Punaisen taivaan paradoksi

23.8.2021 klo 10.00, kirjoittaja
Kategoriat: Eksoplaneetat

Kuinka monta elävää planeettaa galaksissamme on? Kuinka monella niistä kehittyi monisoluista elämää, monimutkaisia ravintoketjuja, älykkyyttä tai tekninen sivilisaatio? Minkälaisten tähtien kiertoradoilta voimme löytää biosfääriä ylläpitäviä planeettoja? Kuinka yleistä elämä on maailmankaikkeudessamme? On helppoa kysyä valtaisan mielenkiintoisia tieteellisiä kysymyksiä mutta niihin vastaaminen on lähestulkoon mahdotonta perustuen niihin tietoihin, joita meillä on. On vain yksi esimerkki elävästä planeetasta ja sen käyttäminen suurten elämän yleisyyttä koskevien kysymysten arviointiin on päätähuimaavaa ekstrapolointia ja tieteellistä varomattomuutta.

Yleisemmin, todennäköisyyksien arvionti perustuen ainutkertaisiin tapahtumiin on tieteellisesti tarkasteltuna äärimmäisen hankalaa ja suureksi osaksi täysin turhaa. Voimme tehdä päätelmiä elämän yleisyydestä maailmankaikkeudessa vain subjektiivisesti, koska ennakko-oletuksemme vaikuttavat tuloksiin voimakkaammin kuin yksittäinen havaintomme. Pohjimmiltaan on kyse siitä, että tunnemme vain yhden elävän planeetan kiertämässä yksittäistä tähteä. Tunnemme vain yhdenlaisen elämän biokemian, joka syntyi yhden planeetan tietynlaisista geokemiallisista sykleistä ja jonka ainutkertainen evoluutiohistoria tarjoaa vain yksittäisen esimerkin. Emme tiedä mitkä omaa elävää planeettaamme koskevat tiedon muruset voidaan yleistää koskemaan kokonaista planeettojen populaatiota edes omassa galaksissamme. Aina voimme kuitenkin yrittää tehdä valistuneita arvauksia.

Kuva 1. Taiteilijan näkemys planeetoista Gliese 887 b ja c kiertämässä tähteään, joka on punainen kääpiötähti. Kuva: M. Garlick/ University of Göttingen.

Tiedämme galaktisesta tähtinaapurustostamme sen, että valtaosa tähdistä on punaisia kääpiötähtiä, jotka ovat Aurinkoa pienempiä niin massaltaan kuin kirkkaudeltaankin ja loistavat voimakkaimmin punaisella näkyvän valon alueella. Tiedämme varsin hyvin myös sen, että keskimäärin jokaista punaista kääpiötä kiertää noin yksi kivinen planeetta sellaisella etäisyydellä tähdestään, että planeetan pinnalla voisi olla elämälle otolliset lämpötilaolosuhteet. Lisäksi, punaiset kääpiöt elävät vähintäänkin kymmeniä kertoja kauemmin kuin auringonkaltaiset tähdet, mikä takaa niiden planeettakunnille stabiilit olosuhteet kymmenien, jopa satojen vuosimiljardien ajaksi. Kaikkein lähin tuntemamme eksoplaneetta, Proxima b, on juuri sellainen maailma, mikä osoittaa sekin osaltaan, että tilastolliset arviomme punaisia kääpiötähtiä kiertävien planeettojen yleisyydestä pätevät jopa aivan lähimpiin tähtinaapureihimme. Mutta omalla taivaallamme loistaa keltainen tähti, joka on galaksimme mittakaavassa jo paljon harvinaisempi. Kun punaisia kääpiöitä on kaikista tähdistä noin kolme neljännestä, keltaisia auringonkaltaisia tähtiä on vain noin viisi prosenttia. Onko kyse puhtaasta sattumasta vai voimmeko vetää jotakin johtopäätöksiä siitä, että taivaallamme loimottaa punaisen sijaan paljon harvinaisempi keltainen plasmapallo?

