Onko siellä ketään?

Elämän tähtieteelliset edellytykset

Kirkkonummen Komeetta järjesti yleisöesitelmän aiheesta Onko siellä ketään? - Elämän tähtitieteelliset edellytykset. Esitelmän piti Thomas Hackman Helsingin yliopiston Tähtitieteen laitokselta. Esitelmän rahoitti Helsingin yliopiston Vapaan sivistystyön toimikunta. Esitelmää kuulemassa oli 62 henkeä.

Viimeisen kymmenen vuoden aikana on löydetty n. 150 uutta planeettajärjestelmää. Uudet löydöt ajankohtaistavat kysymyksen siitä, onko muualla maailmankaikkeudessa kehittynyttä elämää. Fil. tri Thomas Hackman kertoi miten uusia planeettoja löydetään sekä tarkasteli elämän edellytyksiä tähtitieteen kannalta.

Thomas Hackman on filosofian tohtori ja toimii projektipäällikkönä ja tutkijana Helsingin yliopiston observatoriossa. Hackman on erikoistunut auringonkaltaisiin tähtiin ja niiden magneettiseen aktiivisuuteen.

Klikkaa kuvaa!
Fil. tri Thomas Hackman esitelmöi Kirkkonummella. Kuva Seppo Linnaluoto.

Onko elämää?

Oletetaan ensiksikin, että Maa on normaali planeetta ja Aurinko normaali tähti. Oletetaan toiseksi, että älykäs elämä kehittyy luonnollisen prosessin kautta elinkelpoiselle planeetalle. Näistä seikoista seuraa, että pelkästään Linnunradassa pitäisi olla suuri määrä sivilisaatioita. Tästä seuraa ns. Fermin paradoksi "missä kaikki ovat?", koska elämää ei ole löytynyt.

Tarkastellaan Linnunradan sivilisaatioiden lukumäärää ns. Draken yhtälön avulla. Ensiksi yhtälössä on termi, jonka suuruus tiedetään, nimittäin tähtien syntynopeus Linnunradassa. Se on noin 10 tähteä vuodessa. Toiseksi yhtälössä on kertoimia, jotka yhdessä ilmaisevat kuinka suurelle osalle syntyvistä tähdistä muodostuu elämälle suotuisa planeetta, jossa elämä todella saa alkunsa ja kehittyy sivilisaation tasolle. Viimeisessä termissä on sivilisaatioiden elinikä vuosissa. Termit kerrotaan keskenään ja lopputulokseksi saadaan tämänhetkisten sivilisaatioiden todennäköinen lukumäärä Linnunradassa.

Jos arvataan, että sivilisaatio syntyy puolen promillen todennäköisyydellä ja että ne elävät 100 000 vuotta, saadaan Linnunradan tämänhetkisten sivilisaatioiden lukumääräksi 500. Tämä merkitsee sitä, että lähimmän sivilisaation todennäköinen etäisyys olisi noin 10 000 valovuotta. Tämä on valtava matka, joka vie jopa valtavalla 10 %:lla valon nopeudesta (valon nopeus on 300 000 km/s) 100 000 vuotta.

Klikkaa kuvaa!
Thomas Hackmanin esitelmää kuunteli yli 60 henkeä. Kuva Seppo Linnaluoto.

Missä he ovat?

Muita sivilisaatioita saattaa olla olemassa, mutta emme huomaa niitä koska me etsimme väärin tai he eivät halua että huomaamme heitä.

Voimme taas olla yksin koska elämää ei ole muualla tai sivilisaation syntyminen on epätodennäköistä. Me olemme ensimmäiset, muut eivät ole ehtineet kehittyä. Selityksenä voi olla myös että sivilisaatiot elävät lyhyen ajan.

Maailmankaikkeuden mittakaavoja

Maan etäisyys Auringosta on 150 miljoonaa km, minkä matkan valo taittaa 300 000 km sekuntivauhdillaan yli 8 minuutissa. Pluton etäisyys Auringosta on lähes 40 kertaa suurempi, jonka matka vie valolta 5,5 tuntia. Lähimmän naapuritähden (Proxima Centaurin) etäisyys on 40 biljoonaa km, mikä valolta vie 4,2 vuotta eli tähti on 4,2 valovuoden päässä. Proxima Centauri on 270 000 kertaa kaumpana meistä kuin Aurinko eli aurinkokuntien välillä on valtavan paljon tyhjää tilaa.

Aurinko kuuluu Linnunrataan, jossa on 400-500 miljardia tähteä. Etäisyys Andromedan galaksiin on 23 triljoonaa km eli 2,5 miljoonaa valovuotta. Näkyvässä osassa maailmankaikkeutta on yli 100 miljardia galaksia.

Elämän edellytykset

Elämän edellytyksiä tutkii bioastronomia tai astrobiologia. Se on poikkitiede jossa yhdistyvät mm. tähtitiede, biotieteet ja geologia.

Mitä sitten on elämä? Tähtitieteen professori Esko Valtaoja määrittelee sen näin kirjassaan Kotona maailmankaikkeudessa: "Elävä olento on järjestäytynyttä monimutkaisuutta, joka pystyy vastaanottamaan, tuottamaan, käsittelemään ja siirtämään edelleen informaatiota, ja lisäksi tekemään lähes identtisen kopion itsestään."

Elämän tunnusmerkkejä ovat aineenvaihdunta, kasvu, lisääntyminen, sopeutuminen, evoluutio, itsenäisyys ja kuolema. Elämän edellytyksiä ovat elinkelpoinen maailmankaikkeus, erilaisten alkuaineiden esiintyminen, energianlähteet (tähdet ym.) ja evoluutioon tarvittava aika.

