Marsilaisen elämän nousu ja tuho
Voidaan todeta, että ihmiskunta on suorittamassa planeetallaan ainutlaatuista tieteellistä koejärjestelyä, joka liittyy elävän planeetan biofäärin muokkaamiseen muuttamalla geofysikaalisia olosuhteita. Olemme parhaillaan heilauttamassa planeettamme kaasukehän koostumusta pumppaamalla siihen hiilidioksidia ja muita kasvihuonekaasuja. Seuraukset ovat hyvin tunnettuja niiden tultua todennetuksi tieteellisesti vuosikymmenten saatossa. Ilmakehän kasvanut kasvihuonekaasupitoisuus nostaa planeettamme lämpötilaa ja hiilidioksidi liukenee hiljalleen meriin tehden niistä happamampia. Niiden seurauksena napajäätiköt sulavat ja merenpinta nousee; sademäärät kasvavat siellä, missä sataa paljon, koska lämmennyt ilma sitoo enemmän vesihöyryä; kuumuus lisää kuivuutta siellä, missä sataa vähemmän; ja monenlaiset tuhotulvat, maastopalot, pyörremyrskyt, lämpöaallot, kuivuudet ja muut sään ääri-ilmiöt yleistyvät ja voimistuvat.
Mutta se ei ole koko totuus. Kuivuudet ja merenpinnan nousu tekevät pelloistamme käyttökelvottomia samalla kun merten happamoituminen romahduttaa niiden ravintoketjut. Yhdessä alati kasvavan maankäyttömme kanssa, luonnolle jää aina vain vähemmän tilaa, ja meneillään onkin planeettamme historian kuudes massasukupuuttoaalto — ensimmäinen yksittäisen lajin aiheuttama sellainen.
Suuri osa planeettamme biologisista organismeista ei toki välitä hiukkaakaan aiheuttamastamme muutoksesta, vaan elää kuten on aina elänyt syvällä kiven sisällä jalkojemme alla. Maan kivinen kuori kuhisee soluja, joita ei kinnosta niin kaasukehän koostumus, pintalämpötila, kuin maanpäälliset sukupuutotkaan. Ne ovat tiukasti omassa ekologisessa lokerossaan, vuosimiljardeja muuttumattomana pysyneessä kivisessä elinympäristössään ja jäävät sinne vielä pitkiksi aikakausiksi sitten, kun meidän lajimme on kohdannut vääjäämättömän loppunsa. Viemme kuitenkin planeettamme elinkelpoisuutta heikentävällä uhkarohkealla kokeellamme lukuisia lajeja sukupuuttoon. Saatamme itsekin päätyä yhdeksi niistä osoituksena siitä, että teknologiset sivilisaatiot, jotka oppivat muuttamaan planeettansa geofysikaalisia olosuhteita eivät ole kovinkaan pitkäikäisiä. Mutta vaikka koejärjestelymme on oman planeettamme kontekstissa ainutkertainen, se ei ehkä ole sitä maailmankaikkeuden mittakaavassa — tai edes omassa planeettakunnassamme.
Mars on voinut olla nuoruudessaan elävä planeetta. Sen olosuhteet ovat olleet suorastaan maankaltaiset — nestemäinen vesi on virrannut Marsin pinnalla noin 4 miljardia vuotta sitten. Tuolloin planeetan kaasukehä oli nykyistä paksumpi ja planeetta oli lämpimämpi, mikä mahdollisti kokonaisen valtameren esiintymisen peittämässä planeetan pohjoista puoliskoa. Ensimmäisten elävien mikrobien synty olisi ollut aivan samalla tavalla mahdollista kuin Maassa, jossa elämän synty ajoittuu suunnilleen juuri 4 miljardin vuoden päähän. Elämää syntyi omalla planeetallamme likimain heti, kun sen pinta muodostui kiinteäksi ja vesi ryhtyi virtaamaan vapaana, joten samankaltainen kehityskulku on ollut mahdollinen Marsissakin. Kuten Maassa, mikrobeja on voinut aivan mainiosti esiintyä Marsin pinnan alapuolella, huokoisen kallion sisällä suolaisen veden täyttämissä halkeamissa, missä ympäristö tarjoaa mainion suojan ultraviolettisäteilyltä. Ne ovat voineet elää, kehittyä ja kuolla miljoonien tai jopa satojen miljoonien vuosien ajan rauhassa Marsin pinnan alla tuottaen metaania yksinkertaisen metaboliansa avulla (1).
