Níu höpp skópu vin í alheimi 

Okkar gróskumikli hnöttur ætti ekki að vera til. Ef jörðin hefði ekki rekist á aðra plánetu myndi hún t.d. núna vera lífvana – og það er einungis eitt af mörgu „hvað – ef“. Núna leita vísindamenn eftir framandi hnöttum til að ganga úr skugga um hvort jörðin sé heppnasta pláneta alheims.

BIRT: 18/04/2022

LESTÍMI:

11 mínútur
Share on facebook

Hátt yfir næturhimni plánetunnar fer könnunarfar hljóðlaust um með skynjara sína sem beinast að myrkru landslaginu þúsund kílómetrum fyrir neðan það.

 

Kanninn safnar upplýsingum um samsetningu lofthjúpsins, leitar eftir mögulegum ljósuppsprettum á yfirborðinu og hlustar eftir útvarpsbylgjum. Allt er þetta gert til að svara spurningunni: Finnst líf þarna niðri?


Svarið er augljóslega já, því þessi pláneta sem könnunarfarið flýgur yfir þann 8. desember 1990 er engin önnur en okkar eigin hnöttur, jörðin. Könnunarfarið sem leitar eftir lífi á jörðu heitir Galileo og þessi hluti leiðangursins er kannski ekki eins vitlaus og þetta hljómar.

1. happ. Sprengistjarna veitti hnettinum varma.

Fyrir 5000 milljón árum: Sólin, jörðin og aðrar plánetur mynduðust úr risavöxnu gas – og rykskýi. Ef ekki væri fyrir að heppilega nærliggjandi stjarna endaði líf sitt í sprengingu á sama tíma, hefði jörðin endað sem ísklumpur samkvæmt nýrri rannsókn.

 

Sprengistjarnan gaf jörðu mörg geislavirk efni sem síðan urðu hluti plánetunnar, m.a. ál 26Al. Orkan frá geisluvirku niðurbrotinu varð þess valdandi að umframmagn af vatni gufaði upp og efnin halda iðrum jarðar ennþá heitum.

 

Líkindi: 10%

Án sprengistjarna verða plánetur þannig samsettar að þær eru ekki byggilegar.

Með hliðsjón af athugunum Galileos geta stjarnfræðingurinn Carl Sagan og félagar hans ályktað að byggileg pláneta sendi frá sér greinileg merki sem er tæknilega mögulegt að fanga úr mikilli fjarlægð.


Fimm árum síðar, árið 1995, finna stjarnfræðingar fyrstu fjarplánetuna á braut um stjörnu sem minnir á sólina. Skyndilega verður óvenjulegur leiðangur Galileos merkilega veigamikill.

LESTU EINNIG

Plánetan, 51 Pegasi b, er vissulega glóandi heitur risi sem líkist Júpíter á braut afar nærri stjörnu sinni og því nánast örugglega bæði líflaus og óbyggileg pláneta. En uppgötvun þessi boðar upphafið að nýju kapphlaupi í geimnum – leitinni að lífvænlegum hnöttum í öðrum sólkerfum og þar með svarinu við einni helstu spurningu vísindanna: Hefur lífið fundið aðrar vinjar í alheimi eða er jörðin bara ótrúlega heppilegt frávik?

2. happ: Satúrnus stöðvaði drottnun Júpíters

Fyrir 4.600 milljón árum: Ef Satúrnus hefði ekki hamlað ferð Júpíters inn að sólu hefði jörðin og aðrar bergplánetur aldrei myndast.

 

Stjarnfræðingar hafa fundið margar fjarplánetur líkar Júpíter en þær eru oftast á brautum afar nærri stjörnum sínum. Rétt eins og Júpíter í sólkerfi okkar hafa þær líklega orðið til lengra í burtu en hafa færst inn að stjörnu sinni. Á leiðinni þangað hafa risarnir fjarlægt allar bergplánetur.