Vaikka yhdysvaltalainen tähtitieteilijä David Kipping onkin nimennyt kysymyksen huomiota herättääkseen ”punaisen taivaan paradoksiksi”, ei kyseessä tarvitse olla minkäänlainen paradoksi tai edes selitystä kaipaava asia. Voi olla mahdollista, että olemme syntyneet epätodennäköiseen paikkaan keltaisen auringon kiertoradalle täysin sattumalta — siitäkin huolimatta, että meidät löytää juuri tällä hetkellä, tähtien määrän ja eliniän huomioiden, kertoimella 100 epätodennäköisemmin juuri täältä kuin punaisen kääpiön kiertoradalta. Tässä mielessä olemme siis sattumalta erityislaatuisessa paikassa, keskimääräisistä elämän kehdoista poikkeavalla planeetalla. Mutta silloin tulemme myöntäneeksi olevamme erityisasemassa ja rikomme ajattelussamme perinteikästä kopernikaanista periaatetta, jonka mukaan Maapallossa ja Auringossa ei ole mitään erityistä tai erikoista, eivätkä ne ole minkäänlaisessa erityisasemassa galaksissamme tai maailmankaikkeudessamme. Voisiko taustalla siis olla jotakin muutakin?

Voimme seurata Kippingin päättelyketjua, ja laskea todennäköisyyden sille, että älykästä elämää syntyi juuri tälle planeetalle, G-spektriluokan keltaisen kääpiötähden kiertoradalle. Se on noin yksi mahdollisuus sadasta huomioidessamme tähtien yleisyyden ajassa ja avaruudessa. Silloin kuitenkin huomaamme, että yhtä auringonkaltaisen tähden älykästä elämää ylläpitävää järjestelmää kohti, yksittäisenä ajanhetkenä, on olemassa noin 100 samanlaista järjestelmää M-spektriluokan punaisten kääpiöiden ympärillä. Jos siis olemme täällä sattumalta, ylivoimainen valtaosa kaikesta älykkäästä elämästä löytyy punaisen taivaan alta. Tällä tavalla ajateltuna paradoksi muuttuu hetkessä ilmeiseksi. Kipping ei edes huomioi havaittuja tietoja planeettojen yleisyydestä. Auringonkaltaisilta tähdiltä löytää keskimäärin noin 0.05 lämpötilaltaan ja kooltaan maankaltaista planeettaa mutta M-spektriluokan tähdille niitä on keskimäärin peräti yksi per tähti. Siten todennäköisyys, jolla taivaallamme on keltainen tähti on suunnilleen yksi kahdestatuhannesta — olettaen, että elämä voi syntyä ja kehittyä samalla tavalla riippumatta tähdestään. Ja kun punaisten kääpiötähtien planeettakuntien älykäs elämä on näillä oletuksilla niin paljon yleisempää, törmäämme välittömästi Fermin paradoksiin — voiko jokin kosminen tekijä tehdä älykkäästä elämästä punaisen taivaan alla epätodennäköisempää kuin maankaltaisilla planeetoilla auringonkaltaisten tähtien järjestelmissä?


Punaisen taivaan näennäiselle paradoksille on olemassa muitakin ratkaisuja, joista Kipping nimeää julkaisemassaan artikkelissa kolme. Jos älykkään elämän kehittyminen on yksinkertaisesti todennäköisempää auringonkaltaisen tähden järjestelmässä, huomioiden erot tähtien eliniässä, on seurauksena se, että punaisten kääpiöiden älykkään elämän on oltava ainakin kaksi kertaluokkaa harvinaisempaa. Se on täysin mahdollista, vaikka emme osaakaan arvioida älyllisten organismien kehittymisen nopeutta ja esteitä erilaisissa planeettakunnissa. Toinen mahdollisuus on, että punaiset kääpiöt eivät pysy suotuisina älykkään elämän synnylle yhtä kauan kuin auringonkaltaiset tähdet. Erilaiset astrofysikaaliset prosessit, kuten tähtien aktiivisuus, purkaukset ja suurienerginen säteily voivat muuttua tähtien ikääntyessä muuttaen samalla elämän synnyn ja kehityksen mahdollisuuksia. On hyvinkin mahdollista, että punaisten tähtien järjestelmissä elämän kehittyminen on mahdollista esimerkiksi vain tähtien nuoruudessa, vain muutaman sadan miljoonan tai korkeintaan miljardin vuoden aikaikkunassa, mikä tarkoittaisi sitä, että löydämme itsemme todennäköisimmin auringonkaltaisen tähden kiertoradalta.

