Arkisto
- maaliskuu 2023
- helmikuu 2023
- tammikuu 2023
- joulukuu 2022
- marraskuu 2022
- lokakuu 2022
- syyskuu 2022
- elokuu 2022
- kesäkuu 2022
- toukokuu 2022
- huhtikuu 2022
- maaliskuu 2022
- helmikuu 2022
- tammikuu 2022
- joulukuu 2021
- marraskuu 2021
- lokakuu 2021
- syyskuu 2021
- elokuu 2021
- kesäkuu 2021
- toukokuu 2021
- huhtikuu 2021
- maaliskuu 2021
- helmikuu 2021
- tammikuu 2021
- joulukuu 2020
- lokakuu 2020
- syyskuu 2020
- elokuu 2020
- kesäkuu 2020
- toukokuu 2020
- huhtikuu 2020
Kuinka monta maapalloa mahtuu yhteen galaksiin?
Muutaman kuukauden välein mediassa julkaistaan suurten sanojen saattelemina juttuja siitä kuinka monta elinkelpoista planeettaa galaksissamme on. Tavallisesti asia esitetään kertomalla jokin valtaisa numero, kuten 300 miljoonaa, ja sitten taivastellaan, että kylläpä kyseessä on suuri luku ja onpa elinkelpoisia planeettoja paljon jo omassa galaksissamme. Maankaltaisiin planeettoihin aina liittyvä yli-innokas hypetys, joka aika-ajoin lähtee pahasti käsistä, kuorrutetaan asettamalla tilastollinen kirsikka epävarman kakun päälle — sanotaan, että lähin maankaltainen planeetta on vaikkapa 20 valovuoden päässä meistä, mikä tietenkin tarkoittaa, ettemme voi siellä koskaan vierailla.
Kuitenkin, pelkän numeron kirjoittaminen mediaan ja kehystäminen merkittäväksi tulokseksi antaa tavallisesti kovin harhaanjohtavan kuvan siitä, mitä alan asiantuntijat, tähtitieteen tutkijat, ovat oikeastaan asiasta kirjoittaneet. Tilanne ei ole koskaan niin yksinkertainen, kuten Helsingin Sanomien esimerkiksi tarjoama heikosti taustoitettu, ulkomaisesta mediasta kopioimalla ja kääntämällä tuotettu artikkeli antaa viimein ymmärtää aivan lopussa tutkija David Charbonneaun sanoin: ”Kepler [avaruusteleskooppi] ei ole havainnut vielä yhtäkään planeettaa, joka olisi Maan kanssa täysin samankokoinen ja kiertäisi auringonkaltaista tähteä täsmälleen samassa ajassa kuin Maa.” Mutta kuinka voimme sanoa mitään maankaltaisista, elävistä planeetoista, jos emme tunne Maan lisäksi ainuttakaan sellaista muiden tähtien kiertoradoilta?
Olen aiemmin kirjoittanut asiasta runsaasti. Yhden arvion mukaan Linnunradassa on jopa kuusi miljardia tietyin kriteerein maankaltaista planeettaa. Voi olla olemassa jopa planeettoja, jotka ovat Maata parempia ylläpitämään monimuotoista biosfääriä. On olemassa luultavasti monia erilaisia elämää ylläpitämään kykenevien planeettojen tyyppejä ja jopa lähin eksoplaneetta, Proxima b, saattaa olla elinkelpoinen. On siksi syytä tarkastella yksityiskohtaisemmin sitä, mistä on kyse, kun sanotaan galaksissamme olevan 300 miljoonaa elinkelpoista planeettaa.
Ensimmäinen askel sen selvittämiseksi kuinka monta maankaltaista planeettaa galaksistamme löytyy, on määritellä mitä tarkoitetaan maankaltaisella. Planeetta voi muistuttaa Maata kooltaan, massaltaan, tiheydeltään, lämpötilaltaan ja monilta muilta ominaisuuksiltaan, mutta mikä oikeastaan tekee planeetasta maankaltaisen ja voimmeko edes havaita planeettoja, jotka ovat valittujen ominaisuuksien osalta maankaltaisia? Steve Brysonin johtaman suuren, pääosin yhdysvaltalaisen tutkimusryhmän tuore selvitys lähtee luonnollisesti liikkeelle juuri maankaltaisuuden määrittelystä.