Alkuräjähdyksen jälkeiset ensimmäiset tähtisukupolvet eivät tarjonneet edellytyksiä elämälle, sillä silloin ei vielä ollut juuri muita alkuaineita kuin vetyä ja heliumia. Kuitenkin supernovat levittivät uusia alkuaineita ja rikastuttivat tähtienvälisiä pilviä. Niistä syntyneet uudet tähtisukupolvet tarjosivat parempia edellytyksiä elämälle. Tähtien synnystä ylijääneestä aineesta saattoi syntyä myös maankaltaisia planeettoja.

Miksi Maa on suotuisa elämän kehitykselle?

Aurinko oikeantyyppinen tähti elämän kehittymiselle. Ei ole lähellä vaarallisia säteilylähteitä. Eri alkuaineita riittävästi, mm. hiiltä, happea ym. Maa on sopivalla etäisyydellä Auringosta, niin että esim. vesion nestemäistä. Maan rata on lähes ympyrämuotoinen, niin että esim. lämpötila ei vaihtele suuresti. Maata suojaa magneettikenttä ja ilmakehä.

Maalla on sopiva ydin, vaippa ja kuori. Maalla on myös vakaa pyörimisakseli. Jupiter suojaa törmäyksiltä. Sopiva määrä katastrofeja on edistänyt evoluutiota.

Klikkaa kuvaa!
Tällä planeetalla on elämää! Apollo 17:n kuumatkalta otettu kuva Maasta vuodelta 1972. Kuva NASA.

Maan elämän kehittyminen

Maa muodostui 4,6 miljardia vuotta sitten. Ensimmäiset merkit elämästä olivat noin 3,9 miljardia vuotta sitten. Ensimmäiset monisoluiset eliöt muodostuivat noin 2 miljardia vuotta sitten. Ensimmäiset alkueläimet syntyivät noin 1,6 miljardia vuotta sitten. Elämän kehitys nopeutui suuresti noin 550 miljoona vuotta sitten.

Kaikella elämällä sama alkuperä, tästä todistavat DNA ja RNA. Elämä on levinnyt kaikkialle, mukautunut myös äärimmäisiin olosuhteisiin. 500 miljoonan vuoden aikana suurin osa lajeista tuhoutunut 5 kertaa, mikä lienee edistänyt elämän kehitystä.

Onko elämä harvinaista?

Jotkut ovat sitä mieltä, että elämä tulee toimeen melkein missä vain. Mutta toisaalta Maan elämän kehittyminen on riippunut monista epätodennäköisistä olosuhteista. Maan elämä voi olla (melkein) ainutlaatuista. Primitiivistä elämää voi esiintyä runsaasti, mutta kehittynyt elämä voi olla harvinaista.

Elämää muualla?

Nykyään tiedämme, että maankaltaista elämää ei ole muualla aurinkokunnassa. Venus on aivan liian kuuma. Mars taas on liian kylmä ja Marsin ilmakehä liian ohut.

Primitiivistä elämää voi tai on voinut olla, esim. Marsissa, Jupiterin suurissa kuissa, kuten Europassa tai Saturnuksen kuu Titanissa, jolla on paksu ilmakehä.

Aurinkokunnan ulkopuolella tähtien planeettajärjestelmät ovat yleisiä. Voimme havaita planeettakuntien muodostumista. Voimme myös havaita planeettoja, mutta lähinnä epäsuorasti. Suurin osa planeetoista on löydetty spektroskooppisesti. Planeetta vaikuttaa painovoimallaan emotähteen, siten että molemmat liikkuvat radoilla yhteisen massakeskipisteen ympäri. Tähden liike paljastuu kun mitataan spektriviivojen Doppler-siirtymää. Planeetta voi myös paljastua gravitaatiolinssinä: planeetan painovoima muuttaa taustalla olevan tähden valon kulkua. Lisäksi planeetta voi myös kulkea radallaan meiltä katsottuna emotähden yli, jolloin tapahtuu pieni pimennys säännöllisin väliajoin. Tähän asti on löydetty n. 150 planeettajärjestelmää, mutta tarkkuus ei vielä riitä maankokoisten planeettojen havaitsemiseksi. Lähitulevaisuuden havaintohankkeet, erityisesti tähtitieteelliset satelliitit tulevat moninkertaistamaan löydettyjen planeettojen lukumäärää ja n. kymmennen vuoden sisään havaitaan luultavasti enemmän maankokoisiakin planeettoja.

Loppupäätelmät

Muutaman kymmenen vuoden aikana on myös eri menetelmin yritetty havaita merkkejä muista sivilisaatioista, mutta niitä ei ole löytynyt. Suurista etäisyyksistä johtuen kommunikaatio olisi joka tapauksessa hyvin vaikeata. Eli vaikka muita siviilisaatioita olisi, niin emme kuitenkaan välttämättä saa niihin yhteyttä. Mutta kuitenkin on 100 miljardia galaksia, joten on epätodennäköistä että olisimme maailmankaikkeudessa yksin.

Seuraava Kirkkonummen Komeetan esitelmätilaisuus on tiistaina 7.3. klo 18.30 Kirkkonummen koulukeskuksen auditoriossa. Dosentti Jukka Nevalainen kertoo aiheesta Maailmankaikkeuden pimeä aine.

Seppo Linnaluoto