 

Sólkerfi með svokölluðum heitum Júpíterum nærri stjörnum hafa því engar plánetur eins og jörðu í hæfilegri fjarlægð. Vísindamenn hafa reiknað út að það þurfti annan gasrisa eins og Satúrnus til þess að toga Júpíter frá sólu á ný og þannig skapa rými fyrir Merkúr, Venus, jörðina og Mars.

 

Líkindi: 5%

Fáein fjarplánetukerfi hafa tvo gasrisa sem halda hvor öðrum í skefjum þannig að bergplánetur öðlist sinn tilverurétt.

1. Júpíter færist nær

Júpíter færist inn að miðju ungs sólkerfis þar sem stórar bergplánetur eru á brautum nærri sólu. Þannig líta mörg fjarplánetukerfi ennþá út.

2. Plánetur skella saman

Júpíter veldur því að aðrar plánetur rekast saman og hann þvingar þær nær sólu þar til þyngdarkraftur Satúrnusar stöðvar ferð Júpíters inn að miðju sólkerfisins.

3. Júpíter skapar rými

Eftir að Júpíter hefur haldið til baka myndast rými til þess að jörðin og aðrar nýjar plánetur geti myndast úr smáplánetunum. Afar fá plánetukerfi eru með þessum hætti.

Fræðimenn leita að annarri jörð

Nú er búið að staðfesta margar plánetur utan við sólkerfi okkar og nemur fjöldi þeirra vel yfir 4000. Þær deilast niður á 3043 stjörnukerfi og af þeim eru 659 með fleiri en eina plánetu. En þrátt fyrir að vísindamenn geti nú valið á milli mörg þúsund pláneta má hafna langflestum þeirra við fyrstu sýn sem kandidötum sem líkjast jörðinni okkar.


Meðal þeirra pláneta sem vísindamenn útiloka strax eru gasrisarnir, en einnig koma margar bergplánetur ekki til greina þar sem þær eru ýmist of nálægt stjörnu sinni eða of langt frá henni. Sumar eru ýmist mun stærri eða minni en hnötturinn okkar eða þá að stjarna þeirra er ekki af réttri gerð.

 

Eftir því sem að fleiri nýjar fjarplánetur uppgötvast, og stjarnfræðingar læra meira um sumar þeirra sem þeir þegar þekkja til, verður listinn yfir bestu mögulegu pláneturnar stöðugt uppfærður.

3. happ: Jörðin endaði á þröngu lífvænlegu svæði

Fyrir 4.540 milljón árum: Vatn getur einungis fyrirfundist í fljótandi formi í tiltekinni fjarlægð frá sólu. Vatn í fljótandi formi skiptir sköpum fyrir líf á jörðu – og kannski fyrir líf yfirleitt. En plánetum er sniðin ákaflega þröngur stakkur hvað varðar fjarlægð til stjörnu sinnar.

 

Sé fjarlægðin of lítil gufar vatnið upp og ef hún er of mikil frýs það. En jörðin okkar er staðsett á „alveg mátulega“ þröngu svæði. Geislun sólar hefur aukist frá myndun hennar en jörðin hefur verið á fullkomnum stað í alla sína 4,6 mia. ár.


Fleiri rannsóknir benda til að lífvænlega svæðið sé jafnvel enn minna en áður var ætlað. Samkvæmt nýjum útreikningum þarf pláneta að vera rétt innan marka sem eru einungis fjórðungur af því svæði sem vísindamenn hafa til þessa talið geta hýst líf, eigi lofthjúpur plánetunnar að styðja við æðra líf. 

 

Líkindi: 0,5%

Ein af hverjum 100 fjarplánetum liggur á lífvænlegum svæðum en þó ekki í öllum tilvikum þar sem margar plánetur eru á sporöskjulaga brautum.

1. Gamla lífvænalega svæðið

Ytri mörk: Þykkur lofthjúpur af gróðurhúsagasi heldur hitastiginu uppi þannig að vatn frýs ekki. 

 

Innri mörk:
Væg gróðurhúsaáhrif og ský halda hitastiginu niðri svo vatnið sjóði ekki.

2. Nýja lífvænalega svæðið

Ytri mörk: Gróðurhúsaáhrif myndast ekki þar sem CO2 frýs snemma út úr lofthjúpnum.