Kolmas ratkaisu on ehkäpä kaikkein todennäköisin. Ehkäpä vain äärimmäisen harva punaista kääpiötä kiertävä planeetta on ylipäätään elämän synnylle ja älyn kehitykselle suotuisa. Tällaista mahdollisuutta onkin ounasteltu, sillä punaisten kääpiöiden lämpötilansa puolesta elinkelpoiset planeetat kiertävät lähellä tähteään alttiina niin suurienergiselle säteilylle, hiukkastuulelle ja tähden purkauksille kuin vuorovesilukkiutumisellekin. Silloin todennäköisyys, että sopivat planeetat ovat menettäneet jopa kaasukehänsä tähtensä vihamielisessä säteily-ympäristössä, on auringonkaltaisten tähtien planeettoja suurempi. On mahdollista, että elämän ja siten älyllisen elämän edellytykset ovat vain heikommat punaisten kääpiöiden kiertoradoilla.

Yksi selittävä tekijä punaisten kääpiöiden elinkelpoisten planeettojen heikommalle kyvylle ylläpitää monimutkaisia biosfäärejä ja toimia siten älykkäiden organismien kehtoina saattaa olla saatavilla olevan säteilyenergian heikompi laatu. Vaikka lämpötila olisikin elämälle soveltuva, biosfäärin kehitystä saattaa haitata yhteyttämiseen sopivan säteilyn heikko intensiteetti punaisten kääpiöiden kiertoradoilla. Heikko valaistus saattaa estää kompleksisten yhteyttävien kasvien synnyn, runsaan perustuotannon ja siten monimutkaisten ravintoverkostojen kehittymisen. Se taas tekisi runsaasta biodiversiteetista riippuvaisista ravintoketjujen yläpäiden älykkäistä organismeista erittäin harvinaisia ja ratkaisisi osaltaan punaisen taivaan paradoksia.

Kuva 2. Taiteilija näkemys punaisen taivaan maailmasta, jonka pinnalla on nestemäistä vettä. Kuva: M. Weiss/CfA.

Asiaan on tietenkin mahdotonta saada kattavaa vastausta ennen kuin kykenemme löytämään toisia esimerkkejä elävistä planeetoista tai älykkäistä sivilisaatioista. Voimme silti arvioida mikä on todennäköistä ja mikä ei tekemällä havaintoja tunnetusta eksoplaneettapopulaatiosta. Kyseessä on koko eksoplaneettoja tutkivan tähtitieteilijöiden yhteisön yhteinen projekti, joka etenee ehkäpä turhauttavan hitaasti mutta silti vääjäämättömästi kohti tarkentuvaa tietoa.

8 kommenttia “Punaisen taivaan paradoksi”

  1. Erkki Kosonen sanoo:

    ”Vierailijoiden” (ufo) kohtaaminen täällä todennäköisempää kuin elämän löytyminen eksoplaneetalta, mikä on todennäköisyys?

  2. Erkki Tietäväinen sanoo:

    Mielenkiintoista pohdintaa. Tämä Maan ulkopuolisen elämän esiintymisen todennäköisyys on melko kaluttu aihepiiri näissä ”Eksoplaneetta hukassa” -blogeissakin, mutta ihan hyvä niin. Se toki kiinnostaa valtavasti sekä tiedemaailmaa että tavallista ihmistä.

