Ravi Kopparapu var reyndar að rannsaka þyngdarbylgjur – veikar truflanir í tímarúmi, eins og afstæðiskenning Alberts Einsteins spáði fyrir um – þegar hann var einn daginn að tala við móður sína í síma.
Hún spurði hvað hann væri að fást við og hann gat ekki útskýrt það fyrir henni. Þann dag ákvað Kopparapu að breyta um stefnu.
Í stað þess að villast í frumskógi eðlisfræðikenninganna vildi hann helga starfsævi sína raunverulegri ástríðu sinni.
Hann vildi leita að svari við grundvallarspurningum stjörnufræðinnar: Erum við ein í alheiminum eða er önnur pláneta þarna úti þar sem líf blómstrar alveg eins og á jörðinni?
Frá því á tíunda áratugnum hafa stjörnufræðingar fundið 5.653 plánetur í framandi sólkerfum. Kannski er líf að spretta á sumum þeirra.
Í dag starfar Ravi Kopparapu sem stjarnlíffræðingur við Goddard geimflugmiðstöð NASA og er hluti af stækkandi hópi vísindamanna sem horfa til stjarnanna í leit að lífi.
Með sífellt betri sjónaukum þysja þeir inn á lífsmörk á framandi plánetum og núna hafa þeir fundið stað þarna úti sem gæti verið heimkynni nágranna okkar í geimnum.
Vísindamenn leita uppi landamæri lífsins
Leitin að lífi er snúin vegna þeirrar óheppilegu staðreyndar að vísindamenn vita ekki hvað líf er. Hvert mannsbarn veit að fólk er lifandi en steinar eru það ekki en fyrir fræðimenn er erfitt að gefa algilda, afdráttarlausa skilgreiningu á því hvar mörk lífs liggja.
Opinber skilgreining NASA segir líf vera „sjálfbært efnakerfi sem tekur darwinískri þróun“ – þ.e. lífverur sem eru frábrugðnar öðrum lífverum sem geta umbreytt orku, geta fjölgað sér og geta stökkbreyst, þannig að með tímanum geta þær þróast í nýjar tegundir.
Hins vegar er skilgreining NASA ekki skotheld.
Sá alheimur sem við getum greint hefur takmarkaða stærð. En hvað er hinum megin við sjónhvörfin og hefur það með einhverjum hætti afleiðingar fyrir okkur hér á jörðinni?
Múlasnar – blendingar hests og asna – eru til dæmis oftast ófrjóir og geta þess vegna ekki fjölgað sér og eru því ekki lifandi samkvæmt skilgreiningu NASA.
Veirur uppfylla heldur ekki kröfur NASA. Þær geta ekki fjölgað sér án hýsilsfrumu og þær hafa ekki eigin efnaskipti – svo þær eru, samkvæmt skilgreiningunni ekki lifandi.
Þannig að í framtíðarleitinni að framandi lífi gæti þurft víðtækari túlkun á hugtakinu líf sem næði yfir múldýr, veirur – og hvaðeina sem við kynnum að finna þarna úti.
Galileogeimfarið fann líf í geimnum
Þegar stjörnufræðingarnir hafa ákveðið að hverju þeir eigi að leita er næsta skref að leita að ummerkjum sem lífverur í geimnum kunna að hafa skilið eftir sig – t.d. svokölluð lífsummerki. Þetta er einmitt megináherslan í rannsóknum Ravi Kopparapu.
Lífsummerki eru efni sem líklegast myndast þegar lifandi lífverur eru til staðar og eru að öðru leyti sjaldgæf – til dæmis gastegundirnar súrefni og metan.
Líkindi með lífi og hinu óþekkta
Árið 1961 bjó stjarneðlisfræðingurinn Frank Drake til jöfnu sem sameinar allar þær breytur sem þarf til að meta fjölda vitsmunalegra lífkerfa í vetrarbrautinni okkar. Því miður eru margir óvissuþættir í jöfnunni.
N
Fjöldi vitsmunalegra lífkerfa í vetrarbrautinni okkar.
