Missä vedet vain virtaavat
Olemme jo pitkään ajatelleet elämän voivan esiintyä siellä, missä vain on nestemäistä vettä. Samalla olemme vähintäänkin alitajuisesti ajatelleet planeettamme pintaolosuhteiden vettä jokien, järvien ja merten muodossa, ja antaneet intuitiomme johdattaa itseämme harhaan. Meille, ihmislajiin kuuluville kaksijalkaisille apinoille, kylpyvesi on sellaista parasta mahdollista vettä ja siksi näemme helpoiten vettä vain siellä, missä esiintyy selkeitä veden ja ilman rajapintoja. Näemme joissa virtaavat vedet, näemme järvien syvänteet ja merten aallokon. Ne ovat ehkäpä juuri lajimme kokemuspiiriin keskeisimmin kuuluvia veden esiintymiä, mutta maailmankaikkeuden mittakaavassa kuitenkin siitä harvinaisemmasta päästä.
Vettä on runsain mitoin muuallakin. Arviolta ainakin valtamerten verran vettä esiintyy jo planeettamme kallioperän sisuksissa, sitoutuneena mineraaleihin ja täyttäen kivisen aineksen pienenpieniä halkeamia. Kallioperä tarjoaa valtavasti elintilaa eläville organismeille aivan jalkojemme alla, eikä inhimilliseen kokemuspiiriin kuuluvaa vettä tarvita ylläpitämään sellaisten elävien solujen aineenvaihduntaa. Tunnemme samoin monia muita välittömän kokemuspiirimme ulkopuolella olevia elinympäristöjä, joiden koko olemassaolo on selvinnyt meille vasta viime vuosikymmeninä. Tiedämme järvistä Antarktiksen mannerjään alapuolella, eristyksissä planeettamme pinnan elinympäristöistä. Vastaavia olosuhteita saattaa löytyä jopa Marsin napajäätiköiden alapuolelta. Samoin olemme oppineet tuntemaan merenpohjan geologisesti aktiivisten alueiden ekosysteemit. Samankaltaisia paikkoja, joissa geokemiallisten ja biologisten prosessien välinen rajapinta on saattanut ylittyä, saattaa esiintyä Europan ja Enceladusin valtamerten pohjista.
Kuten aina tieteessä, tutkimuskysymykset ja menetelmät niihin vastaamiseen valitaan tunnetun tiedon lähtökohdista. Siten ihmislähtöinen ajattelumme on vain yksi ymmärrykseemme harhoja aiheuttava tekijä, jonka kahleita on yllättävän vaikeaa ravistaa pois edes luonnontieteiden analyyttisessa ja matemaattisen metodologisessa maailmassa. On siksi aina ilahduttavaa nähdä sellaisten kahleiden heikkenevän ja putoavan pois haittaamasta tiedettä. Nyt niin on käymässä vinhaa vauhtia vanhentuneille ajatuksille nestemäisen veden ja elämän edellytysten esiintymisestä maailmankaikkeudessamme.
Valtaosa maailmankaikkeuden elämästä tuskin esiintyy keltaisessa auringonvalossa kimmeltävän sinisen valtameren suolaisissa aalloissa. Rantakallioihin paiskautuvat aallot, hiekkarantojen aaltoilevat kuviot vesirajassa, ja moninaiset vuorovesilammikoiden labyrintit ovat ehkä vain harvinaisia veden muodostamia elinympäristöjä, joista valtaosalla universumimme elävistä organismeista ei ole minkäänlaista kokemusta. Maa on historiansa saatossa ollut jään peitossa, mutta monia oman aurinkokuntamme kappaleista peittää ikijää, jonka alla velloo suolainen meri. Nyt tutkijat ovat ensi kertaa koettaneet huomioida sellaisten maailmojen elinkelpoisuutta arvioidessaan elinkelpoisten planeettojen lukumääriä maailmankaikkeudessa (1).
Oleellisessa roolissa on tietenkin nestemäinen vesi. Sen esiintymisen arviointi on kuitenkin kaikkea muuta kuin helppoa, vaikka tähtitieteilijät ovatkin julkaisseet erilaisia arvioitaan eksoplaneettojen vedestä jo niin kauan kuin planeettoja on tunnettu toisten tähtien kiertoradoilta. Tyypillisesti on keskitytty arvioimaan minkälaisissa olosuhteissa vesi voi virrata planeetan pinnalla ihmislajille tutuilla tavoilla. Kyse on silloin siitä, että etsimme maankaltaisia olosuhteita muilta planeetoilta ja koetamme oleellisesti määrittää eksoplaneettojen elinkelpoisuutta suhteessa omaan planeettaamme. Logiikka on tietenkin oikein toimivaa — kun kerran omalla planeetallamme esiintyy runsain mitoin elämää, sitä voi esiintyä muualla samankaltaisissa olosuhteissa. Tuloksena on saatu arvioita monenlaisista klassisista elinkelpoisista vyöhykkeistä, jotka rajoittuvat oleellisesti omasta planeettakunnastamme tutuilla tavoilla. Voimme sanoa karkeasti, että planeetan ollessa liian kylmä kuten Mars, sen vesi on jäässä ja elämää tuskin esiintyy. Samoin, jos planeetta on liian kuuma, kuten Venus, sen kasvihuoneilmiö karkaa käsistä ja muodostuu kuuma, elinkelvoton pätsi. Todellisuus on kuitenkin paljon monimuotoisempi.
Jää tarjoaa mainion suojan veden nestemäiselle olomuodolle, ja siksi sen esiintyminen on oleellisessa roolissa. Kun klassinen elinkelpoinen vyöhyke auttaa arvioimaan edellytyksiä maankaltaiselle elämälle, sen ulkopuolella ei periaatteessa ole kuin kevyitä rajoitteita sille, kuinka kauas elinkelpoinen vyöhyke voi ulottua, jos ei tarvitse rajoittua maankaltaisiin olosuhteisiin. Tarvitaan kuitenkin jokin lämmön lähde, joka voi pitää veden virtaamassa eristeenä toimivan jääkuoren alapuolella, kuten radioaktiivinen hajoaminen, planeetan synnystä jäljelle jäänyt lämpö, vuorovesivoimien aiheuttama kitkalämpö, tai niiden jonkinlainen kombinaatio. Vaikka jättiläisplaneettojen kuut muodostuvat tällöin merkittäväksi elinkelpoisten ympäristöjen reserviksi, myös perinteinen tavallisten kiviplaneettojen elinkelpoinen vyöhyke laajenee ulospäin (Kuva 1.).
Suurimmat vaikutukset ovat kuitenkin punaisten kääpiötähtien vuorovesilukkiutuneille kiviplaneetoille, jotka ovat lähellä tähteään liian kuumia nestemäisen veden esiintymiselle mutta vain valoisalta puoleltaan. Niiden pimeät puolet pysyvät viileinä ja voivat pysyä jäätiköiden peitossa vaikka tähden säteily olisi peräti 150% voimakkaampaa (2.5 kertaista) kuin maapallolla. Lähin esimerkki sellaisesta planeetasta on Proxima b, jonka pinnalleen saama säteily on noin 35% heikompaa kuin omalla planeetallamme. Mutta Proxima b ei ole yksin, vaan likimain kaikki kiviplaneetat, jotka kiertävät punaisia kääpiötähtiä kiertoradoilla, joilla vuoden pituus on mitä tahansa muutamasta päivästä muutamaan kymmeneen päivään, mahtuvat mainiosti uuden, laajennetun elinkelpoisen vyöhykkeen sisälle. Se tarkoittaa valtavaa lisäystä potentiaalisesti elinkelpoisten planeettojen määrään Auringon lähinaapurustossa ja linnunradassamme. Potentiaalisesti nestemäistä vettä ja siten elämälle soveltuvia elinympäristöjä on silloin keskimäärin ainakin yhdellä planeetalla jokaista linnunradan tähteä kohti.
Tärkeässä roolissa planeettojen elinkelpoisuuden arvioinnissa on tietenkin kaasukehä, josta emme tiedä oikein mitään yhdellekään maankaltaiselle eksoplaneetalle. Nyt voimme kuitenkin esittää optimistisia arvioita, että elinkelpoisia alueita saattaa esiintyä likimain jokaisella lähitähtien kiviplaneetalla, jonka vain kykenemme löytämään. Ja se tarkoittaa myös mahdollisuuksia havaita merkkejä maanulkopuolisesta elämästä.
Voimme kuvitella läheistä pientä tähteä kiertävän pienen kiviplaneetan, jonka valoisa puoli on kuuma ja karu autiomaa, jonka olosuhteissa mikään elävä organismi ei voi selviytyä. Sillä voi kuitenkin olla pimeällä puolellaan paksu jäätikkö, jonka alla virtaa nestemäinen vesi, ja jossa on omat monipuoliset ekosysteeminsä, jotka saavat energiansa geologisesta aktiivisuudesta. Dynaamisena järjestelmänä sellainen jäätikkö olisi alati tähden vuorovesivoimien muokattavana, mistä aiheutuisi halkeamia ja railoja, ja osittaista sulamista sekä uudelleen jäätymistä kaasukehän virtausten kuljettaessa aina ajoittain haihtuvan veden takaisin pimeälle puolelle. Sellaisissa olosuhteissa geysirit voisivat vapauttaa jään alta materiaa kaasuksi planeetan kasukehään, tuottaen muutoin kuivaan kaasukehään vesihöyryä ja sen mukana merkkejä orgaanisista molekyyleistä. Sellaisia, jotka voisimme havaita vaikkapa transmissiospektroskopian keinoin, jos vain planeettan ylikulkuja tähtensä editse voidaan tarkkailla.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lisää aiheesta
Lähteet
Paljonko maksaa yksi elinkelpoinen planeetta?
Onko puhtaalla vedellä taloudellista arvoa, jos kukaan ei ole pullottamassa sitä myyntiin? Onko vanha metsä arvokas, jos kukaan ei koskaan keitä siitä sellua ulkomaankauppaa varten? Onko ihmisen terveydellä arvo, jos hän ei koskaan tee jonkun muun omaisuutta suuremmaksi kartuttavaa työtä? On helppoa keksiä asioita, joiden hintaa on mahdotonta tyhjentävästi määrittää. Se ei kuitenkaan tarkoita, ettei niillä olisi rahallista arvoa — muista arvoista ja itseisarvosta puhumattakaan.
Selvästi planeettamme elinkelpoisilla olosuhteilla on rahallinenkin arvo. Nehän mahdollistavat koko teknisen sivilisaatiomme ja sen hallinnointiin rakentamamme talousjärjestelmän olemassaolon. On aivan samoin selvää, että planeetan stabiililla ilmastolla ja monimuotoisella luonnolla on rahallisetkin arvonsa, vaikka systemaattisesti pyrkisimmekin aliarvioimaan ja piilottamaan niiden merkitystä kirjanpidossamme. Voimme samoin pohtia viihteen vuoksi mitä elinkelpoinen planeetta maksaa mutta pohjimmiltaan kysymys on täysin järjetön. Aivan yhtä hyvin voisimme pohtia mitä elinkelpoinen universumi maksaa, koska on aivan yhtä pieni mahdollisuus, että saisimme sellaisen kaupasta rahaa vastaan ja on aivan yhtä selvää, että ilman sitä emme olisi täällä ihmettelemässä asiaa.
Kirjoitin aiemmin siitä, miten päättömiin oletuksiin monet tulokset liittyen vaikkapa ilmastonmuutoksen aiheuttamiin kustannuksiin perustuvat. Asiasta on kuitenkin enemmän kuin syytä keskustella lisää, koska se paljastaa niin kovin selvästi sen ajattelun onttouden, jonka varaan talous- ja muuta politiikkaa hyvinkin pitkälle rakennetaan. Sen lisäksi, että kaksijalkaisen ihmisapinan aivomme käsittelevät maailmaa staattisena paikkana, joka jatkuu muuttumattomana horisontin tuolle puolen, olemme tehneet muitakin perustavanlaatuisia virheitä arvioidessamme yhteiskuntiemme toimintaa ja kestävyyttä. Primitiiviset aivomme eivät ehkä havaitse vähittäistä muutosta, vaan pyrkivät aina normalisoimaan sen, mitä juuri nyt koemme. Siksi muutosvastarintakin on niin voimakasta, kun tutkijat tulevat kertomaan fysiikan armottomien lakien kyllä huomioivan takuuvarmasti jopa absoluuttiselta määrältään pienet kasvihuonekaasujen pitoisuuden kasvut ilmakehässä.
Samaan harhaan perustuu suuri osa suoranaista tieteenkieltämistä ja poliittista tieteen hylkäämistä. Monia ihmisiä on yksinkertaisesti mahdotonta saada ymmärtämään asioita, jotka eivät kuulu heidän kokemuspiiriinsä. Olemme kuulleet kyllästymiseen asti älyttömyyksiä siitä, miten ilmasto ei voi olla lämpenemässä, koska sataa lunta tai luontokato ei voi olla tosiasia, koska pihalla on puita. Ne juontavat juurensa meihin geneettisesti ohjelmoituun pyrkimykseen luottaa omien aistiemme tuottamaan tietoon ja rajalliseen muistiimme siitä, miten asiat ovat historian saatossa muuttuneet. On silloin ilmiselvää, että samalla kun siirrämme vertailukohtaamme vastaamaan nykyisyyttä, meiltä jää huomaamatta, miten aiemmin rikkaampi luonto tarjosi valtavia kalansaaliita nykyisten sinttien sijaan ja vuoristojen jäätiköt peittivät isoisiemme lapsuudessa monia alueita, joilla nyt on näkyvissä vain louhikkoinen ylänköalue sulamisvesistä kertovine puroineen.
Taloustieteen fysikaalinen maailma
Taloustieteen Nobelin palkinto, joka ei oikeastaan ole Nobelin palkinto, on erittäin arvostettu tapa palkita ansioituneita taloustieteilijöitä. Silti, se myönnettiin vuonna 2018 tutkimukselle, jonka taustalla oli valtavirraksi muodostuneita päättömiä oletuksia. Oletukset koskevat sitä, miten voimakkaasti planeettamme keskilämpötilan kasvu haittaa talousjärjestelmämme toimintaa. On selvää, että jos merkittävää haittaa ei tosiasiallisesti ole, ei ilmastonmuutoksen torjumiseen ole perusteltua käyttää merkittäviä taloudellisia resursseja.
Kaiken keskiössä on Nobelilla palkittu William Nordhaus, joka arvioi malleillaan juuri ilmastonmuutoksen taloudellisia vaikutuksia. Hänen mukaansa edes runsaan 2.5 celciusasteen lämpeneminen ei saisi yhteiskuntiemme taloudellisia koneita yskimään, vaan itse asiassa vielä 3.5 celciusastetta lämpimämpi maailma saisi vain talouden toimimaan optimaalisella tavalla. Viesti on tietenkin mieluisa eri maiden johtajille, jotka paljolti tällaisiin arvioihin perustuen ovat tietoisesti hylänneet ja vesittäneet ilmastotoimia jo vuosikymmenten ajan. Asiassa ovat jälleen toiminnassa ihmismielelle ominaiset mekanismit, jotka saavat meidät antamaan enemmän painoarvoa miellyttävältä tuntuvalle viestille, kuin huomattavasti vankemmin perustelluille varoituksille. Kapteenimme vähät välittävät jäävuorivaroituksista halutessaan ajaa talouden Titaniciamme ennätysnopeasti meren yli.
Ilmastotieteilijät eivät tietenkään ole pitäneet Nordhausin arvioita millään tavalla järkevinä, koska ymmärtävät mitä fysikaalisen maailman seurauksia 2.5 tai 3.5 celciusasteen lämpenemisillä olisi. He puhuvat yhteiskuntien romahduksesta, globaalista nälänhädästä, sekä kaaoksesta ja kauhusta ihmisten kieltäytyessä kuolemasta elinkelvottomissa valtioissaan. Tutkijat kuvaavat tilannetta kansanmurhana, jonka aiheuttaa se, että muutamme ilmastoa ja ovat niin vakavissaan, että kannustavat parhaillaan ihmisiä saapumaan mielenosoituksiin ja -ilmauksiin, koska näkevät, että poliitikot eivät toimi. Miten sellainen tilanne voisi olla kenenkään mielestä optimaalinen?
Monimutkaisissa järjestelmissä, kuten biosfääri, ihmisten yhteiskunta, tai vaikkapa talousjärjestelmä, on aina kaoottisia piirteitä ja epälineaarisuuksia, sekä keikahduspisteitä, jotka yhdessä saavat järjestelmän toimimaan paljolti ennustamattomalla tavalla. Niiden käyttäytymistä voi kuitenkin ennustaa tiettyyn pisteeseen asti, kunnes epävarmuudet käyvät liian suuriksi. Tyypillisesti, matemaattisissa malleissa käytetään sileitä funktioita kuvaamaan vaikkapa sitä, kuinka suuri on tietyn lajin populaatio tietyllä alueella, tai kuinka paljon ravintoa tietyn alueen pellot voivat tuottaa. Samoin voimme kuvata matemaattisesti kuinka talouden koko kehittyy, kunhan vain ei satu mitään odottamatonta. Tässä kontekstissa odottamattomalla tarkoitetaan jotakin, jota mallia rakennettaessa ei ole otettu huomioon. Ilmastomalleissa odottamaton piirre voisi esimerkiksi olla boreaalisten suoalueiden maaperän vapauttama poikkeuksellinen määrä hiilidioksidia ja metaania ilmaston lämmetessä. Sitäkin voidaan kuitenkin mallintaa, ja kyse ei ole aivan niin odottamattomasta piirteestä, koska tutkijat tekevät työtään asian ymmärtämiseksi.
Taloudessa kyseeseen voisi tulla odottamaton tapahtuma, kuten vaikkapa samanaikainen kuivuus- ja helleaalto Yhdysvaltojen, Euroopan ja Aasian merkittävillä maatalousalueilla. Kyse ei ole ilmatotutkijoille odottamattomasta tapahtumasta, vaan fysikaalisesta ilmiöstä, jonka todennäköisyys ja potentiaalinen vakavuus sekä kesto kasvavat ilmaston lämmetessä. Jopa satojen miljoonien ihmisten kuolemaan johtava katastrofi muuttuu suorastaan vääjäämättömäksi, toistuvaksi tapahtumaksi, jos planeettamme lämpenee kolme celciusastetta, mutta Nordhausin talousmalleissa sellaisia ei ole huomioitu mitenkään. Oletuksena on, että ilmaston lämmetessä taloudellinen aktiviteetti vain muuttuu kylmemmillä alueilla lämpenemisen myötä vastaamaan nykyisellään lämpimämpiä alueita, eikä ongelmaa ole. Kuitenkin, taloutemme ollessa globaalisti verkostoitunut ja koko planeetan lämmetessä, teemme silloin oletuksen, että voimme jatkaa kaupankäyntiä kuten ennenkin menneiden ilmasto-olosuhteiden maailmassa. Koko ajatusrakennelma kaatuu välittömästi omaan mahdottomuuteensa.
Valistumattoman korvaan voi toki kuulostaa mukavalta, että Suomen ilmaston muuttuessa samankaltaiseksi kuin menneinä vuosikymmeninä Saksassa, voimme mainiosti avata omat viininviljelmämme ja nauttia maataloutemme kasvaneista sadoista ja tuotannosta mainiosti. Ongelmana vain on taas fysikaalinen maailma, joka tuo pohjoiseen myös etelän ilkeämmät tuhohyönteiset ja kasvitaudit. Eikä ole edes mitään takeita, että ilmastomme muuttuu ennustetulla tavalla, koska saatamme saavuttaa yhden merkittävistä keikahduspisteistä, jossa Pohjois-Atlantin Golf-virta hiipuu tai pysähtyy ja viilentää oman pohjoisen nurkkauksemme olosuhteita maataloudelle katastrofaalisella tavalla. Siihen riittäisi ehkäpä kahden celciusasteen läpeneminen, jonka nykyisellä vauhdilla saavutamme muutamassa vuosikymmenessä.
Keikahduspisteet muuttuvat muutoinkin vaarallisiksi kahden asteen lämpenemisskenaarioissa. On mahdollista, että kaksi astetta riittää planeettamme termostaatin jumittumiseen yläasentoon useiden positiivisten takaisinkytkentöjen käynnistyessä ja lisätessä lämpenemistä entisestään. Seurauksena saattaisi olla pirullinen kuumuus, joka tekisi kääntöpiirien välisestä osasta planeettaamme käytännössä elinkelvotonta ja uhkaisi jo koko sivilisaatiomme selviytymistä jo nykyään elossa olevien lasten elinaikana. Arviolta vain 10% planeettamme ihmisistä selviytyisi, jos keskilämpötila nousisi neljä celciusastetta. On selvää, että mikä tahansa järkevä riskianalyysi päätyisi lopputulokseen, jossa kahden asteen lämpeneminen on vältettävä maksoi se sitten rahallisesti mitä tahansa. Nyt elämme kuitenkin aikajanalla, jossa poliitikkomme ovat uskoneen Nordhausin kaltaisia ekonomisteja, ja paljolti ajattelevat, että pelättävää ei ole.
Kun Nordhaus arvioi lämpenemisen vaikutuksia, hän laski peräti kuuden asteen lämpenemisen tuottavan taloudelle vain noin 10% notkahduksen. Se kertoo kuitenkin vain laskelmien päättömistä lähtökohdista. Erityisesti fyysikoiden keskuudessa tunnetaan mainiosti periaate ”roskaa sisään, roskaa ulos”, mikä tarkoittaa, että huonoista lähtökohdista ei voi päätyä hyviin lopputuloksiin. Edes hyvistä lähtökohdista ei päädytä aina hyviin lopputuloksiin, koska tiede on vaikeaa ja virheitä sattuu tämän tästä. Sellaista tiedettä, joka lähtökohdiltaan hylkää surutta havaittavan maailmamme lainalaisuuksia ei voi kuitenkaan missään tapauksessa pitää hyvänä. Taloustieteessä sellaisia tuloksia on silti pidetty hyvinä, vaikka ongelmat ovat ilmiselviä niille, jotka viitsivät tarkastella mallinnusten oletuksia edes kursorisesti.
Yksi mallien ongelma on siis yksinkertaisten funktioiden käyttö kuvaamaan tilanteita, joissa tapahtuu kaoottisia, nopeita muutoksia. Kun talous pyörii abstraktina kirjanpitona materiaalisten, inhimillisten ja muiden resurssien kierrossa, on selvää, että resurssien rajoitteet olisi huomioitava mallinnuksessa. Ihminen ei esimerkiksi voi jatkaa taloudellisen panoksensa tuottamista, jos häneltä loppuu ruoka. Ruoantuotantomme taas on riippuvaista ehjästä luonnon monimuotoisuudesta ja koko sivilisaatiomme rakentuu uusiutumattomien luonnonvarojen käytölle. Ilmiselviä rajoitteita on aivan kaikkialla.
Toinen edelliseen tiiviisti liittyvä ongelma on oletus sitä, että jatkuva talouskasvu on mahdollista ja kykenee nopeasti tasoittamaan mahdolliset lämpenevän ilmaston tuomat heikennykset talouslukuihin. Talous kuitenkin vaatii materiaalisia resursseja kasvakseen, ja voi kasvaa vain resurssien käytön kasvaessa. Voimme spekuloida tilanteella, jossa materiaalitehokkuus kasvaisi ikuisesti taloutta nopeammin, jolloin jatkuva kasvu saattaisikin olla mahdollista, mutta sellaisesta ei ole mitään viitteitä kuin korkeintaan vain hyvin rajatusti paikallisesti ja ajallisesti. Jatkuva kasvu onkin lähinnä syöpäkasvaimen logiikkaa, koska enemmin tai myöhemmin kasvain aiheuttaa kuoleman vieden jokaisen syöpäsolunkin mukanaan. Todellisuutta on se, että olemme jo ylittäneet planetaariset rajat materiaalisten resurssien käytössä, ja mitä kauemmin jatkamme pyrkimystä kasvuun, sitä varmemmin ja totaalisemmin yhteiskuntamme romahtaa ilmastonmuutoksen toimiessa yhtenä käynnissä olevista kasvun takuuvarmasti taittavista mekanismeista.
Omituisin Nordhausin virheistä on kuitenkin oletus, jonka mukaan valtaosa planeettamme taloudellisesta aktiviteetistä syntyy sisätiloissa, joten pieni lämpeneminen ei haittaa — voimmehan vain käynnistää ilmastointilaitteet. Oletus on absurdiudessaan niin kummallinen, että oma reaktioni on miettiä minkälaisessa mielentilassa sellainen tulisi edes keksittyä. Kun nouseva merenpinta peittää rannikkokaupunkeja, kuumuus tuhoaa sadot, joet ja kaivot kuivuvat ja pohjavedet ehtyvät, ja jopa sisämaan ydinvoimalamme pysähtyvät jäähdytysveden puutteessa, kuinka realistiselta vaikuttaa oletus, että kaikki olisi ihan hyvin, kunhan vain pysyttelisimme ilmastoiduissa sisätiloissa?
Muistan, miten keskustelin vuosithannen alussa opiskelijaystävieni kanssa sitä, miten poliitikkojen tulisi ryhtyä rakentamaan linjauksia tulevan varalle ilmastonmuutosta ja sen aiheuttamia seurauksia silmällä pitäen. En osannut aavistaa, että poliitikkomme uskoisivat fysikaaliselle maailmalle kintaalla viittaavia ekonomisteja tehdessään politiikkaa. Se oli tietenkin minun sokea pisteeni, koska fyysikkona ymmärsin fysikaalisten järjestelmien toiminnasta ja kärsin siitä harhasta, että uskoin muidenkin ihmisten ymmärtävän suunnilleen saman verran. Niin ei tietenkään ole, eivätkä poliitikkomme tavallisesti tajua tuon taivaallista fysiikasta tai kemiasta, biologiasta tai muistakaan tieteistä. Jos he ovatkin akateemisesti koulutettuja, kokemusta saattaa olla todennäköisemmin luonnontieteiden ulkopuolelta. Se taas ei anna kovinkaan hyviä valmiuksia ymmärtää paljolti luonnontieteiden määrittämää ilmastokatastrofin viitekehystä.
Taloustieteen parissa taas tulisi ymmärtää paremmin, ja nykyisellään poikkitieteellinen tutkimus auttaa arvioimaan paljon tarkemmin, vaikkapa ilmastokatastrofin tai luontokadon kaltaisten uhkien reaalisia vaikutuksia. Ottaa vain aikansa ennen kuin järjellisemmät ilmastonmuutoksen taloudellisia vaikutuksia ennustavat mallit valtavirtaistuvat ja niiden tuloksia ryhdytään huomioimaan poliittisessa päätöksenteossa. Se taas voi olla paljolti liian myöhäistä. Ilmastokatastrofi on jo täällä, halusimme tai emme. Se on aikakausi, jota me kaikki elämme, eikä mikään yksittäinen jossakin planeettamme kaukaisessa kolkassa kaukaisessa tulevaisuudessa sattuva tapahtuma. Kylmä tosiasia on, ettemme voi enää pysäyttää katastrofia. Voimme kuitenkin edelleen heikentää sitä ja estää sen kumuloitumisen sivilisaation romahduksen aiheuttavaksi tuhoksi.
Aivan aluksi olisi kuitenkin hylättävä ne miellyttävät talouspoliittiset ”totuudet”, jotka estävät suhtautumasta planeettamme fysiikkaa ja kemiaa muuttamalla aikaansaamaamme uhkaan sen vaatimalla vakavuudella. Tulisi hylätä se ajattelu, että voimme jatkaa matkaa talousjärjestelmämme Titanicilla kuten ennenkin. Sen muutoksen saaminen hyväksyttyjen ajatusten piiriin taas on ehkäpä se vaikein tehtävä.
Kirjoitus sain inspiraationsa Christopher Ketchamin tekstistä ”When Idiot Savants Do Climate Economics”, joka on julkaistu The Intercept -verkkojulkaisussa.
Lisää aiheesta
Uusia arvioita elämästä lähitähtien planeetoilla
Onko maailmankaikkeutemme ja galaksimme elämä yleistä vai harvinaista? Onko sitä syntynyt jo kauan ennen Aurinkokunnan muodostumista vai edustaako planeettamme ensimmäistä elävien planeettojen sukupolvea? Kuinka monta elävää planeettaa galaksissamme on? Moniko niistä sijaitsee kosmisessa lähinaapurustossamme vain kymmenien valovuosien päässä? Kuinka kaukana on lähin elävä planeetta?
Kysymyksiä liittyen elämään maailmankaikkeudessa on erittäin helppoa esittää mutta luotettavien vastausten löytäminen onkin sitten likimain mahdotonta, koska tunnemme vain yhden esimerkin elävien planeettojen luokasta. Yrityksen puutteesta tutkijoita ei kuitenkaan voi syyttää. Tähtitieteilijät ja modernit astrobiologit ovat koettaneet valjastaa tiedettä vastatakseen kysymyksiin elämästä, universumista ja kaikesta niin kauan kuin nykymuotoista tieteellistä tutkimusta on tehty. Yksittäinen anekdootti ei vain salli kummoisiakaan yleistyksiä ja se, että olemme pohtimassa koko kysymystä elämän yleisyydestä takaa vastausten olevan jo lähtökohtaisesti olemassaolomme vääristämiä.
Rustatessaan eräänlaista todennäköisyyksillä leikittelevää yhtälöään lasinaluseen, Frank Drake, yhdysvaltalainen tähtitieteilijä, tuskin aavisti kirjoittavansa varsinaista kulttimaineeseen nousevaa laskukaavaa. Hän hahmotteli karkeaa tapaa arvioida teknisten sivilisaatioiden välisen kommunikoinnin mahdollisuuksia perustuen sarjaan helpommin käsiteltäviä arvioita vaadittavista reunaehdoista. Voimme esimerkiksi arvioida tähtien syntynopeutta, auringonkaltaisten tähtien yleisyyttä niiden joukossa, ja planeettojen esiintymistä niiden kiertolaisina koettaessamme arvioida kuinka usein (maankaltaiset) elämälle soveltuvat olosuhteet syntyvät. Voimme spekuloida moniko planeetoista soveltuu elämälle ja monelleko niistä elämää sitten syntyy. Sitten voimme koettaa arvioida kuinka todennäköisesti kehittyy älykkäitä lajeja, teknisiä sivilisaatioita, ja kyky kommunikoida vaikkapa radiosignaalien välityksellä muiden vastaavien sivilisaatioiden kanssa. Lopuksi voimme arvailla minkälaista halukkuutta vieraalla sivilisaatiolla olisi sellaiselle toiminnalle ja kuinka kauan sivilisaatio olisi olemassa harjoittaakseen kommunikointia.
Draken laskukaavassa ei toki sinällään ole mitään vikaa. Se vain on mahdoton käyttää millään luotettavuudella käytännön tarkoituksiin, koska sen tekijöistä vain tähtitieteellistä puolta voidaan arvioida — biologisia ja kulttuurillisia reunaehtoja voimme vain arvailla perustuen siihen, mitä oman planeettamme elämästä olemme oppineet. Onko esimerkiksi todennäköistä, että vieraan lajin tekninen sivilisaatio olisi edes millään tavalla kiinnostunut kommunikoimaan toisten sivilisaatioiden kanssa, vaikka sillä tekniset edellytykset siihen olisikin? Emme voi tietää vastauksia kuin vain kapeasti oman lajimme lähtökohdista.
On selvää, että voimme unohtaa arviot koskien teknologisten sivilisaatioiden määriä mutta elämän edellytysten esiintymisen arviointi onnistuu oikein mainiosti jatkaen Draken viitoittamalla polulla. Laskelmat eivät kuitenkaan ole aivan yksinkertaisia. On huomioitava kuinka nopeasti tähtiä on syntynyt galaksimme historian saatossa ja kuinka suuri osuus tähdistä on mitäkin tyyppiä. Syntynopeus on muuttunut jatkuvasti, riippuen paikallisista olosuhteista. Esimerkiksi Auringon syntyä 4.6 miljardia vuotta sitten edelsi noin miljardi vuotta aiemmin tapahtunut tähtien syntyryöppy. Sen kestäessä miljardit tähdet syttyivät jonkin galaktisen häiriötekijän saatua tähtienvälisen kaasun ja pölyn pilvet luhistumaan ja tuottamaan läjäpäin tähtiä. Samalla syntyi tietenkin suunnaton määrä planeettoja tähtien kiertoradoille, mikä on huomioitava elämän yleisyyttä koskevissa laskelmissa.
Toinen merkittävä tekijä on raskaampien alkuaineiden määrä. Varhaisemmassa maailmankaikkeudessa oli vähemmän heliumia raskaampia tähtitieteilijöiden yleisnimellä ”metalli” kutsumia alkuaineita. Se hidasti jättiläisplaneettojen syntyä, joten vasta ensimmäisten tähtisukupolvien kuoltua ja vapautettua raskaita alkuaineita avaruuteen supernovaräjähdysten myötä, jättiläisplaneettojen muodostuminen on päässyt vauhtiin ja on voinut syntyä enemmän aurinkokunnankaltaisia hierarkisia järjestelmiä. Edelleen, on huomioitava, että tähdet eivät elä ikuisesti, vaan tähtien elinikä riippuu oleellisesti niiden massasta. Keveimmät punaiset kääpiötähdet elävät pisimpään, jopa satoja miljardeja vuosia, ja ne eivät ole ehtineet maailmankaikkeuden eliniän aikana omaa taaperovaihettaan pidemmälle. Aurinkoa kirkkaammat ja massiivisemmat tähdet taas kuolevat supernovina jo korkeintaan parin miljardin vuoden ikäisinä kun taas Auringonkaltaiset keltaiset kääpiötähdet elävät kymmenisen miljardia vuotta.
Galaksimme noin parisataa miljardia tähteä ovat siis eri ikäisiä ja eri kokoisia, ja omaavat erilaiset koostumukset, mitkä kaikki vaikuttavat niitä ympäröivien planeettakuntien koostumukseen ja ominaisuuksiin, sekä elinkelpoisuuteen. Auringon naapurustossa, josta on tarkkoja Gaia -avaruusteleskoopin havaintoja, on arvioiden mukaan tapahtunut ainakin neljä merkittävää tähtien syntyryöppyä noin 1, 2, 6 ja 10 miljardia vuotta sitten. Jokaisen aikana syntyi tähtiä, joiden koostumus oli keskimäärin erilainen, ja Aurinko edustaa metallipitoisuudeltaan keskimääräistä tähteä. Luonnollisesti, vanhimmat tähdet ovat vähämetallisimpia kun taas nuorimmissa tähdissä metallipitoisuus on korkein.
Tarkastellessamme perinteisiä elinkelpoisia vyöhykkeitä, eli etäisyyksiä tähdistä joilla nestemäisen veden esiintyminen kiviplaneetan pinnalla olisi mahdollista, on lisäksi huomioitava tähtien kehitys. Tyypillisesti tähdet kirkastuvat vanhetessaan. Ne polttavat ytimestään vetyä fuusioreaktiossa tuottaen heliumia vedyn tilalle. Helium taas vaatii fuusioonsa huomattavasti korkeampia lämpötiloja, joten ytimen vetyvaraston vähetessä energiantuotanto hiipuu, mikä saa gravitaation ottamaan vallan ja puristamaan ydintä kovemmin kasaan. Se taas nostaa lämpötilaa vedyn fuusioreaktioon vaadittavalle tasolle myös ydintä ympäröivissä kerroksissa, jotta tähti pysyisi tasapainotilassa. Vedyn fuusiota ylläpitävä ydin siis laajenee, ja samalla ytimen lämpötila kasvaa, mikä saa myös tähden kirkastumaan. Samalla elinkelpoisen vyöhykkeen etäisyys tähden pinnasta karkaa kauemmaksi kasvaneen kuumuuden myötä. Esimerkiksi Aurinko kuumenee hiljalleen tavalla, joka tekee omasta planeetastamme korventuneen, elottoman kivenmurikan noin miljardin vuoden kuluttua. Sellaisella aikataululla saapuvasta maailmanlopusta ei kuitenkaan tarvitse huolestua.
Kaikkiaan, noin 330 valovuoden etäisyydellä Aurinkokunnasta on noin 11 000 elinkelpoisen vyöhykkeen kiviplaneettaa. Se planeettapopulaatio on kaikkein kiinnostavimmassa asemassa, koska kauempaa merkkejä elämästä on huomattavasti vaikeampaa havaita. Kun yllämainittujen tekijöiden vaikutus on huomioitu, on mahdollista arvioida alkeellisen elämän yleisyyttä naapurustossamme erilaisilla reunaehdoilla (1).
Yksi kriittinen tekijä on oranssien K-sarjan kääpiötähtien suotuisuus elämälle. Ne ovat stabiileja tähtiä Auringon tapaan, mutta hiukan pienempinä paljon auringonkaltaisia tähtiä yleisempiä. Jos niitä kiertävistä elinkelpoisista planeetoista edes prosentille syntyisi elämää kuten omalle planeetallemme, voidaan arvioida lähimmän elävän planeetan olevan vain 65 valovuoden etäisyydellä. Vastaavasti, jos elävien mikrobien synty on epätodennäköinen sattumus, joka onnistuu vain yhdellä kymmenestätuhannesta sille soveltuvasta planeetasta, on mahdollista, että Auringon lähinaapurustossa noin 11 tuhannen elämälle soveltuvan planeetan joukossa ei esiinny muuta elämää kuin omamme.
Jos taas elämän synty on todennäköinen seuraus geokemiallisten prosessien käynnistymiselle nestemäisen veden virratessa, on selvää, että elämä on vanhaa ja ensimmäiset biosfäärit muodostuivat jo yli 8 miljardia vuotta sitten varhaisessa maailmankaikkeudessa. Jopa kolmannes elävistä planeetoista olisi näitä varhaisen synnyn planeettoja, muiden elämän ollessa tuoreempaa alkuperää Maan tapaan. Fotosynteesin käynnistymiseen puolestaan kului kauemmin Maapallolla, ja sen seurauksena kaasukehämme muuttui suuren hapettumisen aikakautena happipitoiseksi mahdollistaen energeettisemmät elävän kemian reaktiot ja siten pidemmät ravintoketjut ja lopulta oman itsemme. Jos tapahtumat ovat edenneet samalla vauhdilla muualla, voimme ennustaa Auringon lähinaapuruston olevan täynnä vastaavia happea aineenvaihdunnassaan käyttävän biokemian ympäristöjä. On siis kaikki mahdollisuudet törmätä happipitoisen kaasukehän ympäröimään maankokoiseen eksoplaneettaan, kun vihdoin onnistumme tekemään havaintoja elinkelpoisella vyöhykkeellä sijaitsevien pienten kiviplaneettojen kaasukehistä.
Tarkkojen arvioiden tarjoaminen elävien planeettojen määrästä kosmisessa naapurustossamme on tietenkin mahdotonta, koska emme osaa tehdä yleistyksiä elämän synnystä perustuen vain yhteen havaittuun esimerkkiin. Voimme silti perustellusti sanoa, että elämä on todennäköisesti yleistä, ja parhaimmillaan suorastaan hävyttömän yleistä maailmankaikkeudessamme, vaikka lähimmälle elinkelpoiselle planeetalle saattaisi sittenkin olla matkaa jopa sadan valovuoden verran. Silloinkin omassa galaksissamme on miljoonia, ellei jopa miljardeja eläviä planeettoja. Seuraavaksi ne on vain kyettävä tunnistamaan ja on onnistuttava havaitsemaan merkkejä niiden elämästä.
Se taas on oma tulevaisuuden seikkailunsa, jonka ainakin minä toivon ihmiskunnan kokevan vielä oman elinikäni puitteissa.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lisää aiheesta
Pseudotieteellinen roska ja 36 teknistä sivilisaatiota
Mikko Tuomi
Satunnaislukuja 