Mahdollisuuksia valtamerimaailmojen elinkelpoisuudelle
Valtamerimaailmoiksi kutsutaan planeettoja, joiden pintaa peittää paksu valtameri. Termillä ei tarkoiteta kivisiä planeettoja, joiden pinnalla on matalia lätäköitä Maan tapaan, vaan paksu globaali valtameri muodostaen jopa satojen tai tuhansien kilometrien paksuisen vesivaipan planeetan silikaattivaipan päälle. Valtameriplaneettojen luokkaa ehdotettiin alkujaan ranskalaisten astronomien Alain Legerin ja Frank Selsisin ryhmineen julkaisemassa tieteellisessä artikkelissa yli 20 vuotta sitten, mutta planeettaluokan edustajia on ollut hämmentävän vaikeaa saada esiin eksoplaneettojen joukosta.
Havaintotekniset rajoitteemme ovat estäneet varmentamasta eksoplaneettojen luonnetta valtameriplaneettoina. Niiden ajatellaan olevan kooltaan ja massaltaan kuten maankaltaiset kiviplaneetat tai suuremmat supermaapallot, poiketen vain siten, että koostuvat suuremmalta osaltaan vedestä. Vettä voisi olla prosenteista jopa kymmeniin prosentteihin, ja sen määrän arviointi olisi periaatteessa mahdollista mittaamalla tarkasti planeettojen kokoa ja massaa ylikulku- ja radiaalinopeusmenetelmillä. Saattaisimme hyvinkin erottaa toisistaan maankaltaisen koostumuksen, jossa kolmanneksen metalliydintä peittää kahden kolmanneksen massainen silikaattivaippa, sekä valtameriplaneetan koostumuksen, jossa planeettaa peittää vielä paksu vesivaippakin. Vastaan vain tulee neljäs koostumukseen vaikuttava tekijä: kaasukehä. Planeetat, joilla on vain hyvin vähäinen kaasuvaippa ympärillään, voivat laajeta jopa kaksinkertaisiksi koiltaan, estäen tehokkaasti vesipitoisuuden määrittämisen. Paksumpaa vesivaippaa voi aina kompensoida aavistuksen vähäisemmällä kaasuvaipan paksuudella, ja siksi koostumuksesta on mahdotonta saada tarkempaa tietoa olemassaolevilla havaintomenetelmillä.
Vetisiä planeettoja on kuitenkin taatusti olemassa, koska vesi on maailmankaikkeuden yleisin yhdiste ja osallistuu hanakasti planeettojen muodostukseen esiintyessään jäisinä pölyhiukkasina. Tunnettujen eksoplaneettojen vesipitoisuutta on myös koetettu arvioida, ja vaikka se saattaa kieliä joidenkin luonteesta valtameriplaneettoina, asiasta ei ole varmuutta. Planeetan keskitiheyden lisänä käytettävä tieto tähden ja siten sen ja planeetat muodostaneen materian kemiallisesta koostumuksesta ei anna suuriakaan mahdollisuuksia tarkempiin määrityksiin.
Valtamerimaailmojen haasteet
Elinkelpoiset valtameriplaneetat, joiden massasta merkittävä osa on vettä, voivat olla todellisuutta tai sitten eivät. Monet aurinkokunnan sekundääriset ja kääpiöplaneetat piilottelevat jäisen kuorensa alla suuria valtameriä, ja antavat siten viitteitä vastaavanlaisten valtameriplaneettojen yleisyydestä. Ainakin Ceres, Europa, Ganymedes, Callisto, Enceladus ja ehkäpä Plutokin ovat luonteeltaan valtamerimaailmoja, joiden kuorikerroksen alla on suolaisen veden täyttämä meri. Mutta pelkkä nestemäisen veden olemassaolo ei riitä elämälle, eikä pelkkä mahdollinen elinkelpoisuus ole tae elämän esiintymisestä. Elämä tarvitsee veden lisäksi rakennuspalikoitaan, hiilen muodostamia monenlaisia orgaanisia yhdisteitä. Niiden päätyminen riittävissä määrin jääkuoren alle tai vetiselle eksoplaneetalle, jos valtameri on eristyksissä kappaleen silikaattigeologiasta paksun kovan paineen jään kerroksen ansiosta, ei ole taattua.
Orgaanista materiaa päätyy kyllä valtameriplaneettojenkin pinnalle komeettojen ja asteroidien, sekä jatkuvan mikrometeorien virran mukana. Planeetat saavat siten mereensä niin hiiltä, typpeä ja fosforia, kuin muitakin elämän tarvitsemia alkuaineita aina tuttuihin elämän käyttämiin sokereihin ja aminohappoihin asti. Mutta orgaanisen aineksen määrä valtameriplaneetan meressä voi jäädä pieneksi ja hiilen kierto voi olla hyvin hidasta, mikä heikentää valtamerten elämän edellytyksiä. Jos merivesi ei pääse kosketuksiin silikaattivaipan alkuaineiden ja energiavirtojen kanssa, mineraalien liukeneminen ja kemiallisen energian päätyminen planeetan valtamereen voi olla hyvin tehotonta.
Uusi arvio kuitenkin haastaa käsityksen kovan paineen jäävaippojen eristävästä vaikutuksesta. Valtamerenalaisessa jäävaipassa voi tapahtua merkittävää konvektiota ja lämpimän, nestemäisen veden purkauksia valtemeren pohjaan (Kuva 1.). Lämpöä ei lopultakaan pidättele mikään ja sillä on seurauksia myös aineenvaihtoon valtameren ja silikaattivaipan välillä. Veden ja lämpimämmän jään mukana valtameren pohjaan voisi nousta runsaasti monenlaisia mineraaleja ja hiilen yhdisteitä. Tutkijoiden mukaan monet erilaiset suolat muuttavat jään koostumusta pehmeämmäksi, ja siihen voi mainiosti sekoittua jopa yksinkertaisia aminohappoja. Ne voisivat siten muodostuttuaan kulkeutua valtamereen tuoden valtameriplaneetan silikaattivaipan hiili- ja mineraalivarannon saataville myös nestemäisen valtameren puolella jääkerrosta.
Aminohapot ja muut yksinkertaiset elämän tarvitsemat orgaaniset molekyylit muodostuvat sulan veden ja geotermisten energiavirtojen kohdatessa. Se kohtaaminen tapahtuu kovan paineen jääkerroksen alla, mutta lopputuotteet eivät jää eristyksiin, vaan kulkeutuvat globaaliin valtamereen elämän rakennusmateriaaleiksi. Sama koskee myös Aurinkokunnan jääpeitteisiä kuita, joiden jääkuorten alla piilee jopa Maan meriä suurempia suolaisen veden valtameriä. Kovan paineen jääkerroksen ajoittainen paikallinen sulaminen ja jäätyminen uudelleen, riippuen lämmön paikallisesta kulkeutumisesta, jättää kerroksen sisään runsaasti silikaattivaipasta peräisin olevaa orgaanista ainesta ja mineraaleja. Jää on siten samalla runsas orgaanisten aineiden varanto, joka kykenee osallistumaan aktiivisesti hiilen kiertoon valtameriplaneetoilla.
Valtameriplaneettojen ominaisuuksia on vaikeaa tutkia, mutta voimme sentään tehdä valistuneita arvauksia siitä, kuinka elinkelpoisia paikkoja sellaiset planeetat todellisuudessa olisivat. Jos elämän tarvitsemat rakennuspalikat todella ovat saatavilla laajalti valtameriplaneetan vesikehässä, ja meren pohjalta virtaa niin materiaa kuin geotermistä ja kemiallista energiaakin, ei elämän synnylle vältttämättä ole kovin suuria esteitä ja valtamerelliset biosfäärit ovat mahdollisia. Silloin elinkelpoisen vyöhykkeen valtameriplaneetoilla voi jopa esiintyä yhteyttävää elämää muistuttaen Maan merten yksisoluisia sinibakteereja, jotka toimivat merenpinnassa sitoen auringon säteilyä ja tuottavat siten toimintoihinsa energiaa. Kuten Maassakin, valtameriplaneetallla niiden kasvua rajoittaisi vain ravinteiden ja saatavilla olevan hiilen määrä.
Hiilen kiertoa ei kuitenkaan voisi muodostua kuten maassa, jossa tulivuoret vapauttavat hiilidioksidia ja se poistuu kaasukehästä sitoutumalla sedimentteihin. Valtameriplaneetalla hiilidioksidin määrää sääntelee valtameri, josta hiilidioksidi vapautuu kaasukehään, jossa on samalla runsaasti vesihöyryä. Orgaaninen hiili voisi sedimentoitua merenpohjaan kuten Maapallolla, päätyäkseen kovan paineen jään konvektioiden mukana sen syvempiin kerroksiin ja vapautuen taas purkausaukkojen ympäristöstä valtamereen. Kierto olisi erilaista kuin Maassa, mutta luultavasti mahdollista, ja turvaisi valtameriplaneettojen biosfäärien aineenvaihdunnan tarpeet.
Ohuen vetykehän peittämät hyseaaniset planeetatkin saattavat siten olla elinkelpoisia, mutta tulkinnoissa on oltava maltillinen. Esimerkiksi väitteet planeetan K2-18 b elinkelpoisuudesta, puhumattakaan biomarkkereiden havainnoista sen kaasukehästä, ovat vailla vankkaa todistusaineistoa ja siten toistaiseksi vain spekulaatiota. Mutta se ei tarkoita, että hyseaanisten planeettojen elinkelpoisuus olisi mahdotonta. Ehkäpä elämä selviää niiden olosuhteissa, kuten se selviää moninaisissa olosuhteissa omalla planeetallamme. Tähtitieteilijöinä on suorastaan velvollisuutemme ottaa asiasta selvää.
Siis valtameriplaneettoja ei ole havaittu.
Aivan hyvin niitä voi olla olemassa. Siitä ei kuitenkaan ole (vielä) faktaa. Spekulaatiotako?
Ja sitten tämän spekulaation päälle rakennetaan uusia spekulaatioita elämän mahdollisuudesta edelliseen spekulaatioon.
Ei tiede näin mene.
Sellaista tiede on. Meillä on kuitenkin tietoa veden suurista osuuksista planeetoilla, ja vaikka suoraa todistusaineistoa valtameriplaneetoista ei ole, olisi suorastaan hämmästyttävää, jos niitä ei olisi lainkaan. Mitä todennäköisimmin niitä on kuitenkin jo havaittukin, emme vain osaa määrittää planeettojen ominaisuuksia riittävällä tarkkuudella.
Valtameriplaneetoissa toki voi olla elämää – monimuotoistakin, mutta älyllisen kommunikoivan elämänmuodon olisi vaikeaa tai mahdotonta kehittyä vedestä edemmäs elämänmuotoina. tarvitaan kovaa maapintaa, jotta elämä kehittyisi edemmäs aineiden käytössä ja ilmaan liikkumaan.
Kenties valtameriplaneetatkin tarvitsee kehittyäkseen maaplaneetaksi jonkin massiivisen törmäyksen planeettaansa, jotta vedenalainen kuorikerros repeytyisi laavapurkauksiin ja sitä kautta pintamaan kehittymiseen – kuten Maan elämäkin maan pinnalla vedestä edemmäs kehittynyt.