Sopivien primitiivisten metanogeeneiksi kutsuttujen mikrobien toiminta olisi vaatinut runsaasti vetyä, jotta metaanin tuotanto hiilidioksidista olisi ollut mahdolista. Varhaisen Marsin kaasukehässä vetyä onkin ollut runsaasti ja sitä syntyy myös ultraviolettisäteilyn hajottaessa vapaita vesimolekyylejä. Vedyn ja samalla veden ehtyminen kaasukehästä olisi jäähdyttänyt ja kuivattanut planeetan pakottaen mikrobit muuttamaan syvemmälle Marsin kallioperään. Mikrobit olisivat siten oleellisesti tehneet itse planeetasta kuivemman ja karumman elinympäristön, mikä olisi hävittänyt niistä valtaosan loppujen joutuessa kituuttamaan syvällä pinnan alla kallion sisällä sen pienissä halkeamissa. Sellaista elämään voi Marsissa esiintyä edelleenkin mutta sen kukoistuskausi on kaukana takana päin veden esiintyessä Marsin pinnalla vain harvakseltaan ja silloinkin lähinnä napajäätiköiden kiinteänä rakennusaineena.
Vaikka marsilaisista mikrobeista ei olekaan olemassa vakuuttavaa todistusaineistoa, niiden muinainen olemassaolo on varsin mahdollista sen perusteella, mitä tiedämme Marsin historiasta ja elävien organismien kehityksestä Maapallolla. Silloin on kuitenkin todennäköistä, että ne onnistuivat jopa hävittämään itse itsensä tai ainakin pakenivat viimeisiin elinkelpoisiin elinympäristöihin syvällä Marsin pinnan alla. Omalla planeetallamme ilmakehän korkea typpipitoisuus esti samankaltaisen kehityskulun, mutta eksoplaneettojen suhteen tulokset ovat lohduttomia.
Moni elinkelpoinen eksoplaneetta on saattanut kokea samankaltaisen kohtalon kuin mitä tutkijat ovat esittäneet tapahtuneen Marsissa. Moni biosfääri on saattanut omien prosessiensa sivutuotteena käynnistää biokemiallisen ilmastonmuokkauksen, jonka lopputuloksena on ollut planeetan elinkelpoisuuden hiipuminen. Siksi saatamme löytää lukuisia elinkelpoisen vyöhykkeen planeettoja, joiden elämän biokemiallisen koneiston käynnistyminen sai paradoksaalisesti elinkelpoisuuden hiipumaan. Elämä kyllä löytää evolutiivisten mahdollisuuksiensa puitteissa keinot selviytyä monenlaisissa olosuhteissa mutta joskus se saa itse aikaan olosuhteiden peruuttamattoman, tuhoisan muuttumisen.