R*
Fjöldi stjarna sem myndast ár hvert í vetrarbrautinni.
fp
Fjöldi þessara stjarna sem hafa plánetukerfi.
ne
Fjöldi þessara reikistjarna sem hefur umhverfi sem hentar til að hýsa líf.
fl
Fjöldi hentugra reikistjarna þar sem líf finnst í raun og veru.
fi
Fjöldi pláneta þar sem vitsmunalíf þróast.
fc
Fjöldi pláneta þar sem vitsmunalíf sendir mælanleg merki um tilvist sína út í geiminn.
L
Tímabilið sem slíkt líf sendir merki út í geiminn.
Hátt súrefnisinnihald í lofthjúpi jarðar stafar til dæmis af því að lífverur – plöntur, þörungar og bakteríur – hafa breytt CO2 í súrefni með ljóstillífun.
Metan (CH4) er óstöðug lofttegund og ef innihald andrúmsloftsins endurnýjast ekki stöðugt með líffræðilegri virkni – á jörðinni fyrst og fremst landbúnaði – hverfur það.
Árið 1990 var í raun hægt að finna skilgreinanlegt líf í geimnum út frá þannig lífsummerkjum. Á þeim tíma var Galileo geimkönnuðurinn á leið í átt að Júpíter og stjörnufræðingurinn Carl Sagan fékk þá hugmynd að farið ætti að veiða lífsummerki á leiðinni.
Galileo sneri skynjurum sínum í átt að jörðinni og fann nákvæmlega það sem Sagan vonaðist eftir: hátt súrefnisinnihald, metan og jafnvel útvarpsmerki sem áttu sér enga náttúrulega uppsprettu.
Það að á jörðinni finnist líf kom auðvitað ekki á óvart en tilraunin sýndi að lífsummerki geta í raun og veru leitt í ljós líf og í dag eru greiningar á lofthjúpnum á framandi plánetum eitt mikilvægasta vopn fjarreikistjörnuveiðimanna í leit að lífi.
Á sama hátt má einnig nota tæknilegar mælingar.
Dyson-hvel er fræðilegt tæki sem safnar orku frá stjörnu í framandi sólkerfi.
Ef lífverur í geimnum eru færar um að senda frá sér útvarpsbylgjur gætu móttökutæki okkar hugsanlega numið þær og ef geimverurnar geta byggt nógu stór mannvirki gætum við jafnvel séð þau.
Dæmi um hið síðarnefnda er svokölluð Dyson-hvel sem kennd eru við eðlisfræðinginn Freeman Dyson.
Árið 1960 lýsti hann því hvernig háþróuð samfélög gætu smíðað skel af sólarsellum sem umlykur stjörnu þeirra og gætu þannig virkjað nánast óendanlegt mikið magn af orku.
Fyrir okkur mundu fjarlæg Dyson-hvel birtast sem stjarna sem gæfi frá sér óvenjulegt ljós en tæknimerki þurfa ekki að vera alveg svo stórfengleg. Um árið 1900 var áhugastjörnufræðingurinn Percival Lowell til dæmis sannfærður um að hann hefði greint tæknimerki á nágrannaplánetu okkar; Mars.
Þegar Lowell beindi sjónauka sínum að rauðu plánetunni (Mars), sá hann fínt net af skurðum sem hann taldi að væru gerðir af vitsmunaverum.
Alheimur er augljóslega fullur af stjörnum, plánetum og gasþokum. En fjölmargir útreikningar sýna að eitthvað annað sem við getum ekki séð, hlýtur nauðsynlega að vera til staðar. Hvað er það?
Kenning hans var ekki endanlega hrakin fyrr en á sjöunda áratugnum, þegar geimför mynduðu yfirborðið en kenningar Lowells ýttu af stað leit að lífi á Mars.
Skurðirnir sem Lowell sá voru grafnir af rennandi vatni fyrir milljónum ára þegar hlýrra var á Mars. Í dag er vatn í fljótandi formi talið mikilvæg forsenda lífs en á Mars finnst vatn nú aðeins í frosnu formi.
Ennfremur hefur plánetan aðeins þunnan lofthjúp sem nær eingöngu er gerður úr CO2 og engin lífsummerki eru heldur til staðar. En plánetan gæti hafa hýst líf einhverntíma áður.