 

Innri mörk: Útfjólublá geislun brýtur vatnsgufu niður í O og H þannig að allt vatn hverfur út í geim.

Árið 2019 er það fjarplánetan K04878.01 sú sem kemst næst því að líkjast jörðu. Hún fær einkunnina 0,98 á svonefndum ESI – skala, Earth Similarity Index, þar sem jörðin hefur gildið 1. Plánetan K04878.01 hefur næstu sömu stærð og jörðin og er stödd á braut sem veitir henni einungis 3% meiri geislun frá stjörnunni, sem einnig líkist nokkuð sólinni okkar.


Aðrar rannsóknir sem horfa til þátta sem ekki koma fram í ESI skalanum benda hins vegar til að K04878.01 sé með lofthjúp sem er með tíu sinnum meiri loftþrýsting en á jörðu. Og því er ólíklegt að líf geti þrifist á henni.

 

Annar kandídat, plánetan TRAPPIST – 1e hefur hins vegar nánast engan lofthjúp. Þrátt fyrir að báðar pláneturnar líkist um margt jörðu virðast þær hafa þróast öðruvísi heldur en hún.

4. happ: Árekstur veitti jörðu fullkomna stærð.

Fyrir 4.520 milljón árum: Árekstur við aðrar plánetur reyndist mikið happ fyrir jörðina. Hann veitti henni stóran járnkjarna og þar með segulsvið, en án þess að hnötturinn væri of stór til að hýsa líf.

 

Upprunalega var jörðin minni en hún er núna en fáum milljónum árum eftir myndum hennar rakst hún á minni plánetu, Þelu, á stærð við Mars. Við áreksturinn sökk járnkjarni Þelu til botns á jörðinni meðan léttari efni þeyttust út í geim og mynduðu síðar tunglið. Jörðin er því með óvenjulega stóran kjarna miðað við stærð og það á sinn þátt í að veita plánetunni segulsvið sem ver lífið gegn geislun.


Plánetur með svo stóran kjarna eru jafnan töluvert stærri en jörðin og líklega lífvana. Það stafar af því að plánetan fer að líkindum úr því að vera bergpláneta yfir í gasplánetu þegar hún er orðin helmingi stærri en jörðin.

 

Plánetan mun ýmist verða hulin þykkum lofthjúpi úr vetni og helíum með þrýstingi sem er mörg þúsundfaldur miðað við þann sem er hér á jörðu. Ef plánetan er nær stjörnu sinni mun lofthjúpurinn gufa upp og skilja eftir sig lífvana hnött.

 

Líkindi: 5%

Kjarni jarðar er líklega óvenjulega stór miðað við stærð hnattarins.

Eigi líf að eiga kost á að myndast og þróast skiptir sköpum að bæði braut plánetunnar og geislun stjörnunnar sé stöðug yfir marga milljarða ára. Möguleikinn á að pláneta teljist byggileg ræðst ekki einungis af ytri aðstæður heldur einnig í iðrum hennar.

 

Virkur berggrunnur er afar mikilvægur fyrir líf á jörðu og líklega á það einnig við aðra hnetti. Flekahreyfingar gera aðstæður stöðugar á yfirborði plánetu með því að stýra innihaldi gróðurhúsalofttegunda í lofthjúpi plánetunnar.

 

Hinn svonefnda kolefnishringrás bætir t.d. CO2 í lofthjúpinn við eldgos meðan gamlir jarðskorpuflekar flytja kolefnið aftur niður í iður jarðar.

5. happ: Tunglið gerir árstíðirnar stöðugar

Fyrir 4.510 milljón árum: Tunglið skiptir sköpum hvað varðar snúning jarðar og þar með fyrir loftslag. Ný tölvulíkön sýna að tunglið gerir  hallan á öxli jarðar stöðugan. Hallinn á öxlinum ákvarðar árstíðirnar. Bergpláneta á stærð við jörðu sem ekki er með stórt tungl mun vagga með frávikum í öxulhalla sem nemur allt að 10° á 10.000 árum. Það veldur óstöðugum árstíðum og mjög óstöðugu loftslagi.