Bryson ja kumppanit rajasivat tutkimuksensa auringonkaltaisia tähtiä kiertäviin planeettoihin. Planeetta ei voi olla maankaltainen, jos se kiertää radallaan täysin erilaista tähteä. Tähden tyyppi vaikuttaa niin planeetan kokemiin säteilyolosuhteisiin, lämpötilaan kuin pyörimisen lukkiutumiseen synkroniin kiertoajan kanssa. Olosuhteiden seurauksena, esimerkiksi punaisia kääpiötähtiä kiertävät mutta lämpötilaltaan maankaltaiset planeetat kylpevät Maasta poiketen voimakkaassa suurienergisessä säteilyssä kiertäessään tähteään sen lähellä, intensiivisille tähden purkauksille alttiina. Lisäksi ne näyttävät aina saman puoliskon tähdelleen, mikä tekee punaisten kääpiöiden planeetoista hyvin erilaisia elinympäristöjä, jos ne edes voivat ylläpitää elämää. Aurinkoa kirkkaampien tähtien ongelma taas on niiden lyhyt elinikä, jonka puitteissa biosfäärit eivät luultavasti ehdi kehittymään ja kukoistamaan, vaikka elämän synty olisikin mahdollista.
Tavanomainen tapa rajata tutkimus auringonkaltaisiin tähtiin, on tarkastella tähtien lämpötiloja, jotka voidaan määrittää kohtuullisen tarkasti tähtien kirkkauksia havainnoimalla. Bryson ryhmineen määritteli auringonkaltaisiksi tähdet, joiden lämpötilat ovat välillä 4800-6300 kelvinastetta — vertailun vuoksi, Aurinko on lämpötilaltaan noin 5770 K. Valitulla lämpötilavälillä olevien tähtien joukkoon mahtuvat siten kaikki keltaiset spektriluokan G kääpiötähdet, jollaiseksi Aurinkokin luokitellaan. Joukkoon mahtuvat myös noin puolet oransseista spektriluokan K tähdistä, sekä kourallinen valkoisena hehkuvia, kuumempia F spektriluokan tähtiä. On huomionarvoista, että lämpötilaväli on täysin subjektiivisesti valittu — tutkijat perustelevat välin valinnan sillä, että Kepler-avaruusteleskoopin havainnot eivät ole kattavia 6300 K kuumemmille tähdille ja 4800 K viileämpiä tähtiä kiertävien elinkelpoisten planeettojen pyöriminen on todennäköisesti synkronissa niiden kiertoajan kanssa. Kyseessä eivät kuitenkaan ole rajoitukset elämän esiintymiselle mutta toisaalta taas joukkoon mahtuu runsaasti tähtiä, jotka poikkeavat Auringosta huomattavasti, eikä niiden planeettoja siten voi kutsua siltä osin maankaltaisiksi. Tällainen määritelmällinen subjektiivisuus on kuitenkin väistämätöntä, koska tarkasteltavien tähtien joukko on rajattava jollakin tavalla.
Toinen subjektiivinen raja on vedettävä siihen, minkä kokoisia planeettoja pidetään maankaltaisina. Jos planeetan halkaisija on sama kuin Maalla, se voi silti olla koostumukseltaan ja ominaisuuksiltaan täysin maasta poikkeava mutta koko on likimain ainoa suora tieto, jota Kepler-avaruusteleskoopin havaitsemista planeetoista saadaan selville. Siksi tutkijat tekivät jälleen subjektiivisen valinnan — he määrittelivät planeetan kooltaan maankaltaiseksi, jos sen halkaisija on vähintään puolet Maan halkaisijasta tai korkeintaan sitä 50% suurempi. Jos planeetan koostumus ja tiheys vastaavat Maata, kooltaan puolet pienempi planeetta on massaltaan kuin Mars, pieni kiviplaneetta, joka ei kykene pitämään kiinni paksusta kaasukehästä pitkiä aikoja. Sellainen planeetta on luultavasti kuiva autiomaa, josta kaikki vesi on haihtunut, ellei tähden säteily ole niin heikkoa, että osa vedestä pysyy planeetan pinnalla jäänä. Vastaavasti, 50% Maata suurempi planeetta on supermaapallo, joka voi pitää kiinni paksusta kaasukehästä ja jonka kuumaa painekattilaa muistuttavat pintaolosuhteet voivat silloin tehdä planeetasta vihamielisen kaikelle tunnetulle elämälle. Siihen, minkä kokoinen planeetta voi olla maankaltainen liittyy huomattavia epäselvyyksiä.