Tässä universaalissa kontekstissa oma planeetan elinkelpoisuutta heikentävä toimintamme on lähinnä vain kuriositeetti, joka ei milloinkaan voi olla yhtä kattavaa ja perinpohjaista kuin muualla. Se on silti perinpohjaista niille jopa miljoonille lajeille, joita viemme mukanamme hävittäessämme biosfäärimme mahdollisuuksia kasvaa ja kukoistaa. Pahimmillaan päädymme vain hävittämään oman lajimme, minkä jälkeen biosfääri kyllä palautuu miljoonien vuosien saatossa yhtä rikkaaksi kuin se oli esiteolllisella aikakaudella. Eromme mikrobeihin on kuitenkin selvä: tiedostamme toimintamme seuraukset ja voimme ennustaa miten valintamme vaikuttavat siihen, mitä tulevaisuus tuo tullessaan. Voimme valita muuttaa tapojamme. Voimme välttää marsilaisten mikrobien kohtalon, jos niin haluamme.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lisää aiheesta
Lähteet
Ratojensa hallitsijat
James Webb -avaruusteleskoopin yksi erityisyyksiä on sen sijainti kiertämässä Lagrangen pisteeksi kutsuttua paikkaa Kuun radan tuolla puolen. Kyse on pisteestä, jossa mikä tahansa kappale voi pysyä paikallaan suhteessa Auringon ja Maan muodostamaan järjestelmään pitkiä aikoja. Vaikka kyseessä onkin pohjimmiltaan epästabiili piste, josta satelliitti lipuisi hiljalleen pois ilman jatkuvia ratakorjauksia, se voi silti säilyttää paikkansa Maan radan tuolla puolen kuluttamatta merkittäviä määriä polttoainetta. Toinen vastaava piste Maan ja Auringon muodostamassa järjestelmässä olisi Juuri Maan radan sisäpuolella, jossa kappaleiden vetovoimat ovat tasapainossa. Se on mainio paikka esimerkiksi satelliiteille, jotka tarkkailevat Aurinkoa kuten SOHO. Kolmas Lagrangen piste taas löytyy Auringon toiselta puolelta, mutta se on vieläkin epästabiilimpi, koska muiden planeettojen vetovoima pisteessä on Maata voimakkaampi.
Stabiiliutensa vuoksi kiinnostavia Lagrangen pisteitä ovat L4 ja L5, pisteistä neljäs ja viides, jotka sijaitsevat sivussa Maan ja Auringon määrittämältä suoralta. Ne ovat pisteitä Maan radan etäisyydellä Auringosta, täsmälleen 60 astetta Maan paikan edellä ja jäljessä avaruudessa, ja niiden olemassaolo johtuu pyörivän kahden kappaleen järjestelmän dynamiikan monimutkaisista piirteistä. Pieni kappale voi olla Lagrangen pisteeseen sidottuna siten, että se kiertää hiljalleen pisteen ympäri Maan kiertäessä Auringon ympäri radallaan ja pisteen samalla liikkuessa Maan mukana. Syntyy monimutkaista liikettä, joka voidaan tosin ennustaa laskennallisesti hyvinkin tarkkaan. Esimerkiksi Jupiterin ja Auringon muodostamassa kahden kappaleen järjestelmässä kyseiset L4 ja L5 pisteet ovat täynnä troijalaisiksi kutsuttuja asteroideja, jotka seilaavat hiljalleen pisteiden ympäri.
Kahden kappaleen luoman gravitaatiokentän ominaisuudet ovat olleet hyvinkin tarkkaan tiedossa jo lähes kolmen vuosisadan ajan. Mutta saman ominaisuudet löytyvät myös mistä tahansa eksoplaneettajärjestelmästä, jossa planeetan ja tähden muodostama kahden kappaleen järjestelmä dominoi pienempien kappaleiden liikettä. Se tuo mukanaan nerokaan, joskin epäsuoran tavan havaita vastasyntyneitä eksoplaneettoja nuorissa planeettakunnissa.
Millimetrialueen radioteleskoopeista ALMA on ollut viime vuosina yksi merkittävimmistä instrumenteista tuottamassa tietoa nuorista planeettakunnista. Planeettojen syntyessä tähtiä ympäröi pääasiassa kaasusta muodostunut kertymäkiekko, jonka seassa on myös runsaasti lämpösäteilyä vapauttavaa pölyä. Pöly muodostaa planeettojen siemenet, ja antaa alkunsa protoplaneetoille, joista jotkut kasvavat niin suuriksi, että kykenevät vetovoimansa avulla keräämään itselleen paksut kaasuvaipat. Niin syntyvät jättiläisplaneetat, jotka dominoivat valtavalla vetovoimallaan planeettakuntiaan. Kaikki tähteä kiekon tasossa kiertävä pöly ei kuitenkaan päädy osaksi planeettoja, vaan sen ollessa riittävän kaukana massiivisista planeetoista, se kiertää radallaan rauhaisaan tahtiinsa nuoren tähden ryhtyessä tähtituulensa avulla puhaltamaan kaasua tiehensä. Vaikka valtaosa pölystä lopulta katoaakin tultaessa miljardin vuoden aikaskaaloihin, sitä on runsaasti nuorten tähtien ympärillä. Ja tuottamansa millimetrialueen säteilyn avulla voimme havaita pölyn muodostelmia nuorissa tähtijärjestelmissä tehdäksemme niistä päätelmiä planeettojen olemassaolosta.