 

Líkindi: 5%

Tungl eru algeng en engar aðrar bergplánetur eru með jafn stórt tungl og jörðin.

 

Með tungli: Breitt stöðugt svæði 

Svo lengi sem jörðin hefur tungl sitt getur hnötturinn viðhaldið stöðugri stefnu í geimnum og þar með föstum árstíðum, svo fremi sem snúningsöxull jarðar halli milli 0° og 60°.

Án tunglsins: Mjótt stöðugt svæði

Ef jörðin myndi glata tungli sínu myndi stöðuga svæðið skerðast verulega. Jörðin væri einungis fær um að viðhalda stöðugri stefnu svo fremi halli snúningsöxuls haldist innan við 85° til 90°.

Teymi japanskra vísindamanna undir forrystu jarðfræðingsins Takehiro Miyaghsai hermdu þannig árið 2015 eftir iðrum bergpláneta sem eru stærri en jörðin.

 

Í ljós kom að skorpan verður of þykk og þrýstingur í iðrum plánetanna of hár til að flekahreyfingar geti átt sér stað.

 

Aðrar greiningar hafa sýnt að flekahreyfingar geta varla hafist af sjálfu sér á bergplánetum, sem þó eru hafa heppilega stærð, hitastig og samsetningu. Reyndar vita vísindamenn ekki með vissu hvernig ferli þetta hófst á jörðu.

6. happ: Eldvirkni er hitastýring hnattarins

Fyrir 3.200 milljón árum: Loftslag jarðar hefur sveiflast mikið í allri sögu hennar – frá gróðurhúsahita yfir í ísaldir þar sem jöklar  og hafís huldu stóran hluta plánetunnar. En í hvert sinn sem hitinn varð öfgakenndur dregur hitastýring jarðar aftur úr öfgunum með því að lagfæra innihald lofthjúpsins af gróðurhúsalofttegundum.

 

Flekahreyfingar, sem taka upp og senda aftur út gróðurhúsalofttegundina CO2, skipta sköpum fyrir líf á jörðu. Vísindamenn við Carnegie vísindastofnunina í BNA reiknuðu út árið 2019 hvað hefði gerst ef jörðin hefði ekki slíka hitastýringu.

 

Trúlega hefði hún endað með öfgafullan hita eins og Venus eða þá að hún væri alveg án lofthjúps eins og Mars.

 

Líkindi: 1%

Engar aðrar plánetur í sólkerfinu eru með flekahreyfingar – skilyrði fyrir stöðugu loftslagi.

Of heitt

Eftir því sem jörðin hlýnar fellur meiri úrkoma. Regnvatnið leysir upp CO2 og sendir það niður í jarðveginn. Minna magn af CO2 í andrúmsloftinu veldur því að hitastigið lækkar.

Of kalt

Eftir því sem jörðin kólnar fellur minni úrkoma. Þannig er ekki svo mikið af CO2 leyst upp í regnvatni, þannig að magn CO2 í andrúmsloftinu vex. Það veldur því að hitastig jarðar hækkar.

Ofursjónauki leitar eftir ildi

Núna geta stjarnfræðingar einungis athugað þvermál fjarpláneta og fjarlægð þeirra til stjarna, en nýr sjónauki mun veita þeim mun nákvæmari mynd af þeim.

 

Þetta á ekki síst við um Extremely Large Telescope, ELT, sem verður fyrstur sinnar tegundar þegar honum verður beint út í alheim í fyrsta sinn árið 2025. Sjónaukinn verður hluti af suðlægum stjörnuathugunarstöðvum í Atacama – eyðimörkinni í Chile og verður þvermál hans heilir 39 metrar.

 

Til samanburðar er þvermálið á stærsta sjónauka á jörðu núna um 10 metrar. ELT mun skila myndum sem eru sextán sinnum skarpari en Hubble – sjónaukans.

