Elämän edellytykset häviävät
Ilmastokatastrofin lukuisissa uutisoinneissa toistuu kuukaudesta ja vuodesta toiseen sama kaava. Niissä kerrotaan miten ilmaston muuttuminen vaikuttaa jo nyt, ja ajoittain raportoidaan miten ilmaston muuttuminen vaikuttaa tulevaisuudessa. Päästään hetkeksi kauhistelemaan sitä, miten vaikutukset ovat vakavia, mutta muutos jää edelleen monella tapaa kaukaiseksi ja irralliseksi, kuin joillekin muille jossakin muualla tapahtuvaksi asiaksi. Vaikka mielikuva jossain kaukana tapahtuvasta asiasta onkin tavallaan oikea, koska välittömässä vaarassa ovat tosiaan korostetusti globaalin etelän asukkaat, ei kenenkään ole perusteltua vaipua turvallisuudentunteen valtaan. Monenlaiset ongelmat kuivuudesta, metsäpaloihin ja pyörremyrskyistä tuhotulviin riivaavat kasvavissa määrin myös rikkaampia länsimaita, joskin niiltä suojautuminen on huomattavasti helpompaa juuri varakkuuden ja toimivampien yhteiskunnallisten instituutioiden ansiosta.
Ongelmat saattavat kuitenkin kasvaa valtaviin mittasuhteisiin hyvinkin nopeasti. Siitä on esimerkkinä Italian kuivuutta seurannut rankkasade ja tuhotulva, koska kuivunut maaperä ei kykene imemään maanpinnalle satavia valtavia vesimääriä. Espanjassa taas viljelijät ovat jättäneet kylvötkin tekemättä, koska poikkeuksellinen kuivuus ja kuumuus on tehnyt sen kannattamattomaksi. Aivan kuin etelä-Euroopan sääilmiöt koettaisivat sanoa meille jotakin muuttuneesta ilmastosta.
Historiallisella ihmiselle soveltuvalla ilmastolla tarkoitetaan niitä ilmasto-olosuhteita, joissa ihmissivilisaatiot ovat esiteollisella ajalla eläneet ja kukoistaneet. Kyse on tietenkin tilastollisesta tarkastelusta, eikä siitä, että kaikki ihmisyhteisöt olisivat kaikkina ajanjaksoina eläneet tietyllä ilmasto-olosuhteiden vaihteluvälillä. Voidaan kuitenkin katsoa vaikkapa ilmastoa merkittävästi määrittäviä keskilämpötiloja, joiden suhteen on mahdollista tutkia koko ihmiskunnan jakautumaa. Vuosien 1980 ja 2010 jakautumia voidaan pitää hyvänä vertailukohtana, koska niiden aikana ilmastonmuutos on alkanut kiihtymään mutta vaikutukset eivät ole vielä ehtineet näkyä merkittävästi kohonneina keskilämpötiloina. On silti selvää, että näiden vuosikymmenten kuluessa ihmiskunta on altistunut korkeammille keskilämpötiloille. Valtaosa väestöstä on elänyt miellyttävissä olosuhteissa noin 5 ja 20 asteen välillä, trooppisten alueiden näkyessä jakautumassa toisena maksimina noin 25 asteen kohdalla (Kuva 1a.). Muuttuva ilmasto muuttaa kuitenkin planeettaa merkittävällä tavalla, ja ihmisten elinalueiden ilmaston muuttuessa, yhä suurempi osa väestöstä päätyy elämään kuumemmissa olosuhteissa (Kuva 1b.). Muutoksella on valtavia merkityksiä niin ihmisten terveyden kuin juomaveden ja ravinnonsaanninkin suhteen.
Tuoreen tutkimuksen mukaan (1), noin 9% väestöstä on jo historiallisen ihmiskunnalle soveltuvan vaihteluvälin ulkopuolella, ja kärsii siksi terveydellisistä ja muista ongelmista, joita voidaan torjua vain osittain teknologian avulla. Muuttuva ilmasto taas vain pahentaa tilannetta. Arvioiden mukaan (1), nykyisellä ilmastopolitiikalla, vuosina 2080-2100 jopa kolmannes ihmiskunnasta altistuu keskilämpötilalle, joka on historiallisen vaihteluvälin yläpuolella — yli 29 celciusasteen keskilämpötila riittää käytännössä muuttamaan alueen elinkelvottomaksi ihmisille ainakin osaksi aikaa vuotta. Ennuste tarkoittaa väestönkasvun huomioiden sitä, että vuosisadan loppuun mennessä noin kolmen miljardin ihmisen elinalueet ovat elinkelvottomia ainakin osan vuotta. On ilmiselvää, että seuraukset ovat valtavia niin tropiikin kuumimmille alueille kuin niitä ympäröiville elinkelpoisempina pysyville, viileämmille alueille (Kuva 3.).
Ilmastokatastrofi on suora eksistentiaalinen riski noin kolmannekselle planeettamme asukkaita jo aivan lähivuosikymmeninä, nykyään elävien lasten elinaikana. Ilman voimakasta ilmastopolitiikkaa, kasvihuonekaasupäästöjen nollausta ja hiilen sidontaa pois ilmakehästä, keskilämpötilojen nousu ei tietenkään pysähdy kuin taikaiskusta vuosisadan lopussa, vaan planeettamme muuttuu aina vain vihamielisemmäksi ihmiselämälle ja samalla muullekin luonnolle. Muutos voi tarkoittaa eksistentiaalista riskiä koko teknologiselle sivilisaatiollemme, koska elinolosuhteiden heikentyessä myös riskit vakaviin ydinasein käytäviin konflikteihin kasvavat merkittävästi.
Ei silti ole liian myöhäistä toimia, ja voimme voimakkaalla ilmastopolitiikalla muuttaa tulevaisuuden miellyttävämmäksi koko ihmiskunnalle. Se vain vaikuttaa mahdottomalta politiikan horisontin ollessa seuraavissa vaaleissa tai jopa vain seuraavissa talouden kvartaaleissa. On kuitenkin ilmeistä, että kaikkien poliittisten viiteryhmien tulisi ymmärtää mitä on tapahtumassa. Oli poliittisen kiinnostuksen kohde sitten taloudessa, maahanmuutossa, ihmisten hyvinvoinnissa ja terveydessä tai luonnossa, ilmastokatastrofin torjuntaan tähtäävät toimet ovat aivan ensisijaista politiikkaa, jota tulisi harjoittaa kaikin voimin. Ilmastokatastrofi kun tuo mukanaan vain häviäjiä.
Olisihan se valtavaa haaskausta, jos ilmastokatastrofin suurimmaksi häviäjäksi osoittautuisi teknologinen sivilisaatiomme ja kykymme sivistää itseämme tieteen ja taiteen keinoin.
Lisää aiheesta
Lähteet
Varjoista valoon
Eksoplaneettojen havaitsijoita on toisinaan kutsuttu varjojen etsijöiksi, koska havaintomenetelmistä menestyksekkäin, planeettojen ylikulkuja kartoittava menetelmä, perustuu ihan kirjaimellisesti planeettojen varjojen havaitsemiseen. Näiden varjojen metsästäjät ovatkin rakentaneet jopa etsintään erikoistuneita avaruusteleskooppeja ja rekisteröineet jo tuhansien planeettojen varjot, kun ne kulkevat radoillaan tähtiensä editse ja aiheuttavat tähdistä teleskooppeihimme tulevaan valoon jaksollista, hiuksenhienoa himmenemistä. Muutokset havatsemassamme valossa kertovat kuitenkin monenlaisista dynaamisista tähtitieteen kohteista paljon asioita. Jos kohteessa tapahtuu muutoksia, sen ominaisuuksia voi koettaa havaita, jos muutokset vaikuttavat jollakin tavalla kohteiden säteilemään energiaan.
Tähtitieteilijät osaavat tutkia monenlaisia dynaamisia järjestelmiä perustuen muutoksiin havaittavassa kohteessa. Voimme havaita planeettoja kiertämässä tähtiä mutta myös tähtiä kiertämässä toisiaan moninkertaisissa järjestelmissä. Voimme havaita asteroidien pyörimisen ja komeettojen purkaukset tai jopa kaukaisten mustien aukkojen liikkeen niitä ympäröivien kertymäkiekkojen läpi. Muutosten havaitsemisen ei tarvitse olla rajoittunutta sähkömagneettisen säteilyn tarkkailuun, vaan voimme havaita neutriinoita, jotka kertovat kaukaisten galaksiytimien purkauksista tai jopa gravitaatioaaltoja, joilla tutkitaan mustien aukkojen törmäyksiä. Kaiken taustalla on kuitenkin muutoksen havaitseminen. Eksoplaneettojen tutkimuksessa niiden rataliike on ehkäpä selkein muutosta aiheuttava tekijä. Toisinaan se kuitenkin tuottaa odottamattomia havaintomahdollisuuksia.
Vuonna 2017 saatiin todistusaineistoa toisenlaisesta varjosta liittyen eksoplaneettoihin. Kun tutkijat havaitsivat Hubble-avaruusteleskoopilla läheisen nuoren tähden TW Hydrae ympäristöä, he onnistuivat saamaan tietoa tähteä ympäröivästä kaasu- ja pölykiekosta. Kuten moni muukin nuori tähti, myös TW Hydrae on kaasusta ja pölystä koostuvan kiekon ympäröimä. Sellaiset kiekot muodostuvat jokaisen syntyvän tähden ympärille, ja niiden aineksesta muodostuvat planeetat tähtien kertoradoille. Infrapuna-alueen instrumenteilla on voitu havaita rengasmaisia, tummia alueita sellaisten kiekkojen rakenteessa. Ne paljastavat radat, joilta syntynyt jättiläisplaneetta on siivonnut kaasun ja pölyn pois vetovoimansa avulla. TW Hydraen tapauksessa rengasrakenteiden lisäksi huomio kuitenkin kiinnittyi kiekon poikkeavaan kirkkauteen eri puolilla tähteä.
Tähtiä ympäröivien kiekkojen kirkkausjakaumassa ei tavallisesti havaita muutoksia eri suunnissa, vaan ainoastaan eri etäisyyksillä. Koska aines on sitä harvempaa mitä kauemmas tähdestä mennään, kiekkojen kirkkaus heikkenee suhteessa etäisyyteen tähdestä. Poikkeuksen tähän yleiseen sääntöön muodostavat kuitenkin rengasmaiset aukkokohdat, jotka kertovat planeetoista mutta toisinaan kiekkorakenteita on useampia tai ne ovat kokeneet muodonmuutoksia tähtikumppaneiden vetovoiman vuoksi. TW Hydrae on kuitenkin yksinäinen tähti, joten sen kiekkoon tähtikumppaneilla ei ole voinut olla vaikutusta. Vaikka kaukaisempien tähtikumppanien vaikutusta ei heti voitu sulkea pois, jo seuraavat havainnot paljastivat, ettei tähtien vaikutus voinut tulla kyseeseen. Kiekon kirkkausvaihtelut olivat siirtyneet hiukan, kuin joku olisi kääntänyt kiekkoa parikymmentä astetta.
Tähteä ympäröivä laaja kiekkomuodostelma ei tietenkään voi kiertyä karusellin tavoin, koska se ei ole kiinteä ja sen sisältämät pölyhiukkaset ja kaasumolekyylit vähät välittävät muilla rataetäisyyksillä olevasta materiasta. Ne tuntevat vain tähden vetovoiman liikkuessaan omilla radoillaan tähden ympäri, joten niiden liike on ennustettavissa Johannes Keplerin jo 1600-luvun alussa keksimillä liikelaeilla. Samalla on selvää, että kiekon aines ei mitenkään voisi liikkua niillä valtavilla nopeuksilla, jotka ovat seurauksena kiekon ulko-osien noin parinkymmenen asteen pyörähdyksestä vain vuoden kuluessa. Oman järjestelmämme ulkoplaneetta Neptunus, jonka rataa vastaava etäisyys on likiman kuvan 1 kiekkojen keskellä olevan mustan ympyrän reunalla, kiertää radallaan vain vajaat kaksi astetta vuodessa, joten jos havaittu ilmiö aiheutuisi pyörimisestä, tähden massa ei millään riittäisi pitämään vinhaa vauhtia liikkuvaa materiaa radallaan. Silloin kiekko hajoaisi vain sadoissa vuosissa ja emme olisi voineet sitä koskaan edes havaita 8 miljoonaa vuotta vanhan tähden ympärillä. Erot valaistuksessa voisivat kuitenkin saada aikaiseksi havaitun efektin, jos vain kiekon sisäosissa olisi jotakin tähden kiertoradalla varjostamassa ulompia alueita.
Yksittäinen planeetta ei tietenkään voi langettaa valtavaa varjoa tähteä ympäröivään kiekkoon. Siihen ei riittäisi edes planeettaa itseään ympäröivä pienempi kiekko, jollaisista kuiden järjestelmät syntyvät kuin minikokoisina planeettakuntina. Vaihtoehdoksi jää erillinen sisempi kiekko, jota tähteä kiertävä jättiläisplaneetta vetää puoleensa. Vaadittava tilanne voi muodostua, jos sisempi ja ulompi kiekko ovat hiukan eri tasossa suhteessa toisiinsa. Tulkinta saa tukea ALMA-teleskoopin infrapuna-alueen havainnoista, joista käy ilmi sisempänä järjestelmässä oleva rengasmainen kiekon aukko jättiläisplaneetan radan merkkinä. Vaikka sisempää kiekkoa ei voida tutkia sen tarkemmin tähden läheisyyden tehdessä siitä likimain mahdotonta, on sen aikaansaama varjo ainoa tapa selittää ulomman kiekon vastapäivään liikkuvat kirkkausvaihtelut.
Planeettakunnat syntyvät tähtiä ympäröivistä kertymäkiekoista. Kasvettuaan massiivisiksi, planeetat ryhtyvät muokkaamaan kiekkoja, siivoten niihin materiasta vapaita renkaita kiertoratojensa merkiksi ja muuttamalla kiekkojen materiajakautumaa vetovoimallaan. Mutta TW Hydraen kertymäkiekon varjot paljastivat vielä muutakin (1). Vuoden 2021 Hubble-avaruusteleskkoopin havainnoissa järjestelmän kertymäkiekon ulko-osista paljastui toinenkin varjo, joka aiheutuu toisesta erillisestä järjestelmän sisäosien kiekkorakenteesta (Kuva 3.). Kokonaisuutena tähteä ympäröivä kertymäkiekko on siis jaoteltuna ainakin kolmeen osaan, joista sisimpiä ei edes voida nähdä, koska edes Hubble-avaruusteleskoopin kapasiteetti ei riitä erottamaan sisempiä kiekkoja lähellä kirkasta tähteä. Jaottelun voivat kuitenkin aikaansaada vain tähteä kiertävät jättiläisplaneetat, joita on oltava ainakin kaksi uloimman kiekon sisäpuolella. Aiemmissa havainnoissa varjot vain olivat niin lähellä toisiaan, että niiden erottaminen kahdeksi erilliseksi objektiksi oli mahdotonta. Planeettojen ratojen taas on oltava suunnilleen samalla etäisyydellä tähdestä kuin Jupiter on Auringosta, eli karkeasti 800 miljoonan kilometrin etäisyydellä vastaten noin viittä Maan rataetäisyyttä Auringosta.
Olemme vasta saavuttaneet tähtitieteellisen havaintoinstrumenttien tason, jolla nuoria tähtiä ympärövien kiekkorakenteiden havaitseminen ja tutkiminen on mahdollista. Se on samalla tehnyt mahdolliseksi kartoittaa nuorten lähitähtien planeettakuntia jo niiden muodostumisvaiheessa, vaikka emme edes voi havaita planeettoja suoraan kuin vain yksittäisissä erikoistapauksissa, joissa planeetat ovat riittävän kirkkaita ja riittävän kaukana tähdestään, jotta niiden suora valokuvaaminen onnistuu. Kiekkojen rakenteet kuitenkin paljastavat niiden olevan planeettojen vetovoimavaikutukselle alttiita dynaamisia rakenteita, joista voi löytää merkkejä planeetoista tarkkailemalla kaasun ja pölyn jakautumista eri radoille. Uusimmat löydöt osoittavat, että planeetat voivat paljastaa olemassaolonsa myös vaikuttamalla kiekon ulko-osien valaistukseen vetovoimansa välityksellä. Se tuo planeetatkin kuvainnollisista varjoista valoon, vaikka emme voikaan havaita niitä suoraan.
Lisää valaistusta TW Hydraen planeettakuntaan saadaan varmasti, kun tähtitieteilijät suuntaavat uusimman instrumenttinsa, James Webb -avaruusteleskoopin sitä kohti.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lisää aiheesta
Lähteet
Ilmastokatastrofin ekonomia
Yksi suurimpia kohtaamiamme globaaleja kriisejä on fossiilisten polttoaineiden ja metsien hakkuiden aiheuttama hiilen vapautuminen planeettamme ilmakehään hiilidioksidina, voimakkaana kasvihuonekaasuna. Kriisin seuraukset ovat olleet tiedossa jo vuosikymmenten ajan, mutta jatkamme ainutkertaisen ilmakehämme kyllästämistä kasvihuonekaasuilla kuin huomista ei olisi. Seurauksista tunnetuin on planeetan keskilämpötilan nousu, ja siksi puhutaankin yleisesti ilmaston lämpenemisestä. Vaikutukset ovat kuitenkin monenlaisia.
Keskilämpötilan hiuksenhieno parin asteen nousu ei tarkoita sitä, että kaikkialla olisi tasaisesti pari astetta lämpimämpää, mikä ei tosiaan kuulostaisi kovinkaan katastrofaaliselta tilanteelta. Seurauksena on ilmastovyöhykkeiden siirtyminen kohti napa-alueita — alkuun voimme iloita vaikka siitä, että viininviljely muuttuu helpommaksi Pohjolassa, jos unohdamme, että samalla kääntöpiirien aavikot siirtyvät pohjoisemmaksi. Saharan autiomaan olosuhteet uhkaavat jo levitä Välimeren yli Espanjaan, Ranskaan ja Italiaan, joissa viljelijöille tilanne on paikoin katastrofaalinen. Poikkeuksellinen kuivuus on parhaillaan tekemässä tuhojaan Etelä-Euroopan viljelysmailla, millä on takuuvarmasti seurauksensa globaaleilla markkinoilla. Yksi merkitsevästi muutuva tekijä on sademäärä. Vaikka keskimääräistä lämpimämpään ilmaan sitoutuu enemmän meristä haihtunutta vesihöyryä, sateiden jakautumisen muutokset muuttuneessa ilmastossa tarkoittavat monilla alueilla vakavia kuivuuksia. Itä-Afrikka on juuri nyt tappavan kuivuuden kourissa mutta vastaavia kuivuusjaksoja nähdään jatkossa yhä useammin sivilisaatiomme vilja-aittoina toimivilla Yhdysvaltojen, Kiinan, Intian ja Itä-Euroopan alueilla. Se alleviivaa varoituksia, joiden mukaan ilmastokatastrofi on ensisijaisesti ruokaturvakriisi. Ilmakehän kosteuskin kyllä sataa lopulta alas, mutta silloin aiheutuu useammin tuhotulvia, jotka ovat voimakkaampia kuin tähän asti näkemämme.
Monet näennäisen pienet muutokset, kuten merenpinnan nousu, merten happamoituminen hiilidioksidin liuetessa siihen, sekä kuivuuden aiheuttamat maastopalot saavat aikaiseksi tuhoa merkittävästi enemmän kuin ennen. Vakavinta on kuitenkin lämpötilan ja kosteuden nousu märkälämpötilan tasolle, jossa ihmiselämä muuttuu mahdottomaksi. Jos ilmankosteus on niin korkealla, että vesi ei voi haihtua iholta tehden ihmisen luontaisen jäähdytysmekanismin toiminnan mahdottomaksi, jo tyypillinen trooppinen 35 celciusasteen lämpötila on ihmisille tappava. Arvioiden mukaan suuret alueet planeettamme tropiikkia Lähi-idässä, Etelä-Aasiassa ja Afrikassa kokevat tulevaisuudessa olosuhteita, joissa märkälämpötila saavutetaan. Se tarkoittaa kokonaisten valtioiden pyyhkiytymistä kartalta, koska jo yksittäinen päivä elinkelvottomissa olosuhteissa hävittää valtaosan väestöstä — puhumattakaan ravinnoksi käyttämistämme eläimistä.
Samaan aikaan poliitikot keskustelevat edelleen siitä onko meillä varaa ilmastokatastrofin hidastamisen edellyttämiin päästövähennyksiin. Kyse on tietenkin valheellisesta kehystyksestä — tilanteessa, jossa ilmastokatastrofia ei enää voi välttää, vain lieventää, kyse on siitä, minkä poliittisen valinnan seuraukset aiheuttavat vähiten inhimillistä kärsimystä, ekologista tuhoa ja kustannuksia. Vaikka tutkijoiden näkemys on yksimielisesti se, että kaikkien ilmastotoimien toteuttaminen mahdollisimman nopeasti on sekä humaanein että taloudellisestikin paras ratkaisu, poliitikot viivyttelevät. Yksi tekijä viivyttelyssä on joidenkin poliitikkojen korviin kuiskivien ekonomistien viesti, jonka mukaan ilmastokatastrofin vaikutukset olisivat matalia: vain 0.29% bruttokansantuotteesta vuosisadan loppuun mennessä, jos ilmaston lämpeneminen pidetään 1.5 celciusasteen rajoissa, tai 3.67% bruttokansantuotteesta, jos lämpeneminen saavuttaa 4.0 asteen rajapyykin (1). Poliitikkojen luonnollinen reaktio tieteestä verrattaen vähän ymmärtävinä on se, että jo läpikäymämme Covid-19 pandemian vaikutus bruttokansantuotteeseen oli hetkellisesti suurempi, joten miksi olisimme huolissamme parin prosentin talousvaikutuksista? Oikea vastaus on tietenkin, että ekonomistit eivät osaa kunnolla huomioida systeemisiä muutoksia, keikahduspisteitä, tai eksponentiaalisia vaikutuksia, vaan pahimmillaan vain ekstrapoloivat perustuen tilanteeseen, jossa ilmastokatastrofia ei ole. Eikä satojen miljoonien ihmisten kuolema elinkelvottomissa olosuhteissa näy ekonomistien laskelmissa.
Itä-Anglian yliopiston Rachel Warrenin tutkimus (1) ilmastokatastrofin kustannuksista on valikoitunut esimerkiksi lähinnä sattumalta. Se ei ehkä ole edustava, mutta se kuvastaa sitä ajatusmaailmaa, josta käsin ilmastokatastrofin taloudellisia vaikutuksia on pitkään koetettu arvioida. Omista fyysikon, matemaattisen mallintajan, ja hiilenkierron ilmastovaikutuksistakin julkaisseen tutkijan nähtökohdista katsottuna, artikkeli on suorastaan hämmentävä perusteettomien oletusten kavalkadi. Artikkelissa lähdetään liikkeelle siitä, miten merenpinnan nousun taloudelliset vahingot mallinnetaan polynomisella yhtälöllä. Samoin mallinnetaan läpötilan nousun aiheuttamia vahinkoja. Miten mallien parametrit on sitten saatu arvioitua? Tietenkin etsimällä korrelaatioita taloudellisen aktiviteetin ja lämpötilan välillä jättäen huomiotta kaikki sosioekonomiset tekijät, kuten kolonialismin perua oleva maiden jako rikkaaseen globaaliin pohjoiseen ja köyhään etelään. Maailmanlaajuisen kaupankäynnin ollessa normi, maat ja alueet lisäksi käyvät kauppaa keskenään, joten mahdollisuudet saada hyödykkeitä ilmasto-olosuhteissa, joissa niiden tuotanto on mahdotonta, ovat varsin hyvät. Se ei kuitenkaan ole ekstrapoloitavissa tulevaisuuteen, koska tulevaisuudessa emme voi käydä kauppaa menneiden aikojen suotuisammissa ilmasto-olosuhteissa asuvien kanssa.
Lisäksi, ilmasto-olosuhteet vaikuttavat korostetusti veden saatavuuteen ja ruoantuotannon toimivuuteen. Ne muodostavat varsin marginaalisen osan globaalia taloutta, mutta niiden rajut muutokset vaikuttavat kokoaan merkitsevämmin. Ihmisen taloudellinen aktiviteetti riippuu kriittisesti ravinnosta, joten polynomisten mallien käyttäminen arvioimaan katastrofaalista tilannetta, jota emme ole kokeneet, on suorastaan häkellyttävän naivia. Kirjoittajat mainitsevat ilmastokatastrofin suorina taloudellisina kustannuksina maatalouden tuotannon pienenemisen lisäksi ilmastointilaitteiden tuomat lisäkustannukset. On jokseenkin hankalaa hahmottaa miten ihmisasumusten pitäminen viileinä olisi minkäänlainen asia sen tilanteen rinnalla, että huvenneet jäätiköt vievät mukanaan juoma- ja kasteluveden; kuivuudet, lämpöaallot ja maastopalot hävittävät maatalouden tuotannon; ja happamoituneiden merten ravintoketjut romahtavat hävittäen kalansaaliit. Voimme varmasti pitää tuotantoeläintemme tilat viileinä halvan uusiutuvan energian avulla mutta missä tuotamme niiden ravinnon, kun muuttunut ilmasto estää rehun tuotannon laajoilla, aavikoituvilla maa-alueilla?
Artikkelissa mainitaan sekundääriset vaikutukset, jotka eivät suoraan vaikuta bruttokansantuotteeseen, jota käytetään taloudellisten vahinkojen mittarina. On kuitenkin vaikeaa ottaa vakavasti ihmisten terveysongelmien pitämistä sekundäärisenä talouteen vaikuttavana asiana, kun muistaa vaikkapa märkälämpötilan ylitysten vievän mukanaan niin väestön kuin koko alueen taloudenkin. Miljardeille ihmisille ilmastoiduista sisätiloista puhuminen ei ole millään tavalla realistista, ja heistä valtaosa asuu juuri pahimmassa vaarassa olevilla alueilla.
Seuraava omituinen oletus liitty siihen, että merenpinnan nousun aiheuttama tuho kasvaa hitaammin kuin lineaarisesti, koska valtaosa ihmisistä asuu alavimmilla maa-alueilla. Oletukset siitä, että ihmiset vain muuttaisivat muualle ja kaikki jatkuisi kuten ennenkin ovat suorastaan häkellyttävän naiveja. Sodat, konfliktit ja kilpailu häviävistä resursseista tuskin aiheuttaisi vähenevissä määrin tuhoa merenpinnan noustessa ja kokonaisten valtioiden jäädessä suolaisen veden valtaan. Kun lisäksi maanviljelysmaastakin valtaosa on alavimmilla alueilla, on vaikeaa nähdä miten merenpinnan nousun vaikutukset eivät kasvaisi suuruudeltaan nopeasti yhä uusien alueiden muuttuessa asumis- ja viljelykelvottomiksi. Esimerkiksi Bangladeshissa puolen metrin merenpinnan nousu pyyhkii pois jopa 40% viljelyskelpoisesta maasta. Ihmiset eivät kuitenkaan jäisi nääntymään nälkään, vaan heillä on taipumuksena ryhtyä toimiin elinolosuhteidensa parantamiseksi. Sotia on historiassamme aloitettu huomattavasti vähäpätöisempien asioiden vuoksi, ja modernin aseistuksemme voiman kasvaessa jatkuvasti, niiden potentiaalinen tuhoisuuskin on jatkuvassa nousussa.
Artikkelin hämmentävin virke kuuluu kuitenkin seuraavasti: ”jotkin [taloudelliset] aktiviteetit, kuten koulutus ja tietokonepelit ovat selvästi vähemmän haavoittuvaisia ilmastonmuutokselle kuin toiset, kuten maatalous.” On vaikeaa nähdä mitä kirjoittajat ajattelevat. Kun maatalouden tuotanto romahtaa kuivuuden vuoksi, ja ruoan hinta nousee globaaleilla markkinoilla taivaisiin kysynnän kasvun vaikutuksesta, sekä myös siksi, että kansallisvaltiot turvautuvat protektionismiin ja lopettavat tuotantonsa myynnin varmistaakseen oman ruokaturvansa, syntyy nälänhätiä ja valtioiden romahduksia. Alueilla, jotka kokevat vakavimmat vaikutukset, eivät ihmiset voi toimia edes henkensä pitimiksi ja taloudellinen aktiviteetti romahtaa. Ei kukaan käytä rahaa tietokonepeleihin, jos ei ole rahaa riittävään määrään ravintoa.
Mutta onko planeettamme niin laaja, että kokonaisuutena BKT putoaa vain muutaman prosentin vuosisadan loppuun mennessä, vaikka ilmastokatastrofin pahimmat skenaariot toteutuisivat ja joillakin alueilla tuhot olisivat mittavia? Ilmastotiede ei tue tällaista näkemystä. Jo merten happamoitumisen vaikutukset osuvat koko ihmiskuntaan, kuten osuvat kuivuuksienkin aiheuttamat ruoantuotannon ongelmat. Jäätiköt haihtuvat jo kautta planeetan, ja esimerkiksi Aasian suurten jokien virtaaman hiipuminen veisi leivän parilta miljardilta ihmiseltä — siis sikäli, kun heidän elinalueensa Pakistanista Etelä-Kiinaan edes pysyisivät märkälämpötilan turvallisella puolella. Epälineaariset muutokset voisivat iskeä nopeastikin, kun Aasian suuret ydinasevaltiot turvautuisivat epätoivossaan voimakeinoihin vedensaannin turvaamiseksi tai jos globaalia ruokaturvaa heilauttaisi poikkeuksellinen samanaikaisten katastrofien suma. Warrenin ja kumppaneiden artikkelissa toki arvioidaan tämän päivän BKT huomista arvokkaampana, kuten käytäntöihin kuuluu. He käyttävät 3% vuosittaista arvon alenemaa, kun kyse on kehittyneistä maista ja peräti 48% alenemaa kehittyville maille. On selvää, että ilmastokatastrofin taloudelliset vaikutukset näyttäytyvät lievinä, jos kehittyvien maiden huomioitu arvo laskee vain vuosikymmenessä jo promillen tuntumaan.
Warrenin tutkimus ei ole yksin. Etelä-Kalifornian yliopiston Matthew Kahn ryhmineen arvioi, että globaali lämpeneminen kutistaa planeettamme bruttokansantuotetta vuosisadan loppuun mennessä 7.22% (2). Se on toki suurempi lukema, mutta arvioon on päästy laskemalla korrelaatio menneiden lämpötilojen ja BKT-lukemien välillä, ja ekstrapoloimalla sitä vuosisadan loppuun huomioiden ennustettu ilmaston lämpeneminen. On täysin selvää, että tällaisella menetelmällä ei voida saada selville edes muutoksen suuruusluokkaa, koska emme voi ennustaa tulevan ilmaston vaikutuksia talouteen perustuen talouslukuihin menneessä ilmastossa. Kahn kuitenkin huomauttaa, että hänen saamansa karkeat tulokset osoittavat ilmastonmuutoksen vaikutusten oleva taloudellisesti vakavampia kuin poliitikkojen keskuudessa yleisesti ymmärretään. Poliitikoille ei tietenkään tuota vaikeuksia uskoa ilmastonmuutoksen olevan vaikutuksiltaan vähäistä, koska se on miellyttävä tieto, joka tarkoittaa, että syytä merkittäviin toimiin ei ole.
Poliittiseen päätöksentekoon kuuluu aivan oleellisena osana jatkuvat lobbareiden vaikutusyritykset, eikä yksikään päätöksiä tekevä ihminen voi olla sellaiselle immuuni. Kun nykyistä tuotantorakennetta, fossiilikapitalismia, edustavat lobbarit tulevat kertomaan poliitikoille kerta toisensa jälkeen, miten ilmastokatastrofia ei olekaan ja lämpenemisen aiheuttamat vahingot jäävät muutamiin BKT:n prosentteihin vuosisadassa, se saa poliitikot epäröimään kallina pitämiään toimia. Toimien hintaa taas arvioidaan aivan liian usein suhteessa siihen, että ilmastokatastrofia ei tapahdu, eikä siihen tulevaan vertailumaailmaan, jossa ilmastotoimia ei tehdä.
Tutkijat osaavat kuitenkin arvioida, minkälainen se aikajana on, jossa ilmastotoimia jatkuvasti vesitettiin ja jossa poliitikot kuuntelivat fossiilikapitalismin puolestapuhujia. Se on maailma, jossa koko teknologisen ihmissivilisaation olemassaolo on uhattuna (3). Ja koska sivilisaation romahdus on tosiasiallinen riski, on jokaisen hiukankaan järkevän riskianalyysin tulos se, että kaikki mahdolliset ilmastotoimet on toteutettava nopeassa aikataulussa. Se olisi kuitenkin myös taloudellisesti järkevin strategia. Sivilisaation romahdukseen meillä ei ole varaa.
Lähteet
- Warren et al. 2021. Global and regional aggregate damages associated with global warming of 1.5 to 4 °C above pre-industrial levels. Climatic Change, 168, 24.
- Kahn et al. 2021. Long-term macroeconomic effects of climate change: A cross-country analysis. Energy Economics, 104, 105624.
- Steel &DesRoches 2022. Climate change and the threat to civilization. The Proceedings of the National Academy of Sciences, 119, 42.
Elämän ja kuoleman metallit
Tähtitietelijöillä on erikoisia tapoja luokitella asioita. Muiden tieteenalojen edustajat kauhistelevat tyypillisesti tähtitieteilijöiden monenlaisia approksimaatioita ja arviointeja. Kosmologille piin likiarvoksi voi riittää aivan hyvin numero 3, koska silloinkin saadaan yhden desimaalin tarkkuus ja ainakin lopputuloksen suuruusluokka oikein. Mutta erityisesti kemistien parissa herättää hilpeyttä astronomien terminologia, jossa sanalla metalli vitataan kaikkiin alkuaineisin, jotka ovat heliumia raskaampia. Maailmankaikkeudessa on siis vain vetyä, heliumia ja metalleja. Rauta nyt on metalli mutta tähtitieteilijöille yleisiä metalleja ovat hiili, typpi, happi, ja monet muut alkuaineet olivat ne sitten metalleja kemiallisessa mielessä tai eivät. Ihmiset koostuvat siten vedystä ja suuresta määrästä metalleja, joten tähtitieteellisessä mielessä olemme kaikki suureksi osaksi metallia.
Kontekstissaan määrittely on tietenkin järkevä approksimaatio, koska vety ja helium ovat universumin yleisimmät alkuaineet, ja siksi kaikki tähdet koostuvat pääasiassa niistä. Vetyä on noin 73% kaikesta materiasta ja heliumiakin noin 25%. Loppu 2% on metalleja, joiden pitoisuutta esimerkiksi tähtien kaasukehissä on tyypillisesti mitattu spektroskooppisesti, eli havaitsemalla tähtien säteilyn voimakkuutta eri aallonpituuksilla. Eri alkuaineet jättävät spektriin oman ominaisen absorptio- ja emissioviivojen kokoelmansa, joten eri tähtien toisistaan poikkeavia metallipitoisuuksia onkin mitattu jo pitkään spektrien avulla. Yksinkertaisin mahdollinen mittari tähden koostumukselle on juuri metallipitoisuus, eli heliumia raskaampien alkuaineiden osuus tähden kaasukehässä. Vaikka tutkijat usein mittaavatki tarkemmin monen eri alkuaineen pitoisuuksia erikseen, on yleinen ”metallipitoisuus” hyvin käytännöllinen suure määrittämään vaikkapa sitä, kuinka paljon heliumia raskaampia aineita oli juuri sen tähtienvälisen aineksen joukossa, josta kyseinen tähti sai alkunsa.
Tähden metallipitoisuus voi kertoa myös väkivaltaisesta historiasta, koska planeettojen törmääminen tähteensä voi jättää jälkeensä tähden kaasukehän kohonneen metallipitoisuuden. Tyypillisesti tilanne on kuitenkin päinvastainen: metallipitoisemmasta aineksesta alkunsa saaneiden tähtien kiertoradoilla on enemmän planeettoja. Tilanne havaittiin jo varhaisten radiaalinopeushavaintojen myötä ja se on saanut vahvistuksensa Kepler-avaruusteleskoopin löytämien tuhansien planeettojen tilastollisen analyysin avulla. Metallipitoisuus vaikuttaa kuitenkin myös tähden itsensä käyttäytymiseen.
Oletetaan, että vertailemme laboratoriossamme kahta muutoin samanlaista tähteä mutta toinen on metallipitoisempi kuin toinen. Ne ovat massaltaan samanlaisia, ja siten kooltaan likimain identtisiä. Ne loistavat yhtä kirkkaasti näkyvän valon aallonpituuksilla ja näyttävät aivan samanlaisilta nopeasti tarkasteltuna. Silti ne poikkeavat toisistaan merkittävästi — suurempi metallipitoisuus saa toisen tähdistä säteilemään ultraviolettivaloa poikkeavalla tavalla (1). Emme tietenkään voi oikeasti asettaa tähtiä laboratorioon tutkiaksemme niitä kontrolloiduissa olosuhteissa mutta voimme suunnitella täsmälleen haluamiamme koejärjestelyitä mallintamalla tähtien käyttäytymistä yksityiskohtaisilla tietokonesimulaatioilla. Silloin tähtien ominaisuuksien vaikutusta kokonaisuuteen voidaan testata täsmälleen halutulla tavalla.
Voimme siis mennä laboratoriokokeessamme pidemmälle. Oletetaan, että kahta tähteämme kiertää molempia maankaltainen, elinkelpoinen planeetta. Planeetat ovat samanlaisia ja samanlaisella kiertoradalla, jotka sijoittuvat tähtien elinkelpoisten vyöhykkeiden sisäpuolelle. Planeettojen olosuhteissa onkin päässyt kehittymään eläviä organismeja, jotka ovat oppineet yhteyttämään ja sitomaan siten tähden säteilyenergiaa orgaanisten yhdisteiden rakenne-energiaksi. Elämä kukoistaa molemmilla planeetoilla, ja yhteyttäminen tuottaa kaasukehään happea, joka muodostaa sen yläosiin otsonikerroksena tunnetun ultraviolettisäteilyltä suojaavan kerroksen. Koko tapahtumaketju voi vaikuttaa epätodennäköiseltä mutta tiedämme sen tapahtuneen kertaalleen ainoalla tuntemallamme elävällä planeetalla. Muilla tähdillä oleelliseksi muuttujaksi muodostuu juuri tähden metallipitoisuus. Ollessaan suurempaa, se vähentään ultraviolettisäteilyä kokonaisuutena, mutta samalla myös otsonin muodostumisprosessi hidastuu. Se taas tekee metallipitoisempien tähtien planeetoista epätodennäköisempiä maailmoja maankaltaiselle, pintaa peittävälle biosfäärille.
Ultraviolettisäteilyn tyypillä on väliä. Sen pidemmät aallonpituudet kyllä tuhoavat otsonia osuessaan planeetan kaasukehään mutta lyhyemmät aallonpituudet rikkovatkin happimolekyylejä synnyttäen otsonia, kun syntyvät happiradikaalit reagoivat muiden happimolekyylien kanssa. Syntyy tasapainotilanne, jossa otsonikerroksen paksuus rippuu saapuvan ultraviolettisäteilyn aallonpituuksista. Jos tähden metallipitoisuus on matalampi, sen ultraviolettisäteilystä suurempi osa on lyhyiden aallonpituuksien säteilyä, jolloin otsonia pääsee muodostumaan runsaasti ja planeetan elämä saa suojan tappavaa ultraviolettisäteilyä vastaan. Korkeamman metallipitoisuuden tähteä kiertävä planeetta taas saa ohuemman otsonikerroksen ja sen pinnalla ultraviolettisäteily hajottaa tehokkaasti orgaaniset molekyylit steriloiden planeetan elottomaksi. Kaikki toki riippuu siitä, että kaasukehässä on vapaata yhteyttävien kasvien tuottamaa happea, mikä kuvastaa vain sitä, että osaamme spekuloida planeettojen elinkelpoisuudella lähinnä vain perustuen yhteen ainoaan esimerkkiin elollisesta planeetasta — omaamme.
Tähden metallipitoisuus kertoo kuitenkin muutakin. Koska planeetat muodostuvat korostetusti juuri tähtitieteellisistä metalleista, eli heliumia raskaammista alkuaineista, niiden syntyyn vaikuttaa se, kuinka paljon näitä metalleja oli saatavilla planeettojen alettua muodostumaan tähtensä kiertoradoille. Mitä enemmän metalleja oli, sitä herkemmin planeettoja muodostui ja sitä yleisemmiksi ne tulivat. Siksi kaikkein metallipitoisimmat tähdet synnyttävät kyllä herkemmin planeettoja kiertoradoillleen mutta eivät ehkä päästä niitä kehittämään pinnoilleen kompleksisia yhteyttämiseen perustuvia biosfäärejä.
Kultaisen keskitien periaate pätee luultavasti tässäkin asiassa. Jos tähden metallipitoisuus on keskimääräistä luokkaa, kuten omalla tähdellämme Auringolla, sen kiertoradalle syntyy kyllä planeettoja mutta vain maltillisesti ja niistä sisimmät jäävät herkemmin kooltaan pieniksi. Silloin niistä jokin tai jotkut saattavat osoittautua ominaisuuksiltaan juuri sellaisiksi, että elämä saa alkunsa elottomista geokemiallisista prosesseista ja valtaa planeetan kuoren. Kuten kaikkea muutakin, metallejakin tarvitaan siksi juuri sopivasti, jotta tuntemamme kaltainen elämä voi kukoistaa maailmankaikkeudessa.
Metalleja, kuten mitään materiaa, ei ole ollut aina. Maailmankaikkeudellamme on alku, ja sen ensimmäisinä hetkinä saivat alkunsa niin keveimmät alkuaineet vety ja helium kuin myös ripaus kolmanneksi keveintä alkuainetta litiumia. Kaikki raskaimmat alkuaineet syntyivät sitten myöhemmin tähtien ydinreaktioissa, kun keveämmät alkuaineet fuusioituvat raskaammiksi vapauttaen energiaa tähtien energianlähteenä. Osa siitä aineksesta, kuten esimerkiksi suurin osa kaikkea litiumia, hiiltä ja typpeä, vapautui tähtienväliseen avaruuteen uusien tähtisukupolvien rakennusmateriaaliksi kuolevien pienimassaisten tähtien puhallettua metallien kyllästämät ulko-osansa avaruuteen elinkaarensa lopussa. Valtaosa muista yleisemmistä alkuaineista puolestaan vapautui massiivisempien tähtien sisuksista supernovaräjähdysten myötä.
Planeettojen materiaali ja siten myös elämän tarvitsemat alkuaineet syntyivät siis kirjaimellisesti räjähtävien tähtien siroteltua ne pölynä avaruuteen. Samalla supernovaräjähdysten paineaallot saattoivat toimia sopivana häiriötekijänä, joka sai tähtienvälisen aineksen pilvet luhistumaan tähdiksi ja niiden joukoiksi. Supernovatkin siis kylvivät elämän edellytyksiä mutta saattoivat samalla myös riistää ne. Supernovaräjähdykset nimittäin tuottavat pitkiä intensiivisen röntgensäteilyn purkauksia, jotka kestäessään jopa vuosikymmeniä, saattavat steriloida tehokkaasti läheisissä tähtijärjestelmissä sijaitsevia elinkelpoisia planeettoja (2). Supernovienkin suhteen olemme siten samalla riippuvaisia niistä ja alttiina vaaralle niiden sattuessa liian lähelle. Pelkoon ei kuitenkaan ole aihetta, sillä lähelle Aurinkokuntaa sattuva supernovaräjähdys on äärimmäisen epätodennäköinen tapahtuma, jota tuskin sattuu ihmislajin ollessa olemassa.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lähteet
Lumivaipan peittämä
Noin 650 miljoonaa vuotta sitten päiväntasaajalla satoi lunta. Kyse ei ollut mistään hetkellisestä sään oikusta ja poikkeuksellisesta ilmavirtauksesta napa-alueen tuntumasta, vaan lunta satoi pitkään. Se peitti tropiikin hiljalleen hyytävään huomaansa, ja muutti maan valkeaksi.
Oli kylmä. Ilmasto oli viilennyt ja napajäätiköt olivat hiljalleen laajenneet ja saavuttaneet keskileveyspiirit. Niiden poikkeuksellinen laajuus siirsi kuitenkin koko ilmastojärjestelmän uuteen tasapainotilaan. Valtavat jäätiköt heijastivat vaalean peilin tavoin niin suuren osan Auringon säteilystä pois, että planeetta ei enää lämmennyt kuin ennen, vaan alkoi viilenemisen kierre. Viilennyt ilmasto sai jäätiköt laajenemaan kohti päiväntasaajaa, mikä sai suuremman osuuden säteilystä heijastumaan pois lämmittämästä planeettaamme. Syntyi voimakas positiivinen takaisinkytkentä ja lopulta mikään ei pysäyttänyt kylmyyttä. Päiväntasaajan lämpötila laski jopa yhtä alhaiseksi kuin nykyään Etelämantereen keskiosissa ja Maapallo peittyi miljooniksi vuosiksi jäiseen vaippaan, kilometrien paksuiseen jääkuoreen.
Tämän lumipallomaa -vaiheen vaikutukset elämään olivat tietenkin valtaisat, koska paksu jääkuori esti tehokkaasti sinibakteerien yhteyttämisen ja energiantuotannon planeettamme pintavesissä. Vaikka jääkuoren paksuudessa ja kattavuudessa oli varmasti runsaasti vaihteluita, ja päiväntasaajalla oli ajoittain avovettä, sen vaikutukset olivat valtaisat, koska ne tyrehdyttivät merkittävimmän biologisen perustuotannon planeetallamme. Monisoluisia organismeja oli jo olemassa mutta niiden monimuotoistuminen ja lukumäärän räjähdysmäinen kasvu odotti vielä yli sadan miljoonan vuoden päässä siintävää kambrikautta ja sen otollisempia olosuhteita.
Lumipallomaa -vaihe loppui vasta, kun mannerliikunnat saivat aikaiseksi voimakkaampaa tulivuoritoimintaa, ja ilmakehään vapautunu hiilidioksidi sulki planeettamme lämmittävään syliinsä. Paksu jääkuori aiheutti luultavasti itse oman tuhonsa, koska se esti tehokkaasti ilmakehän hiilidioksidin normaalin kierron ja poistumisen ilmakehästä sedimentoitumalla kuolleen biomassan mukana merten pohjiin. Ilmasto muuttui jälleen — tällä kertaa kuumaksi ja kosteaksi, kun kasvihuoneilmiö voimistui ja jäätiköt pakenivat napa-alueille ja korkeimpien vuoristoalueiden ylängöille.
Kuitenkin, jopa lumi- ja jäävaipan peittämänä valkeana pallona Maa oli elävä planeetta, jolla oli verrattaen monipuolinen biosfääri. Monenlaiset mikrobit olivat vallanneet niin meret kuin kallioperänkin, ja kukoistivat jopa jään päällä ja ajoittaisissa sulan veden alueissa. Kun planeetta saa elämästä infektion, sitä ei voi steriloida enää juuri mikään geologinen voima. Vain jättiläismäisen asteroidin törmäyksen aiheuttama tuho ja auringon saapuminen vakaan keski-ikänsä päähän voivat hävittää biosfäärin kauttaaltaan.
Lumipallovaiheen aikana planeettamme elämä koki kovia mutta selviytyi sopivissa, joskin rajatuissa ekologisissa lokeroissa. Merenpohjan geologinen aktiivisuus tuotti mustiksi savuttajiksi kutsuttuja purkauskohtia, joissa maankuoren sisällä lämmennyt vesi vapautuu kohtaamaan kylmän merenpohjan luoden valtavan lämpötilagradientin ja sen myötä anaerobisille mikrobeille mahdollisuuden käyttää maankuoren mineraaleja energiantuotantoonsa. Niiden elinympäristössä merenalainen elämä ei juuri piitannut pinnan talvisista olosuhteista. Mikrobit selviytyivät myös jään sisälle jääneissä suolaisen veden taskuissa, tulivuorten lämmittävissä olosuhteissa, ja jopa jään pinnan tuntumassa, sekä jäljelle jääneissä vaihtelevissa avoimen veden alueissa, joita tutkimusten mukaan oli jäänyt erityisesti päiväntasaajan alueelle muun planeetan oltua umpijäässä. Kallioperän valtava mikrobisto ei sekään piitannut pintaolosuhteiden muutoksista, vaan jatkoi toimintaansa ja kasvuaan aivan kuten ennenkin, mineraaleja ja radioaktiivisen hajoamisen satunnaisia vapaita radikaaleja ravintonaan käyttäen.
On mahdollista, että Maan elämä jopa aiheutti globaalin lumipallovaiheen. Satojen miljoonien vuosien ajan, sinilevät olivat pumpanneet happea Maan ilmakehään tasaisena virtana mutta se oli radikaalina molekyylinä reagoinut välittömästi esimerkiksi raudan kanssa muodostaen meriveteen ruosteeksikin kutsuttua rautaoksidia, joka sitten kerrostui sedimenttien mukana merenpohjaan. Nykyiset rautaesiintymämme ovat siten muinaisten yhteyttäjien toiminnan tulosta. Lopulta vapaa rauta ja muut mineraalit olivat hapettuneet, jolloin happi jäi vapaaksi molekyyliksi ilmakehään ja sen määrä kasvoi nopeasti. Happi on kuitenkin voimakas myrkky anaerobiseen soluhengitykseen tottuneille organismeille, joten sen määrällä oli valtavat seuraukset biosfäärille. Lopulta aitotumalliset organismit, joihin me ihmisetkin kuulumme, oppivat käyttämään reaktiivista happea tehokkaasti osana soluhengityskoneistoaan, mikä osaltaan mahdollisti monisoluisen elämän nousun kambrikaudella. Kaikki liittyy kaikkeen, ja Maan elämä muokkasi jo varhaisista ajoista lähtien planeettamme ilmastoa ja kemiaa aivan kuten geokemialliset ja ilmastolliset reunaehdot vaikuttivat evoluutioon. Vastaavanlaiset vuorovaikutukset ovat takuuvarmoja myös eksoplaneetoilla, joilla elämä vain on saanut alkunsa.
Maan monipuolisella ja vaiherikkaalla geologisella, geokemiallisella ja ilmastollisella historialla on ilmiselviä seurauksia siihen, miten tulkitsemme tulevaisuuden havaintoja eksoplaneetoista, jotka ovat kandidaatteja eläviksi planeetoiksi. Happipitoinen kaasukehä on ehkä yksi selvimmistä kuviteltavissa olevista merkeistä siitä, että kaasukehä on kemiallisessa epätasapainossa, jonka voi saada aikaiseksi vain yhteyttävän elämän toiminta. Hapen puute tai sen vähäinen osuus taas voi tarkoittaa sitä, että yhteyttäviä organismeja ei ole kehittynyt tai että niiden toiminta on jostakin syystä heikkoa tai heikentynyttä — sitä ei voida tulkita minkäänlaiseksi merkiksi planeetan elottomuudesta. Sama pätee muihinkin biomarkkereiksi luokiteltuihin molekyyyleihin, joita saatetaan tulevaisuudessa havaita planeettojen kaasukehissä, jos vain lähitähtien kiviplaneetat ovat kaasukehien peittämiä.
Suorat havainnot puolestaan saattavat paljastaa eksoplaneetan heijastavan likimain kaiken siihen osuvasta tähden valosta, mikä kertoo planeetan pinnan levan kauttaaltaan jonkin heijastavan aineen peitossa. Vesijää on ilmiselvä ja erittäin todennäköinen mahdollisuus, mikä puolestaan saattaa kertoa planeetan olevan jäätynyt valtameriplaneetta tai vain hetkellistä jäätiköitymisvaihetta läpikäyvä maankaltainen, elollinen maailma. Tiedämme jääplaneettojen olevan mahdollisia ja luultavasti yleisiä, koska monet ulkoplaneettakuntamme kuut, kuten vaikkapa Enceladus, ovat jääkuorella varustetun valtameren peittämiä (Kuva 1.). Vesi puolestaan on ulkoplaneettakunnan yleisimpiä planeettojen rakennusmateriaaleja, joten vastaavia maailmoja on suurella varmuudella ainakin miljardeja jo omassa galaksissamme.
Koostumus sekä geokemiallisen ja ilmastollisen kehityksen yksityiskohdat ovat kuitenkin niitä ensiarvoisen oleellisia tekijöitä, jotka määrittävät pienten kivisten eksoplaneettojen elinkelpoisuutta. Toistaiseksi ne ovat juuri ja juuri havainnointikapasiteettimme ulottumattomissa, mutta se tilanne on muuttumassa. Eksoplaneettatutkimus on murroksessa James Webb -avaruusteleskoopin ja muiden lähitulevaisuuden uusien instrumenttien myötä. Ja ensimmäiset suoraan kuvaamalla havaittavat kiviset eksoplaneetat, sellaiset, jotka ovat kandidaatteja eläviksi planeetoiksi, ovat todennäköisesti jään peittämiä. Sellaiset kappaleet kun heijastavat parhaiten tähtensä valoa teleskooppiemme havaittaviksi.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lisää aiheesta
Elämä terminaattorivyöhykkeellä
Valo horisontissa pysyy aina vain vakaana. Se luo aavemaisen tunnelman, joka kuvastaa kauhua, kuolemaa ja hävitystä. Mutta kivikkoisessa maisemassa ei ole ainuttakaan pelokasta olentoa. Ei mitään, mikä juoksisi kauhuissaan karkuun, ryömisi kiven alle turvaan tai lentäisi pakoon kohti mustaa taivasta. Kelmeän auringon alla ei myöskään kasva mikään. Ei ole puita tai pensaita, eikä edes tuulessa heiluvia ruohonkorsia. On vain punaisena hohtava suuri valo, kuin kaiken näkevä silmä, joka on ikuisesti läsnä horisontissa, kallioisen maiseman tuolla puolen.
Maailma ei kuitenkaan ole eloton. Kivien ja kallioiden erilaisia mineraaleja hyödyntää kokonainen joukko kemiallista energiaa käyttäviä mikrobeja, jotka saavat tarvitsemansa hiilen ohuen kaasukehän hiilidioksidista. Kemosynteesi ylläpitää elämää punaisen auringon kelmeässä loisteessa mutta prosessin vaatimaton teho ei riitä ylläpitämään monimutkaisia ravintoverkkoja tai monisoluista elämää. Elämän vyöhyke ei tarkoita sitä, että syntyisi korkeaksi kasvavia kasveja ja monenlaisia niitä ravintonaan käyttäviä monisoluisia organismeja. On mahdollista, että elävä planeetta näyttäytyisi karuna ja kuolleena yhteyttävään kasvillisuuteen ja muuhun monisoluiseen elämään tottuneesta näkökulmastamme.
Yksi kiinnostavimmista eksoplaneettojen joukosta on punaisten kääpiötähtien pienet kiviplaneettat, jotka ovat pakkautuneena tiiviiksi järjestelmiksi aivan tähtensä lähelle, missä himmeän tähden säteily on sopivaa nestemäisen veden esiintymiseen planeettojen pinnoilla. Moni muu asia ei sitten luultavasti olekaan niin kovin sopivaa elämän esiintymiselle mutta ongelmana on, että yksityiskohtaista tietoa on niin kovin vaikeaa saada planeetoista, joita emme tunne omasta järjestelmästämme, ja joita emme voi havaita suoraan. Niiden monimuotoisuutta ja mahdollisia koostumuksia pääsemme puolestaan arvioimaan vain perustuen tietokonesimulaatioihin ja yksittäisiin perussuureisiin, kuten planeettojen halkaisija ja massa.
Tuore tutkimus käsittelee planeettojen terminaattorivyöhykkeen mahdollisuuksia tarjota edellytykset elämän esiintymiselle. Kyse ei siis ole tuhoajarobottien valloittamasta alueesta vieraalla planeetalla, vaan vuorovesilukkiutuneiden planeettojen pimeän ja valoisan puoliskon rajapinnasta. Punaisten kääpiötähtien elinkelpoiset vyöhykkeet ovat niin lähellä tähteä, että niiden sisälle mahtuvilla kiertoradoilla planeettojen pyörähtäminen lukkiutuu niiden kiertoaikaan tähden ympäri. Syynä tähän lukkiutumiseen ovat tähden voimakkaat, planeetan kuortakin muovaavat vuorovesivoimat. Lopputuloksena planeetat näyttävät tähdelle aina vain toisen puoliskonsa, joka kylpee ikuisessa valossa ja lämmössä, kun taas pimeäksi jäävä puolisko kokee ikuisen kylmyyden ja sitä valaisevat vain muut, kaukaisemmat pistemäisinä mustaa taivasta täplittävät tähdet. Planeetan toisen puoliskon ollessa kuuma ja toisen kylmä, on silti mahdollista, että elinkelpoisia olosuhteita esiintyy niiden välissä, terminaattorivyöhykkeen ikuisen aamuhämärän alueella. Edellytyksenä on kaasukehän olemassaolo, jotta olisi edes jokin mekanismi, jolla planeetan puoliskojen rajut lämpötilaerot pääsisivät tasautumaan, mutta asiaan liittyy useita tekijöitä, jotka asettavat elinkelpoisuudelle merkittäviä reunaehtoja.
Tähden tappava säteily
Siinä, että planeetat ovat lähellä tähteään, syvällä sen gravitaatiokaivon tiukassa huomassa, on omat puolensa. Tiiviisti pakatut planeettakunnat ovat kyllä hyvässä turvassa ulomman planeettakunnan kappaleiden aiheuttamilta häiriöiltä niiden ratoihin. Ne voivat selviytyä mainiosti tähtiensä kiertolaisina miljardeja ja jopa satoja miljardeja vuosia ja todennäköisyyden lait pitävät ne turvassa jopa vääjäämättömiltä toisten tähtien lähiohituksilta, koska pieneen tilaan pakattu planeettakunta on kovin pieni maali myös kaikenlaisille häiriötekijöille. Samalla planeetat ovat kuitenkin alttiita oman tähtensä säteilylle, hiukkastuulelle ja purkauksille.
Tähdet ovat rauhallisessa keski-iässäänkin arvaamattomia plasmapalloja, jotka saattavat purkautua milloin vain ja lähettää kohtalokkaan suurienergisen hiukkasryöpyn kohti niitä kiertäviä maailmoja. Punaisten kääpiötähtien tapauksessa huomionarvoista on kuitenkin niiden ikä. Suhteutettaessa tähtien elinikään, kaikki punaiset kääpiötähdet ovat nuoria, koska koko maailmankaikkeus ei ole vielä ehtinyt olla olemassa riittävän pitkään, jotta ne olisivat voineet saavuttaa keski-iän. Suhteellisen nuoruutensa seurauksena punaiset kääpiötähdet ovatkin usein samanikäisiä auringonkaltaisia tähtiä aktiivisempia. Ne purkautuvat usein ja vapauttavat purkautuessaan intensiivistä suurienergistä säteilyä gamma- ja röntgensäteilyn aallonpituuksilla, sekä voimakkaita hiukkasryöppyjä, joiden arvellaan voivan viedä vaikka kokonaisen kiviplanetan kaasukehän mennessään. Tyypillisesti punaiset kääpiöt onkin luokiteltu flare-tähdiksi niiden tavallisimpien purkausten perusteella. Esimerkiksi Aurinkoa lähinnä sijaitseva tähti, nimellä Proxima Centauri tunnettu punainen kääpiötähti luokitellaan purkautuvaksi, kirkkaudeltaan muuttuvaksi tähdeksi, koska sen aktiivisuus tuottaa jatkuvasti näkyvälläkin valolla havaittavissa olevia kirkastumisia flare-purkausten merkiksi.
Arvelin aiemmassa tekstissäni, että Proxima b saattaa kyetä säilyttämään elinkelpoisuutensa terminaattorivyöhykkeensä puitteissa. Vaihtoehtoisesti, planeetan kaasukehä on haihtunut avaruuteen aktiivisen tähden säteilyn, hiukkastuulen ja purkausten ansiosta, ja se muistuttaa lähinnä massiivisempaa versiota Merkuriuksesta vailla kaasukehää ja elämän edellytyksiä. On kuin kohtalon ivaa, että James Webb -avaruusteleskooppi paljasti planeetan TRAPPIST-1 b olevan juuri sellainen kuoliaaksi korventunut kivi saatuaan suoria havaintoja planeetan pintalämpötilasta, joiden avulla selvisi, että siltä puuttuu kaasukehä. Kyseessä on toki Proxima b:tä kuumempi planeetta mutta kohtalokas kaasukehän menetys saattaa olla kuoliniskuna monelle vastaavalle punaisten kääpiötähtien kiertolaisille ja erityisesti niiden elinkelpoisuudelle. Joidenkin tutkijoiden parissa on kuitenkin heränny jo huolta siitä, havaitaanko muiltakaan TRAPPIST-1 järjestelmän kiviplanetalta kaasukehiä, kun JWST:n havaintojen monitahoinen käsittely valmistuu ja on aika vetää johtopäätöksiä
Kuin kirsikkana kakun päällä, tutkijat ovat saaneet selville, että vaikka maanpäällinen elämä voisi aivan mainiosti yhteyttää hiilidioksidia ja vettä valon avulla sokereiksi myös punaisten kääpiötähtien olosuhteissa, ei sopivien säteilyolosuhteiden kirjo kuitenkaan osu kovinkaan hyvin yksiin niiden fysikaalisten olosuhteiden kanssa, jotka mahdollistavat nestemäisen veden esiintymisen. Tuoreiden tulosten mukaan punaisten kääpiötähtien planeetoilla ei ole juuri edellytyksiä paikallisten sinibakteerien ja muiden yhteyttävien organismien esiintymiselle, joten vaikka niiden pinnoilla elämää olisikin, se tuskin muistuttaa sellaista elämää, johon olemme metsäisellä, vihertävällä planeetallamme tottuneet.
Terminaattorivyöhykkeellä virtaava vesi
Yksi tuore tutkimustulos (1) joka tapauksessa tukee ajatusta siitä, että elinkelpoisen vyöhykkeen vuorovesilukkiutuneilla planeetoilla voisi olla nestemäistä vettä terminaattorillaan, ja siitä uutisoi äskettäin myös Tähdet ja avaruus. Maan ilmakehän mallintamiseen ja ennustamiseen rakentamamme ilmastomallit sisältävät vain perusfysiikkaa ja -kemiaa, joten niitä voidaan soveltaa mainiosti eksoplaneettojen olosuhteiden tutkimukseen tietyin oletuksin. Voimme mallintaa planeettaa, joka kylpee punaisen tähden säteilyssä siten, että säteilyä osuu kaikkina aikoina vain planeetan toiselle puoliskolle. Silloin pimeän ja valoisan puolen välissä, terminaattorin molemmin puolin, voisi olla elämälle suotuisat olosuhteet. Tällaiset pinnaltaan osittaisen elinkelpoisuuden maailmat saattavatkin muodostaa jopa valtaosan kaikista universumimme elinkelpoisista planeetoista, jos ne vain ylipäätään kykenevät ylläpitämään elämää.
Tärkein elämän edellytyksiä määrittävä tekijä on jälleen kerran nestemäinen vesi, jonka olemassaolo on ehdoton vaatimus kaikelle elämälle omalla planetallamme. Terminaattorin elinkelpoisuuteen kuitenkin vaaditaan, että vettä ei ole liikaa — jos planeettaa peittää syvä valtameri, tähden säteily saa vettä haihtumaan valoisalla puolella niin paljon, että planeettaa peittää pian paksu vesihöyryvaippa, jonka voimakas kasvihuoneilmiö tuhoaa koko planeetan elinkelpoisuuden. Kuivemmilla planeetoilla niin ei käy, vaan terminaattorin alueella voi olla nestemäistä vettä planeetan pinnalla, vaikka lähes koko valoisa puoli muuttuisikin elottomaksi autiomaaksi kaiken veden haihtuessa ja kulkeutuessa ilmavirtojen mukana pois. Suuri osa sellaisen planeetan vedestä lukkiutuisi planeetan pimeälle puolelle ikijääksi mutta terminaattorin alueella voisi silti olla elämälle suotuisat olosuhteet. Ikijää saattaisikin pelastaa monen lukkiutuneen planeetan terminaattorialueen elinkelpoisuuden. Kun valtaosa planeetan vedestä kulkeutuu pimeän puolen ikijääksi, jopa vetisemmistä lähtökohdista ponnistava planeetta saattaa päätyä elinkelpoiseksi kuivuttuaan valoisalta puoleltaan ja kasvihuoneilmiön heikennyttyä riittävästi.
Lukkiutuneiden planeettojen tutkiminen voisi silti osoittautua hankalaksi jopa tarkimilla avaruusteleskoopeilla, kuten JWST. Havainto planeetan lämpösäteilystä saattaisi olla mahdollinen myös hiukan viileämmälle planeetalle, jonka terminaattori on elinkelpoinen. Silloinkin liian ohut kaasukehä saattaisi kuitenkin jäädä havaitsematta, ja havaintojen tulkinta voisi olla samankaltainen kuin TRAPPIST-1 b:n tapauksessa. Kun voimme havaita lämpösäteilyä vain kuumemmalta valoisalta puoliskolta, ja jos merkkejä kaasukehästä ei näy, saattaa olla houkuttelevaa tehdä virheellinen johtopäätös planeetan elottomuudesta. Esimerkiksi Maan ilmakehää ohuempi kaasukehä on kuitenkin toistaiseksi havaintojen tavoittamattomissa, vaikka sellainen saattaisi hyvinkin riittää paineeseen, jossa nestemäisen veden esiintyminen onnistuu erilaisissa ilmasto-olosuhteissa.
Toivon mukaan ainakin yhdeltä TRAPPIST-1 -järjestelmän planeetoista voidaan havaita merkkejä kaasukehästä, jotta voimme varmistua, että kaasukehän menettäminen ei ole kaikkien punaisia kääpiötähtiä kiertävien vuorovesilukkiutuneiden planeettojen kohtalona ja elinkelpoisuuden esteenä. Kuten tieteessä aina, mikään ei ole varmaa ja toistaiseksi voimme vain toivoa kunnes saamme uusia havaintoja tarkasteltavaksemme.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lisää aiheesta
Lähteet
Pieni alaston eksoplaneetta
Katson ulos ikkunasta, jossa lumihiutaleet viilettävät vinhaa vauhtia viistosti kohti maata. Niitä on kertynyt valkoiseksi peitteeksi jo yli kolmenkymmenen sentin paksuudelta, enkä voi välttyä siltä ajatukselta, että pian on lähdettävä lapioimaan niitä pois ovien edestä ja kulkuväyliltä. En kuitenkaan malta ihan vielä, koska ajatukseni ovat kirjaimellisesti muissa maailmoissa lukiessani uusimpia tutkimustuloksia lähitähtien eksoplaneetoista. En myöskään malta olla ajattelematta mitä ikkunasta tekemäni havainto kertoo planeetasta nimeltään Maa. Ainakin sen lämpötila ja kaasukehän paine mahdollistavat vesihöyryn kertymisen kaasukehään sekä sen tiivistymisen alas sataviksi jääkiteiksi, joita kutsumme lumihiutaleiksi. Selvästi planeetan pintalämpötila on ainakin paikallisesti niin alhainen, että vesi jäätyy. Kaasukehä on myös liikkeessä, mikä näkyy hiutaleiden sivuttaisena liikkeenä. Ilmeisesti planeetalla on lämpötilaeroja, jotka pyrkivät tasautumaan ja tuntuvat tuulena. Niitä voi aiheuttaa vaikkapa yön ja päivän vaihtelu planeetan pyörähtäessä oman akselinsa ympäri.
Eksoplaneetoista on ollut toistaiseksi mahdotonta saada näin yksityiskohtaista tietoa, koska emme pääse paikan päälle tekemään tarkkoja havaintoja. James Webb -avaruusteleskoopin myötä tilanne on kuitenkin muuttumassa nopeasti.
Tuorein JWST:n havainto koskee pientä planeettaa TRAPPIST-1 b, joka on noin 10% Maata suurempi ja 40% massiivisempi kiviplaneetta kiertämässä punaista kääpiötähteä vain noin 40 valovuoden päässä Aurinkokunnasta. Se on yksi seitsemästä tunnetusta kappaleesta järjestelmässään, ja niistä sisin, jonka kiertoaika tähtensä ympäri on vain puolitoista Maan vuorokautta. Planeetan on arvioitu olevan liian kuuma elinkelpoiseksi planeetaksi, mutta sen pintalämpötilaa on voitu arvioida vain tekemällä oletuksia sen kaasukehästä. Vuorovesilukkiutunut kiviplaneetta olisi viileämpi valoisalta puoliskoltaan ja lämpimämpi pimeältä puoleltaa, jos sillä olisi kaasukehä tasaamassa yön ja päivän puoliskojen lämpötilaeroa. Vaihtoehtoisesti planeetalla saattaisi olla paksu hiilidioksidipitoinen kaasukehä kuten Venuksella, ja sen voimakas kasvihuoneilmiö voisi tehdä kappaleesta kauttaaltaan helvetilisen pätsin, jonka kuumuudessa lyijykin sulaisi. Mutta miten JWST voisi saada tietoa kaukaista tähteä kiertävän pienen planeetan kaasukehästä?
Yksi mahdollisuus on transmissiospektroskopia, eli tähden valon tarkkailu eri aallonpituuksilla, kun se suodattuu planeetan kaasukehän läpi ylikulun aikana. Menetelmällä on tehty tarkkoja havaintoja useiden jättiläisplaneettojen kaasukehien koostumuksista. Havaintoa koetettiin aikaisemmin mutta merkkejä kaasukehän läpi suodattuneesta säteilystä ei saatu. Tutkijat onnistuivat sulkemaan pois sen mahdollisuuden, että planeetalla TRAPPIST-1 b olisi paksu vetypitoinen kaasukehä mutta muitakaan merkkejä kaasukehästä ei raportoitu ja asiasta ei vuoden 2022 joulukuussa julkaistu tutkimusraporttia. Tutkijoilla on kuitenkin muitakin valtteja hihassaan.
Jos eksoplaneetta kulkee radallaan tähtensä editse aiheuttaen ylikulun, jolloin sen olemassaolo voidaan todeta yksinkertaisella tavalla tarkkailemalla tähden kirkkautta, on selvää, että planeetan ja tähden liike toistensa ympäri tapahtuu täsmälleen kohtisuorassa taivaankannen määrittämää tasoa vastaan. Kiertoradan geometria tarkoittaa silloin sitä, että planeetta liikkuu radallaan myös täsmälleen tähden takaa. Kulkiessaan tähden takaa planeetan meitä kohti näkyvä puolisko on tähden kirkkaasti valaisema ja kuumentama. Kuumentunut puoli taas lähettää lämpösäteilyä, eli infrapuna-alueen säteilyä, jolla JWST tekee havaintojaan. On siis mahdollista havaita tähden ja planeetan muodostaman järjestelmän näennäinen himmeneminen infrapuna-alueella planeetan kulkiessa tähden takaa. Kyse on hyvin heikosta efektistä, mutta JWST:n valtaisa herkkyys juuri infrapuna-alueella tekee havainnon mahdolliseksi (Kuva 1.).
Sekundäärisen ylikulun havainnossa on kyse suorasta planeetan säteilemän valon havainnoinnista. Jos tähden ja planeetan muodostama järjestelmä näyttää himmenevän havaittavasti planeetan kulkiessa tähden takaa, voimme määrittää tähden tarkan kirkkauden ja planeetan siihen tuottaman lisäyksen sen valaistun puoliskon näkyessä eri tavalla radan eri vaiheissa. Planeetta tietenkin säteilee tähdestään saamaansa energiaa, mutta säteilystä voidaan määrittää sen pintalämpötila. Pintalämpötilaa taas voidaan verrata laskennalliseen lämpötilaan tehden erilaisia oletuksia kaasukehän koostumuksesta ja paksuudesta — tai olettaen koko kaasukehän puuttumisen. On siten mahdollista selvittää minkälainen kaasukehä planeetalla on perustuen pelkkään hiuksenhienoon himmenemiseen havaitussa infrapuna-alueen mittaussarjassa.
TRAPPIST-1 b:n tapauksessa havaittu lämpötila selittyy mainiosti sillä, että planeetan kaasukehä on vain hyvin harva tai puuttuu kokonaan kuten Merkuriuksella, jolloin lämmönsiirtoa planeetan valoisan ja pimeän puoliskon välillä ei tapahdu lainkaan. Siten TRAPPIST-1 b on kuin jättiläismäinen versio Merkuriuksesta — kuuma ja karu kiviplaneetta, jonka mahdollisuuksien ylläpitää elämää voidaan katsoa nyt menneen. Sen valoisan puolen pintalämpötila on noin 230 celsiusastetta, mikä tekee pinnasta Merkuriusta kuumemman ja kaasukehän puute takaa sen, että planeetalla ei voi virrata elämän olemassaolon mahdollistavaa nestemäistä vettä.
JWST on vihdoinkin mahdollistanut TRAPPIST-1 tähden planeettojen ominaisuuksien tarkastelun. Vaikka on tavallaan hienoinen pettymys, että ensimmäiset havainnot paljastavat järjestelmän sisimmän planeetan olevan kuuma ja karu, kaasukehätön kappale, se on kuitenkin ensimmäisiä konkreettisia havaintoja planeettakunnan jäsenten todellisista ominaisuuksista. Toistaiseksi olemme onnistuneet määrittämään vain planeettojen koot ja massat, mikä antaa ainoastaan epäsuoraa tietoa niiden koostumuksesta keskitiheyden avulla. Mahdollisuus havaita yhdenkin planeetan pintalämpötila suoraan on aiempaan verrattuna valtava harppaus eteenpäin.
Uudet havainnot ovat kiinnostavia myös siksi, että kiertäessään tähtiään hyvin lähellä, pienten punaisten kääpiötähtien kiviset planeetat ovat alttiina tähtiensä voimakkaalle hiukkastuulelle ja purkauksille. Planeetan TRAPPIST-1 tapauksessa purkaukset ja suurienerginen säteily ovat saattaneet hävittää planeetan kaasukehän vuosimiljardien saatossa, mikä ei lupaa hyvää myöskään muiden järjestelmän planeettojen elinkelpoisuudelle. Ne ovat kuitenkin nyt JWST:n tarkan silmän alla, ja saamme mitä todennäköisimmin tietoa myös niiden kaasukehistä vielä kuluvan vuoden aikana. Järjestelmän kiviplaneettojen tutkimus auttaa joka tapauksessa arvioimaan minkälaisia mahdollisuuksia elämällä on syntyä ja kehittyä pienten punaisten tähtien järjestelmissä, joissa valtaosa universumimme planeetoista sijaitsee. Maapallolta tuttujen yhteyttämään kykenevien elämänmuotojen mahdollisuus esiintyä niiden pinnoilla näyttää joka tapauksessa kapealta.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lisää aiheesta
Yhteyttävän elämän vyöhyke
Punaiset kääpiötähdet ovat lukumäärältään galaksimme ja koko maailmankaikkeuden yleisimpiä tähtiä. Lähes kolme neljästä tähdestä on punaisia kääpiötähtiä jo Auringon lähinaapurustossa, joten myös meitä lähinnä sijaitsevat eksoplaneettakunnat ovat tyypillisesti punaisten kääpiötähtien järjestelmissä. Kyseessä on kuitenkin himmeiden, likimain täysin punertavaa valoa säteilevien tähtien joukko, jonka ominaisuuksien tutkiminen on muita tähtityyppejä vaikeampaa siitä yksinkertaisesta syystä, että himmeys vaikeuttaa havaitsemista. Punaiset kääpiöt eivät loista taivaalla kirkkaina, paljain silmin havaittavina kohteina, vaan niiden tarkkailuun vaaditaan aina teleskooppeja. Kolme Aurinkoa lähinnä sijaitsevaa punaista kääpiötä — Proxima Centauri, Barnardin tähti ja Wolf 359 löydettiinkin vasta 1900-luvun alkupuolella, kun havaittiin niiden ominaisliikkeen taivaalla olevan niin suurta, että tähtien täytyi olla hyvin lähellä.
Viimeisen vuosikymmenen aikana, tehokkaiden eksoplaneettojen etsintään erikoistuneiden avaruusteleskooppien myötä, on tullut selväksi, että punaisia kääpiöitä kiertää myös hyvin usein joukko monella tapaa maankaltaisia kiviplaneettoja. Ne esiintyvät tyypillisesti tiukkaan pakatuissa järjestelmissä, joissa planeetat kiertävät tähtiään hierarkisilla radoilla hyvin lähellä toisiaan ja tähteään. Punaisten kääpiöiden heikko, punaisille aallonpituuksille keskittynyt säteily ei kuitenkaan kuumenna sellaisia planeettoja elinkelvottomiksi, vaan niistä moni — keskimäärin jopa yksi planeetta kahta tähteä kohti — on sopivassa lämpötilassa, jotta vesi voi pysyä niiden pinnoilla nestemäisessä olomuodossaan. On mahdollista, että jopa valtaosa maailmankaikkeuden elämästä esiintyy punaisten kääpiötähtien kiertoradoilla ja oma kuumemman, keltaisen tähden järjestelmämme on poikkeus. Ne ovat joka tapauksessa mielenkiintoisia kandidaatteja elinkelpoisiksi planeetoiksi mutta vaikka voimme spekuloida miltä niiden pinnoilla näyttää, emme oikeastaan tiedä paljoakaan voisiko esimeriksi maankaltainen yhteyttämiseen perustuva elämä edes kukoistaa niin kovin erilaisissa valaistusolosuhteissa. Jo elämän esiintyminen on epävarmaa, koska lähellä tähteään, punaisten kääpiöiden planeetat saattavat kärsiä tähden voimakkaista purkauksista ja hiukkastuulesta.
Elämän mahdollisuuksia selviytyä ja kukoistaa punaisten kääpiötähtien kiertoradoilla ei tietenkään voida tutkia paikan päällä, vaan on tyydyttävä laboratoriossa tapahtuvaan tutkimukseen. Voimme testata vaikkapa minkälaisia säteilyolosuhteita oman planeettamme mikrobit pystyvät sietämään niiden elintoimintojen vaarantumatta. Tiedämme esimerkiksi sen, että monet mikrobit voivat sietää säteilyolosuhteita, jotka olisivat ihmiselle tappavia — mikrobit selviävät avaruuden olosuhteissa alttiina tyhjiölle ja kosmiselle säteilylle ja kukoistavat jopa maanpäällisissä ydinreaktoreissamme, joissa säteilyannos ylittää kaikki turvallisuusstandardit sekunneissa.Näistä ekstremofiileistä Deinococcus radiodurans on niin kestävä, että se löytyikin sattumalta, kun säilykeruokaa koetettiin steriloida gammasäteilyllä ja havaittiin ruoan kaikista yrityksistä huolimatta pilaantuvan mikrobitoiminnan ansiosta. Bakteerit siis kykenevät selviämään haastavissa olosuhteissa mutta kykenevätkö ne myös yhteyttämään eksoplaneettojen eksoottisissa säteilyolosuhteissa ja muodostamaan siten perustan punaisten kääpiötähtien biosfääreille?
Omalla planeetallaamme sinilevät eli syanobakteerit ovat yhteyttämisen pioneereja. Ne keksivät kauan sitten evoluutionsa saatossa tavan sitoa Auringon säteilyenergiaa kemialliseksi sidosenergiaksi, ja oppivat siten tuottamaan niin energiaa kuin kasvun ylläpitämiseen vaadittavia monimutkaisia orgaanisia molekyylejä. Kun bakteerien symbioosi suurempien solujen kanssa sai sitten alkunsa ja syntyi monisoluisia organismeja, jotka käyttivät soluihinsa vangittuja sinibakteereita yhteyttämiseen, luotiin edellytykset koko planeettamme pinnan vihertymiselle yhteyttämiseen kykenevien organismien vallatessa merten lisäksi kuivan maan. Kasvienkin yhteyttäminen perustuu kuitenkin sinibakteereille, joiden jälkeläisiä kasvisolujen viherhiukkaset ovat. Siksi juuri sinilevien ominaisuuksien tutkiminen on oleellisessa roolissa yhteyttämisen mahdollisuuksien astrobiologisessa tutkimuksessa.
Samanlaiset olosuhteet tuottavat konvergentin evoluution myötä samankaltaisia ratkaisuja, ja siksi voidaan mainiosti olettaa elävien organismien keksivän evoluution saatossa tehokkaita mekanismeja muuttaa säteilyenergiaa käyttökelpoisempaan muotoon. Silloin voisi muodostua kasvillisuutta, ja biosfäärejä, jotka muistuttaisivat oman planeettamme vihreitä metsiä ja meriä, joissa yhteyttävä elämä luon pohjan pitkille, monisäikeisille ravintoketjuille ja -verkostoille. Ei kuitenkaan ole selvää, että yhteyttävä elämä voisi kukoistaa kaikkien tähtien planeettakunnissa. Juuri punaisten kääpiötähtien planeetat voivat kärsiä siitä, että niiden pinnoilla ei ole riittävästi sopivan energeettistä säteilyä yhteyttämiseen. Enää ei ole kuitenkaan syytä arvailla, vaan voimme tarkastella tutkittua tietoa — tutkijat ovat altistaneet yhteyttäviä sinibakteereita punaisten kääpiötähtien tuottamille säteily-ympäristöille.
Kirkaskin valo voi näyttää himmeältä vain, koska havaitsijan silmät eivät ole erikoistuneet sen sisältämien aallonpituuksien havaitsemiseen. Kyse on molekyylitason mekanismista, jossa kompleksiset orgaaniset molekyylit virittyvät kemiallisesti, kun niihin osuu sopivan energian, eli aallonpituuden, omaava fotoni. Sinilevien klorofyllimolekyylit toimivat samaan tapaan kasvimaailman tuotantoyksikköinä varastoiden valosta saamansa energian orgaanisten molekyylien rakenne-energiaksi. Yhteyttämiseksi kutsuttua reaktiota kykenevät kuitenkin ylläpitämään monet erilaiset klorofyllimolekyylien versiot, ja niiden pienet erot herkkyydessä säteilyn energialle on valjastettu käyttöön erilaisissa planeettamme säteilyolosuhteissa. Jo molekyylien moninaisuus kertoo, että yhteyttävä elämä tulee varsin hyvin toimeen monenlaisessa valossa. Tutkijat päättivät silti varmistaa asian laboratoriossa.
Koska tiedämme minkälaista valoa punaiset kääpiötähdet loistavat, voimme luoda laboratorio-olosuhteisiin samanlaisen valomaailman ja kokeilla miten maanpäälliset sinilevät sopeutuvat olosuhteisiin (1). Tehtyään kokeen tutkijat saivat tuloksen, joka ei yllättänyt ketään: sinilevät voivat mainiosti punaisen valon laboratorio-olosuhteissa, ja käyttivät hyväkseen klorofyllimolekyyliensä herkkyyttä punaisen valon aallonputuuksilla ja -energioilla. Ne kukoistivat mainiosti aivan kuin olisivat kotonaan punaisen tähden tuottamassa valossa. Tulos ei ole yllättävä, koska tiedämme sinilevien elävän merenpinnan alapuolella, niin syvällä, että vain punaista valoa on enää jäljellä sinisten aallonpituuksien sirottua pois. Tulos siis kertoo vain oman planeettamme elävien organismien sopeutumiskyvystä, mutta evoluution lahjomattomat lainalaisuudet takaavat sen, että jos kyky yhteyttää syntyy jollakin punaisen kääpiötähden planeetalla, on sillä täydet mahdollisuudet kukoistaa aivan kuten Maassakin.
Pelkkä yhteyttämiseen soveltuva tähden säteily ei kuitenkaan riitä varmistamaan elämän edellytyksiä, vaan on oltava myös nestemäistä vettä. Kaiken tietämämme mukaan, vesi on elämän edellytys, universaali liuotin, jonka märässä mediassa elämäksi kutsutut biokemialliset reaktiot voivat tapahtua. Mutta valo ei ole yhteyttämiselle otollista yhtä yhtä laajalti kuin nestemäisen veden olemassaolo on mahdollista. Lukemattomat vetiset planeetat saattavat olla paksun kaasukehän peitossa, joka estää tehokkaasti valon pääsyn planeettojen pinnoille tehden fotosynteesistä mahdotonta. Toisaalta, kaasukehän ollessa harva, valo kyllä läpäisee sen mainiosti, mutta sen paine ei välttämättä riitä pitämään vettä nesteenä ja elämän esiintymiselle ei ole edellytyksiä. Siksi on tarkoituksenmukaista tarkastella planeettojen olosuhteita molempien mittareiden suhteen. Yhteyttävän elämän vyöhyke (2) on siihen soveltuva työkalu (Kuva 1.).
Arviot yhteyttävän elämän vyöhykkeestä ovat suorastaan musertavia punaisten kääpiötähtien elämälle. Vyöhyke on arvioiden mukaan likimain yhtä laaja kuin itse nestemäisen veden elinkelpoinen vyöhyke mutta vain, jos planeetan kaasukehä on erittäin harva ja päästää kaiken tähden valon lävitseen. Maapallonkaltaisille ilmakehän omaaville planeetoille vyöhyke on hyvin kapea, ja se häviää olemattomiin kun tähti on massaltaan alle puolet Auringon massasta. Silloin likimain jokainen punainen kääpiötähti rajautuu pois niiden tähtien joukosta, joiden planeetoilla yhteyttävää elämää voisi esiintyä. Se taas tarkoittaa, että maailmankaikkeudessa voi olla kymmeniä tai jopa satoja kertoja enemmän sellaisia planeettoja, joiden pinnalla nestemäinen vesi kyllä pääsee virtaamaan mutta joilla elämä ei voi käyttää yhteyttämistä energiantuotantoon.
Jos arviot osuvat oikeaan, on mahdollista, että kosmisessa lähinaapurustossamme on kyllä runsaasti eläviä planeettoja, joiden perustuottajat tyytyvät energeettisesti tehottomampiin mekanismeihin aineenvaihdunnassaan. Niissä ei silloin synny yhtä pitkiä ravintoketjuja, eikä ehkä edes monisoluista elämää, joka voisi lopulta kehittää teknologisia sivilisaatioita. On kuitenkin liian aikaista sanoa millään varmuudella mikä on totuus ja kuinka yleisiä yhteyttävän elämän täyttämät planeetat todellisuudessa ovat. Toistaiseksi voimme vetää johtopäätöksiä perustuen vain yhteen ainoaan tunnettuun esimerkkiin elävien orgamismien monimuotoisuudesta ja toimintakyvyistä.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lisää aiheesta
Lähteet
- Battistuzzi et al. 2023. Oxygenic photosynthetic responses of cyanobacteria exposed under an M-dwarf starlight simulator: Implications for exoplanet’s habitability. Frontiers in Plant Science, Volume 14.
- Hall et al. 2023. A New Definition of Exoplanet Habitability: Introducing the Photosynthetic Habitable Zone. The Astrophysical Journal Letters, submitted.
Ei edelleenkään merkkejä vieraista teknisistä sivilisaatioista
Etelä-Suomen vuoroin vetisessä ja vuoroin jäisessä talvessa on usein varminta edetä iltakävelyllä tuijottaen jalkoihinsa, jotta voi nähdä paremmin vaaranpaikat ja välttyä liukastumisilta ja ikäviltä tapaturmilta. En kuitenkaan poikkeuksellisesti tuijottanut jalkojeni alla olevaa jäistä maata, vaan taivaalle, koska pitkän, usean viikon pilvisemmän jakson katkaisi tähtikirkas yö ja ylläni loistivat kymmenet kirkkaat tähdet. Kun vain satuin kävellessäni rittävän kauaksi lähimmistä katuvaloista, saatoin nähdä taivaalla tuttuja valopisteitä huolimatta taustan valosaasteesta. Pysähdyin pimeän puiston laitaan ja katsoin miten Mars loisti taivaalla punertavassa värissään punaisen jättiläistähden Aldebaranin ja Pleiadien seitsemän sisaruksen vieressä. Katsoessani lähemmäs taivaanrantaa näin Jupiterin tutun loisteen mutta sen alapuolella, aivan puurajassa oli toinen, Jupiteria huomattavasti kirkkaampi kohde, joka välkkyi punaista ja sinistä valoa hyvin epäsäännöllisesti aivan kauimmaisten rakennusten kattojen yllä.
Tavallisesti taivaan valot eivät saa kokenutta tähtitieteilijää hätkähtämään mutta tajusin, että näkemäni kohteen etäisyyden määrittäminen oli kiusallisen hankalaa. En osannutkaan sanoa oliko se ilmakehän sisä- vai ulkopuolella. Se vilkkui aktiivisesti ja vaikutti liikkuvan mutta pysähtyessäni paikalleni tarkkailemaan, en voinut havaita kohteen liikettä. Se ei ollut radiomaston valo, eikä kauempana lentävä lentokone. Tähdeksi kohde oli aivan liian kirkas ja se näytti kuin roikkuvan ilmassa kiusatakseen minua näytöksellään.
Havaitsemani taivaanrannassa vilkkuva kirkas valo ei kuitenkaan ollut merkki vieraan sivilisaation edustajista, eikä myöskään mikään oman teknologisen sivilisaatiomme tuotos, vaan kyse oli luonnollisesta valoilmiöstä. Vaikka tyypillisesti ajatellaan, että taivaan tähdet voidaan erottaa planeetoista sillä, että tähdet tuikkivat mutta planeetat eivät, ilmakehän kaoottinen pyörteily vaikuttaa myös planeetoista silmiimme saapuvaan valoon. Jos vain välissä on riittävän paksulti riittävän turbulenttia ilmakehäämme, myös Venuksen kirkas valo saattaa näyttää skintilloivan ja se tuikkii kuin tähti vaihtaen välillä hetkeksi jopa väriään reunoistaan joidenkin aallonpituuksien sirotessa hetkeksi pois näkyvistä. Havaitsin Venuksen kirkkaan loisteen taivaanrannassa. Se oli lähellä horisonttia, mikä tarjoaa vertailupisteen ja luo illuusion valonlähteen liikkeestä, jos havaitsija itse on liikkeessä. Valo myös kulkee maksimaalisen pitkän matkan ilmakehämme läpi antaen ilmakehän kaoottisille pyörteille mahdollisuuden vaikuttaa valoon mahdollisimman voimakkaasti. Se tuottaa tuikkimisen ja värinvaihtelut. Jaksollisesti mediassa palstatilaa saaneista, kuvitelluista vieraiden sivilisaatioiden lentävistä aluksista ei ollut kyse.
Jos niistä ylipäätään on syytä uutisoida, jokaisen median tulisi kirjoittaa ajoittaisista tunnistamattomista lentävistä esineistä kertovista huhupuheista kuten Ars Technican toimittaja Eric Berger: ”Kyse ei ole alieneista. Kyse ei todennäköisesti koskaan tule olemaan alieneista. Joten lopettakaa. Olkaa hyvä ja lopettakaa.” Mutta journalistit tuskin lopettavat, koska ihmiset haluavat kuulla spekulaatioita vieraiden sivilisaatioiden edustajien visiiteistä. Tunnistamattomat lentävät esineet eivät kuitenkaan ole merkkejä sellaisista, vaan niillä on aina luonnonilmiöihin tai ihmiskunnan omaan teknologiaan liittyvä selitys, vaikkemme sitä oikeaa havaintoja selittävää tekijää aina keksisikään. Aivan kuten näkemäni taivaanrannassa välkkyvä värikäs kohde ei ollut vieraan sivilisaation avaruusalus, ei mikään toistaiseksi havaitsemamme avaruuden tai ilmakehän asia, valo tai ilmiö vaadi selityksekseen sellaista. Havaintojen epäselvyys tai näennäinen selittävien tekijöiden puute ei riitä todistusaineistoksi toisen planeetan avaruusolentojen vierailusta. Sellaisen vierailun voidaan katsoa tapahtuneen vasta, kun asian taustalla on kiistämättömän vankkoja havaintoja. Erityisen fantastiset tieteelliset havainnot kun tarvitsevat taustalleen erityisen vankkaa todistusaineistoa — ja kyse tosiaankin on havainnosta, jota voidaan tarkastella tieteellisen metodin järkähtämättömien vaatimusten puitteissa.
Ei ole tietenkään mitään syytä miksei vieras, teknisesti riittävän kehittynyt sivilisaatio voisi olla kiinnostunut planeettamme biosfääristä ja omasta lajistamme. On mainiosti kuviteltavissa, että sellaisessa tilanteessa tulisi kyseeseen robottiluotainten lähettäminen paikanpäälle tutkimaan elävää planeettaamme lähemmin — jo pelkkä tieteellinen mielenkiinto voisi riittää motiiviksi. Lähetämmehän mekin robottejamme tutkimaan toisia planeettoja ja kuita, vaikkakin toistaiseksi vain oman planeettakuntamme puitteissa. Asiassa on kuitenkin noudatettava positiivisen todistusaineiston periaatetta. Vain todistusaineisto toisen sivilisaation teknologiasta antaa mahdollisuuden vetää johtopäätöksiä sellaisen olemassaolosta planeetallamme tai sen lähettyvillä. Se, että hatara todistusaineisto ei anna mahdollisuutta sanoa millään varmuudella mistä jossakin tietyssä havainnossa oli kyse ei ole todisteena minkään arvoinen. Vaikka emme kykene osoittamaan minkään luonnonilmiön tai ihmistoiminnan olevan syynä johonkin tehtyyn havaintoon, ei ole minkäänlaista syytä kehitellä fantastista hypoteesia toiselta planeetalta saapuneiden alieneiden vierailusta paikkaamaan tiedonpuutettamme. Asiaan liittyy tiiviisti pyrkimys selittää tieteelliset havainnot mahdollisimman yksinkertaisesti. Vieraan teknisen sivilisaation keksiminen selitykseksi on likimain vastakohta selityksen yksinkertaisuudelle — on suunnattoman paljon todennäköisempää, että kyse on vaikkapa silkasta havaintovirheestä.
Olen kirjoittanut aiheesta aiemminkin outojen radiosignaalien havaintojen yhteydessä. Silloinkaan ei ollut mitään kunnollista perustelua sille, että tulisi rakentaa monimutkaisia hypoteeseja vieraan teknisen sivilisaation teknologiasta. Jotkut tähtitieteilijät kuitenkin spekuloivat edelleen jopa kiusallisen äänekkäästi sillä mahdollisuudella, että Aurinkokunnassa on jo käynyt vieraita. Aiheesta nimittäin paasaa säännöllisesti Harwardin yliopiston Avi Loeb, jonka jaksolliset kommentit koskien milloin tähtienvälistä komeettaa ’Oumuamua tai spekulaatioita Proxima Centauri b:n hypoteettisen sivilisaation keinovalojen havaitsemisesta tuottavat nykyisellään tähtitieteilijöiden keskuudessa lähinnä voimakasta myötähäpeän tunnetta.
Ei ole edelleenkään mitään perusteita arvella ’Oumuamuan olevan vieraan sivilisaation luotain, koska kaikki siitä tehdyt havainnot ovat kappaleen luonnollisen syntyprosessin tukena. Silti Loeb kirjoittaa asiasta itsevarmaan sävyyn, kertoen, miten tulkintamme kappaleen luonnollisesta luonteesta voi olla väärä. Se on tietenkin totta. Mikä vain havainto tai sen tulkinta saattaa tulevaisuudessa osoittautua vääräksi, jos vain saamme havaintoja, jotka osoittavat sen kiistatta. Ja siinä Loebin ongelma piileekin. Koska sellaisia havaintoja ei ole, pidämme todenäköisimpänä selitysmallina sitä, että havaitsemamme universumin ilmiöt ovat seurausta luonnollisista prosesseista, tai korkeintaan omasta teknologiastamme. Selitysmalliksi ei voida kelpuuttaa huikean monimutkaista oletusta muualta tulleista vieraan teknisen sivilisaation edustajista ennen kuin sellaisista saadaan vankkaa todistusaineistoa. Ja nykyisellään sellaista todistusaineistoa ei yksinkertaisesti ole olemassakaan.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lisää aiheesta
Elinkelpoisuuden takaava ja tuhoava vesi
Nestemäinen vesi on elämän edellytys — ainakin sellaisen elämän, jota omalla planeetallamme esiintyy. Vesi on erinomainen liuotin tarjoten median, jonka sisällä elämän tarvitsemat kemialliset reaktiot voivat tapahtua. On vaikeaa kuvitella mitään muuta vastaavaa liuotinta, joka toimisi elämän kemian perustana yhtä hyvin. Vesimolekyyli on polaarinen molekyyli, joka muodostaa siksi sidoksia monenlaisten yhdisteiden kanssa muttei rasvojen kanssa, mikä edesauttaa solukalvojen muodostumista veteen liukenemattomista rasvamolekyyleistä. Olemme syntyneet vedestä ja kannamme vettä mukanamme jokaisen solumme sisällä, jotta elämäksi kutsutut monimutkaiset orgaanisen kemian reaktiot voivat tapahtua kontrolloidusti. Siksi vesipitoiset planeetat ovat jo pitkään olleet kiinnostavia kohteita toisiksi eläviksi planeetoiksi. Myös muualla veden peittämät planeetat ovat saattaneet synnyttää biosfäärejä, joissa valtaisa elämän kirjo noudattaa evoluution lainalaisuuksia kuten omallakin planeetallamme. Vesi ei kuitenkaan takaa automaattisesti elämän edellytyksiä kaikissa olosuhteissa, vaan saattaa toisinaan jopa estää elämän esiintymisen.
Yksi suhteellisen tuore tähtitieteilijöiden määrittämä planeettatyyppi — valtameriplaneetat — saattaa tarjota yhden vastaesimerkin. Kun vettä on planeetan pinnalla satojen tai jopa tuhansien kilometrien paksuinen kerros, se voi kyllä muodostaa vapaana virtaavan meren mutta estää elämän synnyn ja siten biosfäärin muodostumisen. Esimerkin tarjoavat Kepler-138 järjestelmän kaksi supermaapalloa, jotka paljastuivat hiljattain valtameriplaneetoiksi. Syvällä niiden sisuksissa vesi on kovassa paineessa puristuneena eksoottisiksi jään muodoiksi, eikä enää virtaakaan nestemäisenä. Silloin kosketuspintaa nestemäisen veden ja geologisesti aktiivisen kallioperän välillä ei enää synny, ja geologisen energiagradientin valjastaminen elollisten organismien aineenvaihdunnaksi abiogeneesissä, eli elämän synnyssä elottomista prosesseista, muuttuu epätodennäköisemmäksi. Emme tietenkään voi väittää elämän synnyn olevan sellaisten planeettojen sisuksissa mahdotonta mutta olosuhteet vaikuttavat tekevän siitä vähintäänkin hankalampaa. Siksi meriplaneettojen ja hyseaanisten planeettojen syvissä vesissä voi olla heikentynyt mahdollisuus elämän synnylle.
Selvästi siis veden määrä kontrolloi eksoplaneettojen elinkelpoisuutta. Jos vettä ei ole tai se ei ole nestemäisessä olomuodossaan, on vaikeaa nähdä miten elämän vaatima kemiallisten reaktioiden kirjo voisi saada alkunsa ja pysyä käynnissä. Jos vettä taas on liiaksi, sen määrä estää tyypilliset kiviplaneettojen pintakerrosten kemialliset reaktiopolut ja elämän synty voi vaikeutua. Punaisten kääpiötähtien elinkelpoisen vyöhykkeen kiviplaneetat taas kohtaavat aivan oman ongelmavyyhtinsä, mikä aiheutuu pitkälti siitä, että niiden pyöriminen on lukkiutunut vuorovesivoimien vaikutuksesta sellaiseksi, että planeetat näyttävät aina tähdelleen saman puoliskonsa. Se vaikuttaa kaikkeen, mutta ennen kaikkea veteen planeetan pinnalla.
Kun planeetan toinen puolisko on jatkuvassa tähden loisteessa ja toinen ikuisessa pimeydessä, syntyy puoliskojen välille voimakas lämpötilaero, jota kaasukehän virtaukset pyrkivät tasaaman. Ero aiheuttaa planeetan elinkelpoisuudelle merkittäviä rajoitteita ja ne koskevat likimain kaikkia punaisten kääpiötähtien elinkelpoisen vyöhykkeen planeettoja. Pohjimmiltaan ongelmat aiheutuvat siitä, että punaiset kääpiöt ovat hyvin himmeitä ja niiden elinkelpoiset vyöhykkeet ovat siksi tähtien lähellä, missä vuorovesivoimatkin ovat merkittäviä ja vuorovesilukkiutuminen yleistä. Koko planeetta ei silloin voi olla elinkelpoinen, vaan planeetan ollessa rataetäisyydeltään kauempana, elinkelpoisuus keskittyy keskelle ikuisen valon puoliskoa. Silloin planeetan pimeä puoli on ikijäässä. Planeetan ollessa hiukan lähempänä, ikuisen keskipäivän alueet ovat liian kuumia ja elinkelpoiset alueet löytyvät planeetan pinnalta rengasmaiselta ikuisen aamuhämärän alueelta. Tällaisia osittaisen elinkelpoisuuden maailmoja on tutkittu runsaasti tietokonesimulaatioilla, koska niistä on erittäin hankalaa saada yksityiskohtaisia tietoja havaitsemalla.
Vaikka tilanne, jossa planeetta on elinkelpoinen vain rengasmaisella ikuisen aamuhämärän vyöhykkeellä, vaikuttaa erikoiselta, simulaatiot kuitenkin osoittavat, että se on hyvinkin fysikaalisesti mahdollinen (1) — mutta ehtona on se, että vettä on vain vähän. Kuuman ja autiomaaksi korventuneen puoliskon ja jään peittämän talvisen pimeyden väliin mahtuu elinkelpoinen rengasvyöhyke vain, jos veden määrä on rajattu ja se ei riitä voimistamaan kasvihuoneilmiötä kuten Venuksen pinnalla. Simulaatiomallien mukaan, valoisan puolen lämpö siirtyy tehokkaasti myös pimeälle puolelle, jos planeetan pinnalla ja samalla kaasukehässä on runsaasti vettä. Se voi samalla merkitä kuoliniskua monien valtameriplaneettojen elämälle, vaikka niiden vesivaipat olisivat vain hyvin maltillisia syvyydeltään.
Mutta pimeä puoli voi myös osoittautua elinkelpoisuuden pelastajaksi. Kun voimakkaat virtaukset tasaavat lämpöä valoisan ja pimeän puoliskon välillä, ne samalla kuljettavat kuumuudessa höyrystynyttä vettä pimeälle puolelle kertyväksi jäätiköksi. Lukkiutuneen planeetan pimeän puoliskon voimakas jäätiköityminen voi kuivattaa planeetan kaasukehää riittävästi, jotta se pysyy osittain elinkelpoisena rengasmaisella vyöhykkeellä. Silloin kaikki riippuu kaoottisen ilmastojärjestelmän oikuista ja siitä, miten planeetta muodostui ja kehittyi geologisesti ja kemiallisesti. Paljon riippuu myös tähden itsensä oikuista ja siitä, ovatko sen hiukkastuuli ja purkaukset maltillisissa rajoissa antaakseen elämälle mahdollisuuden.
Eksoplaneettojen elinkelpoisuutta rajoittaa moni muukin tekijä mutta vesi on ehdottomasti yksi tärkeimpiä elämän esiintymistä rajoittavia tai sen mahdollistavia tekijöitä. Se voi mainiosti liuottaa orgaanisia molekyylejä muillakin planeetoilla ja mahdollistaa pitkät reaktioketjut ja niiden monimutkaiset verkostot, joita kutsumme elämäksi.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Mikko Tuomi
Satunnaislukuja 