Ongelmia tulee vastaan myös koetettaessa arvioida millä etäisyydellä tähdestään planeetan tulisi olla, jotta se voisi olla maankaltainen. Koska tähden säteily heikkenee suhteessa etäisyyden neliöön, kaukaisempien planeettojen pinnalla on viileämpää. Vain tietyt etäisyydet kosmisista fuusioreaktion voimalla toimivista lämpöpattereista mahdollistavat nestemäisen veden ja siten elämän esiintymisen. Nämä rajat osataan arvioida varsin tarkkaan, ja rajoiksi asetetaan tyypillisesti etäisyys tähdestä, jonka sisäpuolella kasvihuoneilmiö tekee planeettojen pinnoista kuumia pätsejä kuten Venuksen pinnalla ja ulkoraja, jolla säteily riittää juuri ja juuri estämään edes joitakin planeetan osia jäätymästä. Kaikki riippuu kuitenkin planeetan ja sen kaasukehän koostumuksesta sekä kaasukehän paksuudesta, joista ei saada toistaiseksi mitään tietoa valtaosalle planeetoista edes parhailla käsillä olevilla instrumenteilla.
Edelläolevan pintaraapaisun lisäksi tilanteessa on niin paljon tuntemattomia muuttujia, subjektiivisia oletuksia ja vain karkeasti mallinnettuja arvioita, että jokainen saatu lukema maankaltaisten planeettojen yleisyydestä on vain valistunut arvaus, jonka paikkansapitävyydestä voimme käydä loputtomia akateemisia keskusteluita. Ne ovat kuitenkin parhaita olemassaolevia arvioita ja antavat meille edes jonkinlaisen tavan arvioida paikkaamme maailmankaikkeudessa.
Brysonin tutkimusryhmän saamat tulokset ovat mielenkiintoisia. Heidän konservatiivisten arviodensa mukaan, maankaltaisia planeettoja esiintyy galaksissamme yhtä auringonkaltaisia tähteä kohti keskimäärin 0.37 tai 0.60 riippuen valituista oletuksista. Yksi maankaltainen planeetta kahta auringonkaltaista tähteä kohti on siis perusteltu väite perustuen laajaan Kepler-avaruusteleskoopin havaintojen uudelleenanalyysiin. Tulos ei ole kuitenkaan vailla ongelmia. Numerot saavat merkityksensä ja kontekstinsa vasta, kun huomioimme niiden epävarmuuden. Sitä epävarmuutta taas kuvaa parhaiten arvioiden todennäköisyysjakauma (Kuva 2.).
Vaikka on perusteltua sanoa, että tulosten mukaan jokaista auringonkaltaista tähteä kiertää keskimäärin noin puoli maankaltaista planettaa, Kuvan 2. tulkinta on tulokselle ilmeisen brutaali. Arvion epävarmuudet ovat niin suuria, että mikä tahansa lukumäärä likimain nollasta aina 3-4 planeettaan tähteä kohti on mahdollinen, vaikkei aivan yhtä todennäköinen. Siksi tutkimus ei tarjoa kovinkaan paljon tietoa todellisesta maankaltaisten planeettojen lukumäärästä — niitä voi olla galaksissamme jotakin muutaman miljoonan ja muutaman miljardin välillä. Oikeastaan, likimain saman luottamusvälin saamme jo siitä, että tiedämme planeettoja olevan nollaa suuremman määrän mutta yksittäisen tähden kiertoradalle ei saada niiden keskinäisten vetovoimien aiheuttamien häiriöiden vuoksi pakattua enempää kuin 3-5 planeettaa, joiden olosuhteet voisivat olla maankaltaisia. Syynä tähän valtavaan epävarmuuteen on tietenkin kriteerit täyttävien planeettojen erittäin pieni määrä niiden ollessa aivan havaintotarkkuuden rajoilla, juuri ja juuri havaittavissa ja vain kouralliselle Kepler-avaruusteleskoopin tarkkailemista kymmenistätuhansista tähdistä.