7. happ: Frítt ildi ruddi brautina fyrir þróað líf

Fyrir 850 milljón árum: Súrefni/ildi er nauðsynlegt fyrir allt æðra dýralíf á jörðu. Í bernsku jarðar var ildið bundið í efnasamböndum en það breyttist þegar forfeður blágrænþörunga nútímans tóku að ljóstillífa.

 

Ný rannsókn bendir til að þetta hafi gerst fyrir 3400 mio. árum. Fyrsta milljarð áranna varð ildið fangað og bundið af t.d. járni, en fyrir um 850 milljón árum tók ildismagnið að vaxa í efri hluta hafsins og í lofthjúpnum og ruddi brautina fyrir fjölfrumunga.

 

Líkindi 5%

Frítt ildi krefst þess að fleiri skilyrðum sé mætt. Við höfum ekki enn fundið fjarplánetu með fríu ildi.

Eitt helsta verkefni sjónaukans verður að komast að því hve margar jarðarlíkar plánetur er að finna á mismunandi þróunarskeiðum í nágrenni sólkerfis okkar.

 

Þetta verður m.a. gert með greiningum á frumplánetuskífum umhverfis nýfæddar stjörnur þar sem stjarnfræðingar eru einkum áhugasamir um að greina deilingu frumefna, sameinda og massa.

 

Slíkar upplýsingar geta fyllt upp í göt í sögunni um fæðingu jarðar og sýnt fram á hvort barnæska sólkerfis okkar hafi verið eðlileg eða einstök. ELT getur einnig aflað gagna um massa fjarpláneta.

8. happ: Júpíter hindrar árekstra við loftsteina

Fyrir 750 milljón árum: Loftsteinar voru gagnlegir í bernsku jarðar því þeir áttu sinn þátt í að móta þá plánetu sem við þekkjum núna. Þeir juku þannig massa jarðar og veittu henni mikið af vatni sínu. Kannski fluttu þeir með sér jafnvel suma mikilvæga byggingarsteina til þess að líf gæti myndast. En núna eru loftsteinar alvarlegt vandamál fyrir jörðu.

 

Allt frá því að æðra líf kom fram fyrir um 750 mio. árum hafa miklir árekstrar, eins og þeir sem útrýmdu risaeðlunum fyrir 66 milljón árum ógnað lífi jarðar. Sem betur fer á jörðin sér stórbrotinn verndara í Júpíter.

 

Hermilíkön sína að langtum fleiri stærri himintungl myndu skella á innri plánetur sólkerfisins ef gasrisinn virkaði ekki eins og ryksuga sem togar til sín björg og ísklumpa með sínum gríðarlega þyngdarkrafti.

 

Líkindi: 50%

Mörg sólkerfi eru með gasrisa en oft eru þeir of nærri stjörnu sinni til að vernda aðrar plánetur.

Þar sem stjarnfræðingar vita þvermál plánetanna út frá athugunum sínum geta þeir reiknað út massafyllina og þar með komið fram með vel ígrundaða ágiskun um efnasamsetningu þeirra.

 

Með þá þekkingu í farteskinu geta vísindamenn kannski sannað hvort möguleiki er á að pláneta hafi til að bera verjandi segulsvið og eldvirkni með flekahreyfingum rétt eins og á jörðu.


Auk þess vonast stjarnfræðingar til að ELT reynist svo öflugur að hann geti greint lofthjúpinn á mörgum þekktum jarðarlíkum plánetum – ekki síst tveimur kandidötum K04878.01 og TRAPPIST – 1e.

9. happ: Segulsviðinu bjargað á síðustu stundu

Fyrir 565 milljón árum:  Segulsviðið skiptir sköpum fyrir líf jarðar. Ásamt lofthjúpnum myndar segulsviðið tvöfaldan skjöld sem ver lífið gegn skaðlegri geislun úr geimnum. Jafnframt heldur segulsviðið fast í lofthjúpinn og úthöfin, sem ella myndu blása burt í straumi öreinda frá sólu án þessarar segulmögnuðu varnar.