Esimerkkejä tunnetaan jo kymmeniä. Yksi parhaista on tähteä HL Tauri ympäröivä useaan renkaaseen jakautunut pölykiekkorakenne, joka kertoo planeettojen olemassaolosta tähden kiertoradoilla. Kun planeetat kiertävät keskustassa sijaitsevaa tähteä, ne siivoavat vetovoimallaan ratansa lähiympäristön valtaosasta materiaa, mikä näkyy tummina renkaina pölykiekon rakenteessa. Kuvaa katsomalla (Kuva 1.) on helppoa nähdä, että tähteä HL Tauri tosiaan ympäröi usean planeetan muodostama järjestelmä. Esimerkiksi sisintä tummaa rengasta vastaa planeetta, joka on varmasti kaasujättiläinen ja kiertää tähteä suunnilleen samanlaisella radalla kuin Saturnus kiertää Aurinkoa. Kiekon ulkoreuna on noin kolme kertaa kauempana tähdestä kuin Neptunus on Auringosta, joten kyseessä on varsin samankaltainen kiekkorakenne kuin mikä ympäröi Aurinkoa sen ollessa nuori.
Tummat renkaat laakeassa kiekossa eivät kuitenkaan kerro paljoakaan siitä planeetasta, joka ne on muodostanut. Emme voi määrittää planeetan kokoa tai paikkaa radallaan, vaikka voimme helposti määrittää planeetan ympyräradan mittasuhteet. Huomionarvoista on myös se, että aivan jokainen tumma rengas ei tarkoita, että kyseisellä radalla olisi oma planeettansa. Yksittäisen kiertolaisen vetovoima voi tuottaa kaksi tai useampia renkaita, kun aines poistuu planeetan vetovoiman vaikutuksesta niin planeetan radalta kuin sen resonanssiradoiltakin. Niillä aineksen kiertoaika planeetan ympäri suhteutuu planeetan ratajaksoon kuin kaksi pientä kokonaislukua suhteutuvat toisiinsa — tyypillisiä sellaisia resonansseja ovat 2:1, 3:2 ja 4:3 resonanssit. Mutta TL Taurin tapauksessa voidaan sanoa melkoisella varmuudella, että järjestelmässä on ainakin kolme suurta kaasuplaneettaa.
Aivan hiljattain tutkijat kuitenkin huomasivat, että havainnoissa on mahdollista mennä vieläkin pidemmälle (1). Heidän kohteenaan oli nuori pölykiekon ympäröimä tähti, LkCa 15, jonka kiertoradalla on vaihtelevasti joko raportoitu olevan planeettoja tai sitten niiden olemassaolo on kiistetty. Nyt tutkijat kuitenkin kiinnittivät uusilla ALMA -teleskoopin havainnoillaan huomionsa heikkoon 42 AU:n etäisyydellä tähdestä olevaan renkaaseen tähden pölykiekossa. Heikkoa rengasta ympäröi kirkkaampi toinen rengas merkkinä siitä, että materiaa on runsaasti tähden kiertoradalla, mutta kirkkaan renkaan selvä sisäreuna sai tutkijat tarkastelemaan havaintojaan syvällisemmin (Kuva 2.). Heikompi rengas nimittäin vastaa tilannetta, jossa Lagrangen pisteitä kiertävä materia on asettunut niin sanotulle hevosenkenkäradalle. Se on nimitys kahden kappaleen järjestelmässä liikkuville kiertolaisille, kuten pienille pölyhiukkasille, jotka seilaavat minne voivat liike-energiansa ja kahden massiivisemman kappaleen määrittämässä vetovoimakentässä.
