرف کنند. در این واکنش که تولید متان نام دارد، هیدروژن با کربن دی‌اکسید حل شده در آب ترکیب می‌شود و متان به‌عنوان فرآورده‌ی این واکنش تولید می‌شود.

انسلادوس، ششمین قمر زحل، اقیانوس آب مایع زیرسطحی دارد

تنها حیات شناخته‌شده در منظومه شمسی در سیاره زمین است، بااین‌حال با درنظرگرفتن جهان‌های اقیانوسی زیرسطحی در برخی اقمار منظومه شمسی، اگر حیات امکان وجود داشته باشد، به احتمال قوی شکل میکروبی خواهد داشت. بااین‌حال فضاپیماها، جهان‌های بسیاری را در منظومه شمسی برای کاوش‌های اخترزیست‌شناسی کاوش کرده‌اند. جست‌وجو برای یافتن حیات فرازمینی در جهان‌های فراتر از منظومه شمسی و نیز دانشی که از این کاوش‌ها به دست می‌آید، بسیار چالش‌برانگیز است و فرصت مناسبی برای کاوش‌های فضایی در عصر حاضر خواهند بود. بااین‌حال انگیزه برای کشف حیات فرازمینی چه در منظومه شمسی و چه فراتر از آن بسیار است. اگر حیات فراتر از زمین در جای دیگری شکل نگرفته باشد، مایه‌ی بهت و حیرت بسیاری خواهد بود تا اینکه حیاتی غیر از آنچه در زمین شناخته شده است، وجود داشته باشد.