 

Vísindamenn hafa fundið leifar af segulsviði á jörðu allt að 4200 milljón ár aftur í tímann. En nú sýnir ný rannsókn að fyrir 565 milljón árum var það næstum því horfið einmitt þegar þróað dýralíf var við það að yfirtaka plánetuna.


Segulsvið jarðar myndast þegar hlaðnar öreindir hreyfast í fljótandi hluta kjarna jarðar. En fyrir 565 milljón árum voru hreyfingarnar orðnar svo hægfara að styrkur segulsviðsins var einungis tíundi hluti þess sem hann er núna.

 

Ný rannsókn sýnir að segulsviðið endurheimti aftur skyndilega styrk sinn – samkvæmt vísindamönnum vegna þess að fasti innri kjarninn myndaðist einmitt á þessum tímapunkti. Þetta ýtti til öðrum efnum utar í fljótandi kjarnann og hitastigsmunurinn milli þessara tveggja hluta kjarnans skópu á ný þá strauma sem ennþá viðhalda segulsviðinu.

 

Líkindi: 5%

Segulsvið þarf bergplánetu með alveg rétta samsetningu og kjarnastærð.

Upphitun

Jörðin er með fastan innri kjarna og fljótandi ytri kjarna. Fasti innri kjarninn hitar kaldari ytri kjarnann upp.

Hreyfingar

Varminn kemur kjarnanum á hreyfingu. Straumarnir sveigjast af snúningi jarðar og mynda hliðstæða spírala.

Segulmagn

Spírallarnir skapa segulsvið jarðar eins og í rafali þar sem mekanískur snúningur verður að straumi.

Helst af öllu vilja þeir finna frítt ildi. Gasið hvarfast auðveldlega við önnur efnasambönd þannig að það fyrirfinnst einungis í lofthjúpi bergpláneta þegar það verður til í sífellu.

 

En það gerist að líkindum einungis við flókna lífræna ferla eins og við ljóstillífun hér á jörðu, sem er jú grunnur alls dýralífs.

 

ELT og önnur ný tæki og tól munu á næsta áratug færa okkur nær svari við spurningunum: Hefur líf þróast á öðrum stöðum eða er jörðin heppnasta pláneta í alheimi?

0,0000000000078125%*

…svo lítil eru líkindi fyrir því að jörðin myndi þróast til að geta hýst líf. Tölfræðilega séð er einungis eina slíka plánetu að finna fyrir hverja 25 milljarða pláneta. Jörðin er niðurstaða af níu ótrúlegum höppum.

 

*Aðferð: Talan er fengin með því að margfalda líkindin fyrir þessum níu höppum á eftirfarandi blaðsíðum. Hver líkindi grundvallast á upplýstum getgátum.

BIRT: 18/04/2022

HÖFUNDUR: Niels Halfdan Hansen

HÖFUNDARÉTTUR MYNDA: Shutterstock,© WIM VAN EGMOND/SCIENCE PHOTO LIBRARY,

vinsælustu greinarnar

Lifandi vísindi

Lyf

Lifandi saga

Ertu áskrifandi að tímaritinu?

Áskrifendur að tímaritinu geta fengið frían aðgang að vefnum hér.

Innskráning

Ertu með áskrifandi að blaðinu?

Áskrifendur geta fengið áskrift af vefnum hér

FÁÐU AÐGANG AÐ VÍSINDI.IS

Viltu lesa greinina?

Fáðu aðgang að visindi.is

Ókeypis í 2 vikur!

Eftir það kostar eingöngu 1.390 kr. á mánuði og enginn uppsagnarfrestur.

Innifalið er aðgangur að öllum greinum á vefnum ásamt rafræna útgáfu af nýjustu tölublöðunum.

  • Fullur aðgangur að visindi.is
  • Frábærar myndir og myndbönd
  • Aðgengilegt í öllum snjalltækjum
  • Fullur aðgangur að gríðarlegu magni eldri greina
  • Nýjustu tölublöðin í rafrænu formi

Núverandi áskrifendur að tímaritinu fá að sjálfsögðu ókeypis aðgang að vefnum og þurfa bara að virkja aðgang sinn hér.

Ef þú ert þegar áskrifandi að visindi.is