Maankaltaisten planeettojen lukumäärää on ilmeisen vaikeaa arvioida. On kuitenkin hyödyllistä koettaa, jotta osaisimme arvioida mahdollisuuksia havaita niitä tarkemmin tulevaisuuden tehokkaammilla instrumenteilla. Saatuja tuloksia ei ole kuitenkaan syytä paisutella merkitykseltään, eikä lukuarvoihin tule luottaa sokeasti. Valitettava tilanne on edelleenkin se, että tunnemme vain yhden maankaltaisen planeetan, kourallisen joiltakin ominaisuuksiltaan maankaltaisia kiviplaneettoja, ja lukemattomia maailmoja, jotka eivät muistuta Maata juuri miltään ominaisuuksiltaan. Maapallojen yleisyydestä galaksissamme voi näiden tietojen pohjalta siksi esittää korkeintaan vain äärimmäisen karkeita arvioita.
Vastaa
Punaisen horisontin loisteessa
Miljoonien vuosien ajan, meren kuluttava voima on murentanut punertavassa, ihmissilmälle aamuhämärältä näyttävässä valossa paistattelevia rantakallioita. Miljardit aallot ovat murtuneet sen edustan matalikkoon ja kastelleet kalliot suolaisella vedellä. Ranta on syrjäinen, karun mantereen reunalla, paikassa, jossa tuuli puhaltaa ikuisesti mereltä tuoden mukanaan lämmintä, kosteaa ilmaa. Se kulkeutuu mantereen päälle, nousee korkeammalle ja jäähtyy. Kosteus putoaa taivaalta pisaroina, kaiken kastelevana sateena.
Jatkuva tuuli tuo mukanaan ikuisen sateen, kuin pysyvän monsuunin, joka kuluttaa mannerta antaen alkunsa monimuotoiselle jokien, purojen ja järvien verkostolle. Kuten rantakalliokin, joet ja järvet ovat ikuisen muutoksen kourissa. Eroosio kuluttaa rantatörmiä ja peruskalliota ja jokien uomat siirtyvät hiljalleen uusiin paikkoihin. Ilmasto on viileä mutta kostea. Olosuhteet ovat kuin Etelä-Amerikan Tulimaassa tai Pohjois-Euroopan Norjassa. Ilma ei ole varsinaisesti kylmä mutta kosteus ja tuuli saavat ihon kananlihalle ja pakottavat hakeutumaan suojaan. Tunnelmassa on kuitenkin jotakin erilaista, jotakin silmiinpistävän omituista. Punertava, vain vaivoin kelmeällä säteilyllään valaiseva aurinko horisontissa ei laske koskaan. Se pysyttelee liki paikallaan planeetan näyttäessä jatkuvasti saman puolensa tähdelleen.
Punertava valo on ainoaa, mitä niukan lämpösäteilyn lisäksi on tarjolla. Kellertävää valoa saapuu planeetan pinnalle vain vähän, sinistä valoa ei näy missään. Taivas on punainen ja synkkä. Kalliot näkyvät meressä vain tummanpunaisen eri sävyissä. Myös karun maailman kasvillisuus on sopeutunut punaiseen säteilyyn. Sen biokemiallinen koneisto on erikoistunut tuottamaan energiaa punaisesta valosta, jonka kasvien klorofyllimolekyylit imevät lähes täysin. Kasvit eivät heijasta valoa juuri lainkaan, vaan näyttävät väriltään lähes mustilta.
Olemme vieraassa maailmassa, elinkelpoisen planeetan pinnalla mutta täysin Maapallolta poikkeavassa ympäristössä. Punaisten kääpiöiden elävillä planeetoilla ruoho ei ole vihreämpää kuin aidan tällä puolella, vaan näyttäytyy synkkänä hiilenmustien korsien piikkimattona. Elävien planeettojen ei tarvitse olla samanlaisia kuin Maa.