    Oma mielipiteeni on se, että tähden värillä ei ole niin väliä, jos planeetan elämää suojaa riittävä kaasukehä ja magneettikenttä ja sen lämpötila on sopiva juoksevan veden olemassaololle. Vastausta elämän mahdollisuuteen eksoplaneetalla, tai sellaisen kiertolaisella, tulisikin etsiä ennen kaikkea energian saatavuuden, siis syömisen, näkökulmasta. Kun mennään älykkääseen elämään tulee kysyä onko planeetalla sellaiset olosuhteet, että sinne voi syntyä ravintoketju, joka lähtee kasveista tai sienistä ja päätyy ravintoketjun huipulla olevaan älykkääseen lajiin. Kasvit edellyttävät yhteyttämiselle soveliaita olosuhteita kasvaakseen ja lisääntyäkseen. Eläimiksi kutsutut elämänmuodot käyttävät rakenusaineenaan ja energian lähteenään kasveja ja toisiaan. En usko, että ilman Maassa tavatun kaltaista, uusiutuvaa ravintoketjua elämä voisi olla muuta kuin jotain virusten tai bakteerien kaltaista, jos sellaistakaan. En siis usko, että kehittyneelle elämälle välttämättömän ravinnon saanti epäorgaanisista lähteistä on mahdollista.

  3. Lasse Reunanen sanoo:

    Tieteeseen ei ole hyväksi sattuman käsitteet –
    joka enempi satuun ja tietämättömyyteen viite.
    Lotossakin todennäköisyydet,
    jossa osumamahdollisuus rajattu ruutuhinnalla (”uusiutuvaa ravintoketjua”).
    Maan elämän yleistäminen ”tieteellistä varomattomuutta” –
    kuitenkin elämän sääntöjen toteutunut käytäntö käytettävissämme.
    Yleistit planeettamme elämän ”tietynlaisista geokemiallisista sykleistä” –
    vaikka elämän alku vasta päättelyä, ilman tietoa sen alkuun käynnistymisestä.
    Elämän kehittyminen muunteluineen tiedossa paremmin.

    Punaiset kääpiöt tutkimuksesi pääsuuntaa ja niiden runsauden totesit.
    Punaisiin ei yksin kuten ei Maan elämäänkään hyvä lukittautua.
    Ammatikseen tähtitieteilijät alkaneet eriytyä ”yhteisön” osiin:
    avaruusasemilla, kaukoputkilla, luotaimilla jne.
    eri data-tiedostojen parissa työskenteleviin.
    Hyvä kuitenkin tukevasti jalat Maassa hyödyntää yhä monitieteisyyttä,
    joista yhdistelmistä usein uusia tieteellisiä löytöjäkin tehty.