Það var að minnsta kosti það sem David S. McKay, stjörnufræðingur hjá NASA sannfærðist um árið 1996.
Vísindamenn NASA töldu sig hafa fundið ummerki um bakteríur í Marsloftsteininum ALH 84001.
Ásamt samstarfsmönnum sínum greindi hann loftsteininn ALH 84001 sem er upprunninn á Mars og McKay fann steingerðar bakteríur í berginu.
Uppgötvunin var vísindalegt stórafrek – en hún reyndist röng. Í dag er talið að það sem McKay hélt að væru bakteríur séu líklega jarðfræðileg fyrirbæri frá því þegar steinninn varð til fyrir 4 milljörðum ára.
Stjörnufræðingar telja ólíklegt að líf sé á Mars en um svipað leyti og McKay gerði uppgötvun sína opnuðu samstarfsmenn hans augun fyrir alveg nýjum veiðisvæðum.
Í áratugi höfðu þeir deilt um hvort myndun pláneta væri eitthvað sem aðeins gæti gerst í okkar sólkerfi en árið 1995 tóku svissnesku stjarneðlisfræðingarnir Michel Mayor og Didier Queloz eftir sérstöku fyrirbæri á stjörnunni 51 Pegasi.
Bylgjulengd ljóss stjörnunnar var örlítið breytileg og Mayor og Queloz höfðu góða skýringu á því: Fjarlægðin til 51 Pegasi er ekki stöðug vegna þess að reikistjarna sem gengur á sporbraut um aðra stjörnu togar lítillega í hana.
Stjörnufræðingar höfðu þegar uppgötvað plánetu á braut um svokallaða púlsstjörnu sem er leifar af sprengistjörnu. Nú höfðu Svisslendingarnir tveir sýnt í fyrsta sinn fram á tilvist reikistjarna sem gengu umhverfis aðrar stjörnur.
Ef venjuleg stjarna eins og 51 Pegasi er miðja stjörnukerfis með að minnsta kosti einni plánetu þýðir það þá ekki að alheimurinn er fullur af hnöttum sem gætu hugsanlega hýst líf?
Uppgötvunin varð til þess að margir aðrir stjörnufræðingar leituðu að svokölluðum fjarreikistjörnum, því ef venjuleg stjarna eins og 51 Pegasi er miðja stjörnukerfis með að minnsta kosti einni plánetu þýðir það þá ekki að alheimurinn er fullur af hnöttum sem gætu hugsanlega hýst líf?
Í dag mundi mikill meirihluti stjörnufræðinga hiklaust svara þeirri spurningu játandi. Líklegast eru ein eða fleiri plánetur á braut um hverja einustu stjörnu á himninum.
Milljarðar pláneta geta hýst líf
Vetrarbrautin okkar inniheldur að minnsta kosti 100 milljarða stjarna og Vetrarbrautin er aðeins ein af að minnsta kosti 200 milljörðum vetrarbrauta í hinum þekkta alheimi. Með öðrum orðum, alheimurinn inniheldur gífurlegan fjölda pláneta. Hins vegar eru ekki allar hæfar til lífs.
Gríðarlegan hita, tíma og orku þarf þegar ný stjarna myndast. Við útskýrum ferlið í fjórum auðskiljanlegum þrepum.
Á jörðinni undrast vísindamenn stöðugt hvar líf getur þrifist – í mikilli geislavirkni, í svartamyrkri undirdjúpsins og í söltum eyðimerkurvötnum – en fjarlægar gasreikistjörnur án fasts yfirborðs eða hnatta sem eru þúsunda gráða heitar eru ekki augljósustu heimilin fyrir lífverur í geimnum.
Ákjósanlegustu lífsskilyrðin eru á svokölluðum klettareikistjörnum sem eru á hinum svokölluðu „mögulega byggilegu svæðum“, þ.e. í hæfilegri fjarlægð frá stjörnu þar sem hitastigið leyfir fljótandi vatni.
Af þeim tæplega 6.000 fjarreikistjörnum sem vitað er um í dag uppfyllir aðeins um eitt prósent þeirra þessi skilyrði.
Bæði pláneturnar í okkar eigin sólkerfi og annars staðar í Vetrarbrautinni geta hugsanlega hýst líf.