Suurin osa punaisten kääpiötähtien elämän vyöhykkeen planeetoista on lukkiutunut näyttämään tähdelleen aina saman puoliskonsa. Elämän vyöhykkeet, joilla tähden säteily riittää pitämään planeettojen pinnoilla olevan veden nestemäisenä muttei saa sitä höyrystymään pois, sijaitsevat hyvin lähellä punaisten kääpiötähtien pintoja. Niiden vuoden pituudet ovat kymmenestä muutamaan kymmeneen Maan päivää, ja suhteutettuna Aurinkokunnan järjestelmään, planeetat kiertäisivät silloin Aurinkoa Merkuriuksen radan sisäpuolella. Himmeämpien tähtien kiertoradoilla ei kuitenkaan ole liian kuumaa edes aivan tähtien lähellä.
Punaisten kääpiöiden planeettakunnat ovat tavallisesti hyvin tiukkaan pakattuja. Toisin kuin oman aurinkokuntamme verrattaen kaukana toisistaan sijaitsevat planeetat, punaisia kääpiöitä kiertävät kiviplaneetat ovat hyvin lähellä toisiaan. Niitä saattaa olla useita yksittäisen tähden elämän vyöhykkeellä. Ja niistä valtaosa on silmäplaneettoja.
Lähellä loimottavan tähden vuorovesivoimien aikaansaama planeetan kiertoajan ja pyörimisen lukkiutuminen toisiinsa tekee planeetan toisesta puolesta valoisan, toisesta pimeän. Silloin elinkelpoiset planeetat, joiden pinnalla on nestemäistä vettä, poikkeavat Maasta erikoisilla tavoilla. Valoisalla puolella säteily korventaa päiväntasaajaa armotta, saaden meren kuumenemaan ja höyrystymään massiivisiksi pilviksi. Pimeällä puolella kaikki on jäässä. Merivirrat kyllä pyrkivät tasaamaan lämpötilaeroja ja kuumat, kosteat merituulet puhaltavat yön ja päivän rajalle tasaten lämpöä puoliskojen välillä mutta tähden säteily ei jakaudu tasaisesti, vaan pitää yllä valtavia lämpötilaeroja. Yläilmakehässä kylmä ilma kulkeutuu toiseen suuntaan, pimeältä puolelta kohti punaisen auringon loistetta. Syntyy rengasmainen lauhkean ilmastovyöhykkeen alue, jolla esiintyy elämälle otolliset olosuhteet. Siksi planeettaa kutsutaan leikkisästi silmäplaneetaksi — sen ulkonäkö muistuttaa avaruudessa leijuvaa silmämunaa (Kuva 1.).
Haasteensa tarjoaa myös punaisen tähden ultraviolettisäteily. Se korventaa valoisaa puoliskoa, hajottaen kaikki pinnalle eksyvät orgaaniset molekyylit. Elämä voi kuitenkin kukoistaa hyvässä suojassa meren pinnan alla, vaikka jatkuvat valoisan puolen hurrikaanit paksuine pilvineen tarjoavatkin runsaasti suojaa säteilyltä. Rengasmaisella lauhkealla vyöhykkeellä säteilyn intensiteetti on riittävän matala mustille kasveille ja muulle maaekosysteemille.
Elämä punaista kääpiötähteä kiertävän kiviplaneetan pinnalla olisi hyvin erilaista kuin mihin olemme Maassa tottuneet. Ihmissilmälle jopa elinkelpoiset silmäplaneetat näyttäytyisivät aavemaisina, kuolleina kauhuelokuvien kuvailemina maailmoina. Erilaista olisi niin kasvillisuuden väri, ilmastovyöhykkeiden jakauma kuin säteilyolosuhteetkin. Vihreää väriä ei olisi missään, vaan ympäristö olisi väriltään punertavan harmaa tai musta. Valoa olisi aivan liian vähän, jotta ihmissilmä voisi nähdä ympärilleen tarkasti. Taivas ei olisi sininen, vaan kelmeän punainen. Punainen aurinko näkyisi taivaalla aina samassa kohdassa, loistaen kaksi kertaa Aurinkoa suurempana kiekkona. Toisella puolella horisontti olisi musta. Tiheästi pakatun planeettakunnan muut planeetat näkyisivät kuitenkin taivaalla kirkkaina ja niiden ominaisuuksia olisi helppoa havaita jo pienelläkin kiikarilla.