    Explore – Uutta tietoa Aurinkokunnasta / Tieteen Kuvalehti,
    148 sivua, pal.vko 2021-41 – jossa eksokuistakin artikkeli.
    Sivuilla 34-35 Aurinkokunta lukuina, josta yhdistelin lukuja;
    Merkurius, Venus, Maa, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus –
    Auringosta etäisyydet (keskimäärin au / 150 milj. km):
    0,387 – 0,722 – 1 – 1,52 – 5,20 – 9,58 – 19,2 – 30,1
    Etäisyydet milj. km (keskimäärin 1269,54 milj. km):
    58,05 – 108,3 – 150 – 228 – 780 – 1437 – 2880 – 4515
    Etäisyydet seuraavaan planeettaan Auringosta alkaen, milj. km:
    58,05 – 50,25 – 41,7 – 78 – 552 – 657 – 1443 – 1635
    maahan etäisyydet vähenee, Maasta etäisyydet kasvaa.
    Ensimmäiset 4 planeettaa keskimäärin 0,907 au /
    136,09 milj. km etäisyydellä Auringosta – siitä
    Jupiteriin 4,29 au / 643, 91 milj. km – siitä
    Saturnukseen 4,38 au / 657 milj. km – niistä
    = yht. 9,58 au / 1437 milj. km – siitä
    Uranukseen 9,62 au / 1443 milj. km – siitä
    Neptunukseen 10,9 au / 1635 milj. km
    Em. kohteet hieman edellistä etäämmäs olleet –
    sijainnit ei sattumaa vaan pysyvät määrärajoissaan.
    Pienet planeetat lähellä Aurinkoa – isot planeetat etäällä.
    Planeettojen massa / Maan massa 1 (yhteensä 446,58):
    0,0553 – 0,815 – 1 – 0,107 – 317,8 – 95,2 – 14,5 – 17,1
    Ensimmäiset 4 planeettaa / massat yhteensä 1,9773 –
    viimeiset 3 planeettaa / massat yhteensä 126,8 –
    joka noin 2,5 kertaa = Jupiterin massa 317,2(8).
    Sivulla 50 artikkeli; Saturnus kesytti Jupiterin.
    Nopeudet planeetoilla keskimäärin km/s ja km/min:
    47,4/2844 – 35/2100 – 29,8/1788 – 24,1/1446 –
    13,1/786 – 9,7/582 – 6,8/408 – 5,4/324
    Auringosta etääntyessä kiertovauhtikin hidastuu.
    Planeettanopeus km/min jaettuna au-etäisyydellä:
    7348,87 – 19,39 – 1788 – 951,32 – 151,15 – 60,75 –
    21,25 – 10,76 = Maasta uudelleen alkaen vähenevä.
    Planeettanopeus km/min jaettuna planeetan massalla:
    51428,57 – 2576,69 – 1788 – 13514,02 – 2,47 – 6,11 –
    28,14 – 18,95 = Jupiterista kasvava, Neptunus vähenee.

  4. Heikki Väisänen sanoo:

    Maailman ilmatieteen järjestön pääsihteeri Petteri Taalas pitää planeetta Maata ”insinööritaidon mestariteoksena”.

    Ilmastonmuutos ilmatieteilijän silmin: ”Maa on juuri sopivalla etäisyydellä Auringosta, jotta suurin osa planeetastamme kelpaa asumiseen… Jos ilmakehää ja meriä ei olisi, vain pieni osa planeetastamme olisi elinkelpoinen. Ne nimittäin tasaavat lämpötiloja sekä kuljettamalla ilmaa että merivettä… Merivirtojen tavoin ilmakehä siirtää tuulien mukana lämpöä tropiikista kohti napoja. Lisäksi Maassa vallitsee luontainen kasvihuoneilmiö, jonka saavat aikaan Maan lähettämää lämpösäteilyä pidättävät kasvihuonekaasut… Ilmakehässä ja merissä on sopiva kaasukoostumus elolliselle elämälle. Keskeisin on yhteyttämisen tuloksena syntynyt happi… Kaksiatomisena esiintyvä happi hajoaa auringon UV -säteilyn vaikutuksesta yhden molekyylin virittyneeksi hapeksi. mikä taas yhtyy kaksiatomiseen muodostaen kolmiatomista otsonia… 90% ilmakehän otsonista on stratosfäärissä niin sanottuna otsonikerroksena. Otsonikerros suodattaa elolliselle elämälle tuhoisan UV –C:n säteilyn sekä vaimentaa muun muassa ihosyöpää ja kasvivaurioita aiheuttavaa UV –B –säteilyä. On arvioitu, että maapallon kehityshistoriassa elollinen elämä maa –alueilla tuli mahdolliseksi vasta merikasvien tuottaman hapen ja edelleen otsonin muodostumisen kautta. Sitä ennen UV –C –säteily tuhosi elämän maalla. Ilmakehä ja maan magneettikenttä suojaavat meitä avaruudesta tulevalta hiukkassäteilyltä ja meteoriiteilta… Ilmakehä kuljettaa vesihöyryä meristä mantereille… Jos ilmakehä ei kuljettaisi vettä, elollinen elämä maa-alueilla olisi lähes olematonta… Sateen ja paisteen vaihteluilla on suuri merkitys kaikkien kasvien kasvulle, myös ravintokasvien. Oleellista biosfäärin hyvinvoinnin kannalta ovat myös vuorokausi- ja vuodenaikaisvaihtelut, jotka ovat seurausta Maan ja Auringon välisestä geometriasta.”