Hér getur lífið blómstrað
Stjörnufræðingar hafa þegar fundið nokkra hnetti þar sem aðstæður – að minnsta kosti fræðilega – gera lífi kleift að myndast. Sú sem er næst okkur er í okkar eigin sólkerfi og líklegast í 120 ljósára fjarlægð.
1. Íshaf Evrópu gæti iðað af lífi
Hið djúpa haf undir ísnum á yfirborði tungls Júpíters, Evrópu, er kannski sá staður í sólkerfinu okkar þar sem mestar líkur eru á því að finna frumstætt líf. Árið 2030 mun geimfarið Clipper rannsaka Evrópu í leit að lífsummerkjum.
2. Næsta nágrannapláneta hefur góð skilyrði
Umhverfis næstu nágrannastjörnubrautir okkar gengur reikistjarnan Proxima Centauri b. Hún er á stærð við jörðina, liggur á hinu svokallaða byggilega svæði í kringum stjörnu sína – og fjarlægð til hennar er „aðeins“ 40.000 milljarðar km.
3. Andrúmsloftið sýnir lífsummerki
Nýjasti kandídatinn sem búsvæði fyrir framandi líf er plánetan K2-18 b sem JWST geimsjónaukinn kom auga á árið 2023. Í lofthjúpnum eru gastegundir sem vísindamenn telja að geti aðeins komið frá lífverum.
Aðstæður á plánetunni verða líka að vera tiltölulega stöðugar:
Stjarnan verður að lýsa með stöðugum styrkleika. Braut plánetunnar um stjörnuna verður að vera nokkurn veginn hringlaga þannig að hitastigið á hnettinum sé stöðugt. Og það verður að vera til kolefni sem hægt er að nota til að byggja upp frumur lífveranna.
Meirihluti þess eina prósents sem eftir er af fjarreikistjörnum getur ekki uppfyllt þessi skilyrði. Aðeins örfáar plánetur eru þá eftir – þar á meðal K2-18 b.
Fjarreikistjarnan með þessu nafni er á braut um dvergstjörnu u.þ.b. 120 ljósár – 1.200.000 milljarða km – frá jörðu og árið 2023 leiddu gögn frá James Webb geimsjónaukanum (JWST) í ljós að lofthjúpur plánetunnar inniheldur einnig súrefni, metan og hið sjaldgæfa brennisteinssamband dímetýlsúlfíð.
Á jörðinni er allt dímetýlsúlfíð upprunnið frá lifandi lífverum – fyrst og fremst úr þörungum og bakteríum í sjónum. Ef líf er til annars staðar í alheiminum, þá er K2-18 b augljós staður til að leita en jafnvel fyrir JWST, öflugasta sjónauka heims, er plánetan bara ógreinilegur punktur.
Með núverandi eldflaugatækni mun ferðalag upp á 120 ljósár taka u.þ.b. 2 milljónir ára. Þess vegna eru Ravi Kopparapu og teymi NASA nú að búa til sjónauka sem er mun öflugri en JWST.
Geimsjónaukinn LUVOIR sem áætlað er að skotið verði á loft árið 2039, verður fimmfalt stærri og mun geta rannsakað yfirborð fjarreikistjarna.
NASA ætlar að skjóta á loft risastórum geimsjónauka, LUVOIR, með 15 m spegilþvermál. Flatarmál spegilsins verður því fimm sinnum stærra en spegillinn á James Webb geimsjónaukanum, sem er öflugasti geimsjónauki heims um þessar mundir.
Hvort LUVOIR finnur óyggjandi lífsummerki veit enginn en Kopparapu er viss um að hann og samstarfsmenn hans séu á réttri leið með að gera stærstu uppgötvun í sögu stjörnufræðinnar.
„Það er aðeins tímaspursmál hvenær við uppgötvum líf á öðrum plánetum. Við munum finna það áður en ég dey“. Og Kopparapu er um fimmtugt.
Vissir þú að plánetan Úranus er sú pláneta í sólkerfinu sem er með kaldasta lofthjúpinn? Hér gefur að líta 10 áhugaverðar staðreyndir um Úranus.