Mutta silmäplaneettojen meret olisivat jatkuvasti haihtumassa, ja monsuunituulet kuljettaisivat punaisen auringon paisteessa höyrystyneen veden planeetan pimeälle puolelle. Se kertyisi lumeksi ja tiivistyisi pimeän puoliskon paksuksi jääpeitteeksi. On mahdollista, että kaikki valoisan puolen vesi kulkeutuisi pimeän puoliskon jäätiköksi, jonka reunoilta vesi virtaisi muututtuaan nesteeksi jäätikön alimpien kerrosten kovassa paineessa. Syntyisi jokien järjestelmä, jonka jokainen uoma suuntaisi kohti aurinkoa, kohti päivän puolta, tuoden lauhkealle vyöhykkeelle sen biosfäärin tarviteman veden. Vesi virtaisi kohti ikuista päivänvaloa, jossa kutistuvat joet haihtuisivat lopulta olemattomiin. Ehkäpä elinkelpoisten silmäplaneettojen kehityksen ainoa mahdollinen päätepiste on kapea elinkelpoinen rengas, jonka toisella puolella on ikuisessa valossa kylpevä, kuuma autiomaa, ja toisella ainaisessa pimeydessä lepäävä valtaisa jäätikkö.
Toisessa ääripäässä silmäplaneetat eivät kuivu, vaan kokevat toisenlaisen kohtalon. Jos planeetan kivistä pintaa peittävä meri on kymmeniä kilometrejä paksu ja planeetta on lämpötilaltaan suhteellisen viileä, säteily ei koskaan pääse kuivattamaan planeetan valoisaa puolta kokonaan. Pimeälle puolelle kyllä muodostuu paksu jääkuori mutta lämpimät merivirrat pitävät sen suhteellisen ohuena ja tasaavat lämpöä jääkuoren alla. Meri on kuitenkin näkyvillä vain valoisalla puolella, jossa tähden säteily estää avomerta jäätymästä umpeen. Pienikin heilahdus tasapainotilassa tosin saattaa muuttaa tilanteen. Jos valoisakin puoli pääsee sattumalta jäätymään, jää toimii heijastimena ja estää planeettaa lämpenemästä uudellen riittävästi, jotta infrapunasäteilyä itseensä mainiosti imevä meri tulisi jälleen esiin. Paksun meren peittämien silmäplaneettojen kohtalona saattaa silloin olla muuttuminen lumipalloiksi, joiden jääkuorien alla elämä ehkä pääsee kehittymään mutta joiden elinolosuhteet pysyvät jään alla tiukasti havaitsijoilta piilossa.
Lähin galaktinen naapuriplaneettamme, Proxima Kentauria kiertävä planeetta Proxima b, on lämpötilaltaan sopiva nestemäisen veden esiintymiselle. Vaikka se kylpee alituiseen purkautuvan tähtensä voimakkaassa säteilyssä, joka on saattanut jopa puhaltaa planeetan kaasukehän tiehensä, Proxima b on todennäköisesti meitä lähinnä sijaitseva silmäplaneetta. Se voi olla asettunut tasapainotilanteeseen, jossa valoisan puolen autiomaan ja pimeän puolen jäätikön välissä, aamuhämärän vyöhykkeellä, olosuhteet mahdollistavat elämän esiintymisen. Tai ehkäpä planeetta on kuollut, tähtensä hiukkastuulen ja purkauksien korventama autio, kaasukehätön aavikkoplaneetta kauttaaltaan.
Emme tiedä. Mutta saamme vielä selville, kun Proxima Kentaurin järjestelmän kappaleiden suora havainnointi tulee tulevaisuudessa mahdolliseksi.
Jos punaisen tähtien planettalla on älykäs elämä, niin heidän on järkevä ottaa lippu tähtienvälisen lentoon. Ihan tavallinen lippu toimi siellä punaisen kääpiöiden planeetalla tuulimittauslaitena. Tuulen suunta myös saa selville. Kannattaa ottaa se mukaan tähtienvällisen matkaan kun se painaa vaan muutama grammaa. Lippu voi pelastaa austronauttin elämän siellä, eikö niin?