    Niinpä. Mites punaisten tähtien kanssa olikaan? Eivätkös punaiset tähdet nuoruutensa aikoina ja vielä myöhemminkin puhalla aurinkotuulillaan sekä jättimäisillä koronapurkauksillaan kyljissään pyörivien planeettojen meret ja kaasukehät pois?

    1. Mikko Tuomi sanoo:

      Punaiset kääpiötähdet ovat tosiaan usein aktiivisia voimakkaine purkauksineen ja intensiivisine säteily-ympäristöineen. Silti, vaikka se ehdottomasti heikentää meille tutun elämän edellytyksiä elää ja kukoistaa, eivät rajoitteet välttämättä ole kovin suuria yleisesti. Vuorovesivoimien lukkiuttamilla planeetoilla ongelmia on suoraan tähden suunnassa mutta rengasmaisella alueella, jossa tähti näkyy vain himmeänä horisontissa, ongelmat ovat vähäisempiä. Ja punaisten kääpiötähtien planeetat ovat elinkelpoisella vyöhykkeellä aina lukkiutuneessa tilassa, jossa ne näyttävät saman puolen tähdelleen. Suuremmat purkaukset taas voivat riistää planeetan kaasukehän mutta magneettikenttä suojaa sellaisilta mainiosti ja valtaosa purkauksista tapahtuu tähden napa-alueilta, eikä siis suuntaudu planeettakuntaa kohti. Asiassa on kuitenkin paljon, mitä emme tiedä. Kirjoitan aiheesta varmasti sitä mukaan, kun opimme uutta.

  5. Lasse Reunanen sanoo:

    Aurinkokunnastakin yhä uusia kappaleita löytyy.
    Ursan eilinen uutinen – kilometrin asteroidi, lähinnä Aurinkoa kiertävänä,
    0,13 au ja etäisimmillään hieman Venuksen radan yli kiertäen 113 vrk
    ajassa Auringon – edelliset lähinnä olleet asteroidit 151 vrk radoilla.
    Eksoplaneetoillakin näitä pienkappaleita lienee runsaasti.

  6. Lasse Reunanen sanoo:

    Eksoplaneetoillakin uudistusta tehty. Ursan uutinen tänään kertoi;
    Hycean-planeetat, uusi luokitus – jotka valtameren peitossa ja
    niillä vetypitoinen kaasukehä – jossa elämää voisi kehittyä.
    Punaisten kääpiötähtien eksoplaneetoissakin niitä voinee olla
    ja elämää mittauksin tulevaisuudessa voitaisiin havaitakin…
    Nimi englannin sanoista hydrogen = vety ja ocean = valtameri.

  7. Lasse Reunanen sanoo:

    Katsoin vielä em. 2021 PH27 asteroidin, 0,13 au etäisyydelle,
    Auringosta lähinnä tunnettu kiertolainen, havainnekuvaa radasta –
    joka Venuksen takaa uudelleen kohti Aurinkoa kiertää…
    Olisi kenties ajautunut ulommallekin kiertoradalleen,
    mutta Merkurius, Venus ja Maankin yhteinen etäisyys
    (0,907 au / 4 ensimmäistä planeettaa) hidastanut sitä riittävästi.

Vastaa käyttäjälle Lasse Reunanen Peruuta vastaus

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *