Elämän edellytykset maailmankaikkeudessa

 

vuoristo
Voivatko ne toteutua helposti ja sattumalta?
 

Avaruudesta elämän merkkejä etsivän SETI:n verkkosivustolla on laskuri, joka seitsemän siihen syötettävän arvionvaraisen parametrin perusteella laskee mahdollisten kehittyneiden ja kommunikointiin pystyvien sivilisaatioiden määrän Linnunrata-galaksissamme. Elämän edellytykset riippuvat kuitenkin paljon useammasta kuin seitsemästä seikasta. Nämä seitsemän parametria ovatkin itse asiassa lukemattomien muiden seikkojen pohjalta tehtäviä yhteenvetoja. Jotta pystyisi edes suurin piirtein arvioimaan kunkin seitsemän parametrin todennäköisyysarvon, olisi ensin arvioitava lukemattomien niihin liittyvien seikkojen vaikutus.

SETI:n laskuri perustuu kaavaan, jonka astronomi Frank Drake laati jo n. 40 vuotta sitten. Siinä pitää arvioida sellaisia seikkoja kuin:

Alla olevaa, laskurin suomennettua versiota kokeilemalla voi todeta, että vähänkin realistisilla arvioilla mahdollisuus on hyvin mitätön, vaikka elämän alkusyntyä pidettäisiinkin mahdollisena.

Montako sopivaa tähteä /v syntyy galaksissamme kpl
Monellako %:lla niistä planeettajärjestelmä %
Montako Maan kaltaista planeettaa / systeemi kpl
Montako % niistä sellaisia joissa elämää %
Monellako %:lla näistä älykästä elämää %
Monellako %:lla näistä kehittynyttä teknologiaa %
Kauanko sivilisaatio kyennyt kaukoviestintään vuotta
 
Yhteydenpitoon pystyvien sivilisaatioiden määrä:

Tällainen seitsemän kohtaa sisältävä laskuriohjelma on käyttäjäystävällisyydessään hyvin puutteellinen. Toisaalta harva tuskin viitsisi vaivautua syvällisesti arvioimaan kymmenien parametrien todennäköisyyksiä, vaan joutuisi vetämään ne hatusta, jolloin koko laskutoimitus menettäisi merkityksensä.

Tarkempiin todennäköisyyksiin pyrittäessä joudutaan kuitenkin huomioimaan suuri joukko mitä erilaisimpia tekijöitä lähtien alkuräjähdyksestä, ydinhiukkasten ominaisuuksista ja niiden välillä vaikuttavista voimista, tähtien ja galaksien koostumuksesta ja sijainnista toisiinsa nähden, kosmisten tapahtumien ajoituksista, planeettojen koostumuksesta, kiertoradoista ja lukemattomista muista seikoista. Kaikkia asiaan vaikuttavia tekijöitä ei edes tiedetä, mutta nykyisenkin tietämyksen perusteella voidaan helposti löytää kymmeniä seikkoja, joilla on vaikutusta siihen, että elämä yleensä on mahdollista.

Hieman lisää parametrejä.

Käytännön syistä SETI:n toiminta keskittyy elämän merkkien etsimiseen vain omasta Linnunrata-galaksistamme. Mitä kaikkea sitten pitäisi huomioida arvioitaessa mahdollista elämän esiintymisen todennäköisyyttä koko maailmankaikkeudessa? Täydellistä luetteloa tuskin pystytään laatimaan, mutta ainakin seuraavanlaisia elämän edellytyksiin vaikuttavia tekijöitä pitäisi laskuissa ottaa huomioon :

Näiden jokaisen parametrin 'oikea' arvo pitäisi ensin jotenkin määrittää. Ainoa vertailukohta näille määrityksille on tietysti oma aurinkokuntamme ja lähiavaruutemme. Sen jälkeen olisi kunkin seikan kohdalla erikseen arvioitava, millä todennäköisyydellä se voisi esiintyä muualla kaikkeudessa. Laskutoimituksen lopputuloksena saataisiin sitten todennäköisyys elämän esiintymiselle maailmankaikkeudessa.

On selvää, että jos jo kunkin yksittäisen parametrin todennäköisyys on suhteellisen pieni, todennäköisyys kymmenien parametrien kuvaamien ominaisuuksien yhtäaikaiseen esiintymiseen on suorastaan käsittämättömän pieni. Tri Hugh Ross on saanut 123 parametria käsittävän laskelmansa tulokseksi, että todennäköisyys Maan kaltaisen planeetan esiintymiselle on 1 mahdollisuus 10139 :stä. Käytännössä se merkitsee sitä, että Maa on ainoa kaltaisensa planeetta koko maailmankaikkeudessa.

Muita elämän edellytyksiin liittyviä seikkoja.

Monet elämän olemassaololle välttämättömät seikat ovat sellaisia, että vähäinenkin poikkeama niissä voisi johtaa elämän tuhoutumiseen tai siihen, ettei sitä koskaan syntyisi. Esimerkkinä tästä on oman planeettamme ilmakehän koostumuksessa tapahtuvan pienen muutoksen eli 'saastumisen' vaikutukset. Tiedetään myös, miten suuri vaikutus voi olla yhdellä ainoalla maahan pudonneella meteoriitilla, suurella tulivuorenpurkauksella tai ilmakehän otsoniaukoilla. Muita esimerkkejä tällaisista ovat mm. seuraavat:

Ydinvoimiin ja ydinhiukkasiin liittyviä.

Jos vahva ydinvoima olisi suurempi, ei olisi vetyä eikä pysyviä elämän perusrakennusaineita. Jos se olisi pienempi, ei olisi muita alkuaineita kuin vety. Heikon ydinvoiman suurempi tai pienempi arvo olisi johtanut alkuräjähdyksessä joko liian suureen tai liian pieneen heliumin tuotantoon. Tämän seurauksena elämälle välttämättömien raskaiden alkuaineiden muodostuminen tähdissä olisi joko liiallista tai liian vähäistä. Kumpikin vaihtoehto johtaisi siihen, ettei tähdistä poistu riittävästi raskaita alkuaineita planeettojen rakennusaineiksi. Jos neutriinon massa olisi pienempi, galaksijoukkoja, galakseja ja tähtiä ei muodostuisi. Jos suurempi, galaksit ja galaksijoukot olisivat liian tiheitä. Protonien suurempi hajoamisnopeus johtaisi siihen, että elämä tuhoutuisi liialliseen säteilyyn. Jos se taas olisi pienempi, universumissa olisi liian vähän ainetta elämälle. Jos hiukkasten ylimäärä antihiukkasiin nähden olisi suurempi, liiallinen säteilypaine estäisi planeettojen muodostumisen. Jos ylimäärä olisi pienempi, ei olisi tarpeeksi ainetta planeettojen rakentumiseen. Jos pimeää ainetta olisi enemmän, galakseja ei muodostuisi, jos vähemmän, kaikkeus romahtaisi ennen auringon kaltaisten tähtien syntymistä.

Painovoimaan ja sähkömagnetismiin liittyviä.

Jos painovoima olisi suurempi, tähdet olisivat liian kuumia ja palaisivat nopeasti ja epäsäännöllisesti Pienempi painovoima puolestaan tekisi tähdistä liian kylmiä ydinfuusion käynnistymiseen ja raskaiden alkuaineiden tuottamiseen. Suurempi sähkömagneettinen voima tekisi booria raskaammat alkuaineet epävakaiksi. Lisäksi sähkömagnetismin suurempi tai pienempi arvo tekisi kemiallisista sidoksista heikkoja. Merkitystä on myös sähkömagnetismin ja painovoiman suhteella: jos sähkövoima olisi nykyistä suurempi suhteessa painovoimaan, kaikki tähdet olisivat aurinkoa suurempia, epävakaasti ja nopeasti palavia. Jos se olisi pienempi, kaikki tähdet olisivat aurinkoa pienempiä, eivätkä tuottaisi raskaita alkuaineita. Elektronien suurempi lukumäärä suhteessa protoneihin taas saisi aikaan sen, että sähkömagnetismi hallitsisi painovoimaa estäen galaksien, tähtien ja planeettojen muodostumisen.

Universumin laajenemiseen ja ikään, valon nopeuteen ja alkuräjähdykseen liittyviä.

Jos universumin laajenemisnopeus olisi suurempi, galakseja ei muodostuisi. Jos se olisi pienempi, universumi luhistuisi ennen tähtien muodostumista. Jos valon nopeus olisi suurempi tai pienempi, tähdet loistaisivat joko liian kirkkaina tai himmeinä. Jos universumi olisi nykyistä vanhempi, ei olisi enää auringon tyyppisiä, tasaisesti palavassa vaiheessa ja oikeissa osissa galaksia olevia tähtiä. Päivastaisessa tapauksessa auringon tyyppisiä tähtiä ei olisi vielä syntynyt. Jos alkuräjähdyksen säteilypaine olisi ollut tasaisempi, tähtijoukkoja ja galakseja ei olisi muodostunut, jos karkeampi, universumi koostuisi enimmäkseen mustista aukoista ja tyhjistä alueista.

Tähtiin, glakseihin ja galaksijoukkoihin liittyviä.

Jos galaksien keskimääräinen välimatka olisi suurempi, oma galaksimme ei olisi saanut riittävästi avaruuspölyä ja tähtien muodostuminen olisi viivästynyt. Pienemmät välimatkat saisivat aikaan radikaalejä häiriöitä aurinkokunnan kiertoradoissa. Myös galaksijoukon tyypillä on merkitystä. Liian tiheässä joukossa tapahtuvat törmäykset ja yhdistymiset aiheuttaisivat liikaa häiriöitä planeettakunnissa, harvassa galaksijoukossa taas tähtienvälisen pölyn vähäisyys hidastaisi liikaa tähtien muodostumista. Myös tähtien suuremmat keskimääräiset välimatkat johtaisivat raskaita alkuaineita sisältävän materiaalin vähäisyyteen, jolloin kiviplaneettojen (kuten Maa) muodostumista ei tapahtuisi. Jos taas tähtiä olisi tiheämmässä, planetaariset kiertoliikkeet olisivat epävakaita. Jos supernovapurkaus tapahtuu liian lähellä, liian usein tai liian äskettäin, säteily hävittää elämän planeetalta. Jos purkaukset tapahtuvat liian kaukana, liian harvoin tai liian kauan sitten, ei löydy tarpeeksi raskaita alkuaineita sisältävää pölyä kiviplaneettojen rakentumiseen.

Veden ominaisuuksiin liittyviä.

Vesi on elämälle ehdottoman tärkeä. On vaikea kuvitella ainakaan älyllistä teknistä sivilisaatiota, joka perustuisi muunlaiseen kemiaan, kuin maanpäällinen, veden erinomaisiin liuotinominaisuuksiin perustuva. Jos vesimolekyylien polaarisuus (napaisuus) olisi suurempi, yhtymisrektioiden kuumuus ja höyrystyminen estäisivät elämän esiintymisen. Päivastaisessa tapauksessa yhtymisreaktiot tapahtuisivat liian kylmässä ja vesi toimisi huonosti liuottimena. Jää ei myöskään kelluisi, mikä lämpötilan laskiessa johtaisi äkilliseen läpijäätymiseen.

Johtopäätös.

Edellä olevan kaltaisia seikkoja löytyy lukemattomia. Tästä kaikesta on tehtävä se johtopäätös, että elämän olemassaolo riippuu sadoista tai jopa tuhansista yksittäisistä seikoista, joiden on oltava tarkoin määrätyissä rajoissa. Maapallon kohdalla ne kaikki toteutuvat, mutta todennäköisyys sille, että niin olisi myös jossain muualla, on lähes olematon. Näyttää siis siltä, että maapallolla vallitsevat olosuhteet ovat ainutlaatuiset koko kaikkeudessa, ja että maa-planeettamme on erityisesti suunniteltu ja luotu meitä ihmisiä ja muita täällä olevia elämänmuotoja varten.

Lisäys:

  Smithsonian instituutin astrofyysikko Howard Smith vahvistaa edellä esitetyn. Vaikka uskookin evoluutioon, hän silti epäilee elämän löytymistä muilta planeetoilta. Hän toteaa:

  "Väitän, että viimeaikaiset tulokset ennakoivat päinvastaista. Elämä vaatii niin monta muuttujaa, etteivät ne ole voineet kolahtaa kohdalleen kovin monta kertaa." Smith luettelee niistä muutamia:

  1. Tasaisesti, vakaasti ja riittävän pitkään säteilevä aurinko. Valtaosa tähdistä on kuitenkin aurinkoa pienempiä tai suurempia ja ne loistavat liian vähän aikaa.
  2. Jotakuinkin pyöreä ja vakaa rata tasaisella etäisyydellä tähdestä vuosimiljardien ajan.
  3. Radan kaltevuus oltava sopiva, jotta planeetalla olisi sopiva ja tasainen lämpötila.
  4. Sopivan kokoinen massa, jotta planeetan vetovoima pystyy pitämään ilmakehän. Pienempi massa ei sitä pysty pitämään ja suurempi estää mannerlaattojen muodostumisen ja geologisen toiminnan, joiden tuloksena syntyy mm. lämpöä säilyttävä hiilidioksikerros ilmakehään.
  5. Monipuolinen alkuainekoostumus, jotta elämä olisi mahdollista. Näitä rakennusaineita pitäisi olla planeetan lähiympäristössä. Ne eivät kuitenkaan jakaudu tasaisesti edes omassa galaksissamme ja niitä voi olla muualla niukemmin kuin omassa aurinkokunnassamme.
  6. Magneettikenttä, joka suojaa vahingollisilta aurinkotuulilta; ilman sitä elämä tuhoutuisi.
  7. Luonnollisesti myös vettä täytyy olla saatavilla. Vaikka sitä on avaruudessa runsaasti, näyttää siltä, ettei se ole yleistä planeetoilla. Omassa aurinkokunnassamme sitä esiintyy varmuudella vain Maassa ja ehkä joissakin kuissa.

  "Voi hyvin olla, ettei elämä edes näissä ideaalioloissa kehity helposti", sanoo Howard Smith. "Jos jokin eksoplaneetta on ollut niin onnekas, että se täyttää elämän kehittymisen peruskriteerit, sen on täytynyt olla onnekas myös toiseen kertaan. Sielläkin on täytynyt tapahtua jokin mullistus, oma kambrikauden räjähdys. Ilman sitä evoluutio olisi jäänyt kesken.
  Tiedämme, että havaitut planeetat eivät tue käsitystä, jonka mukaan jopa joka toisella tädellä voisi olla Maan kokoinen kivinen kiertolainen elämän vyöhykkeellä. Löydot pikemminkin musertavat näkemystä. - Auringoiksi luullut tähdet ovat liian pieniä suuria, liian himmeitä tai kirkkaita. Planeetat ovat jättiläisiä tai kääpiöitä ja kiertävät liian lähellä tähteään tai liian epäsäännöllistä rataa. Tällaisessa kosmoksessa älylle ei ole voinut tarjoutua monta tilaisuutta. Toinen Maa saattaa jäädä tieteiskuvitelmaksi."

  Smith kyseenalaistaa myös mahdollisuutemme saada yhteys oletettuihin muihin sivilisaatioihin. Hänen mukaansa etenkin meitä vanhempiin (ja kuten monet uskovat, kehittyneempiin) sivilisaatioihin on vaikea saada yhteyttä, sillä universumi laajenee jatkuvasti kiihtyvällä nopeudella. Signaali, jonka lähetämme tänään, ei koskaan tavoita kaukaisia galakseja. Optimistisimpien arvioiden mukaan älykkäitä olentoja voisi elää 1000 valovuoden päässä, mutta sekin on niin kaukana, että voisimme odottaa vastausta vasta vuoden 4500 tienoilla! (Tiede 03/2012)

 

Linkkejä:

Alkuperäinen Drake-laskuri: http://www.seti.org/
H. Rossin laskelmia: http://www.reasons.org/

 

26.5.2002 (päivitetty 01.9.06)