Heikossa renkaassa näkyvät myös pienet pölyn kasautumat lähes täsmälleen 120 asteen kulmassa toisiinsa nähden katsottuna renkaiden keskipisteessä olevasta tähdestä. Ne ovat siten L4 ja L5 pisteitä vastaavissa paikoissa avaruudessa, jos olettaa, että pisteitä vastaavalla etäisyydellä niiden keskellä tähteä kiertää massaltaan noin Neptunusta vastaava planeetta (Kuva 2.). Itse planeettaa ei voida havaita suoraan mutta sen vetovoimavaikutukset tähteä ympäröivän pölykiekon rakenteessa selittyvät vain planeettan gravitaatiovaikutuksella. Havainnoista paljastuvat niin planeetan paikka kuin karkeasti sen massakin, ja sen kiertorata tähden ympäri — Kuvassa 2. planeetta kiertää tähteä vastapäivään L4 -pisteen pölyn kulkiessa sen edellä ja L5 -pisteen pölyn seuratessa perässä.
Teoreettiset mallit ovat ennustaneet Lagrangen pisteiden voivan toimia kertymäkiekon pölyä keräävinä alueina, mutta sellaisten alueiden näkyminen suorassa havainnossa on ensimmäinen laatuaan. Tähtitieteilijät ovat siis näyttäneet miten planeettoja voidaan havaita uudella keinolla tutkimalla kertymäkiekkojen pölyn jakautumista. Vaikka planeetan ominaisuuksien määrittäminen onkin vaikeaa, ja asiaan liittyy runsain mitoin epävarmuuksia, on kuitenkin erittäin todennäköistä, että tähden LkCa 15 pölykiekkoa paimentaa planeetta, jota emme näe mutta jonka vetovoimavaikutuksen voimme silti nähdä. Sellaisenaan havainto ei siis ole sen kummallisempi kuin moni muilla tekniikoilla tehty planeettahavainto — näemme epäsuorasti jonkin massallisen kappaleen vaikuttavan vetovoimallaan, vaikka emme näekään siitä meitä kohti saapuvaa valoa. Vastaavat epäsuorat, fysikaalisten lainalaisuuksien moninaisiin vaikutuksiin perustuvat mielenkiintoiset havainnot voivat olla tekijöilleen arkista tutkimusta mutta ne jaksavat edelleen yllättää jopa kokeneen tutkijan. Minulle tässä kuvaamani menetelmä eksoplaneettojen havaitsemiseksi ainakin tuli pienenä yllätyksenä.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lisää aiheesta
Lähteet
Pienten planeettojen kirjo
Auringonkaltaisia ja sitä keveämpiä kääpiötähtiä kiertää tyypillisesti kourallinen pieniä planeettoja. Niistä suurin osa on kivisiä kappaleita mutta joillakin voi olla hiukan paksumpi kaasuvaippa ympärillään, jolloin ne luokitellaan ennemminkin minineptunuksiksi kuin supermaapalloiksi. Tyypillisesti on ajateltu, että planeettoja on kokonainen jatkumo kiviplaneetoista kaasuplaneettoihin, veden ja muiden yleisten keveämpien aineiden muodostaessa joko pieniä puroja niiden pinnoilla tai jopa tuhansien kilometrien paksuisia valtameriä. Mutta pohjimmiltaan kyse ei välttämättä ole vain ihmisten subjektiivisesta rajanvedosta planeettojen koostumuksen jatkumossa, vaan jopa luonto vaikuttaa tekevän selvän jaottelun kivisiin supermaapalloihin ja kaasuvaipan omaaviin minineptunuksiin. Suurin osa pienistä planeetoista todellakin on kivisiä kappaleita, joilla on vain ohut kaasukehä, tai sitten halkaisijaltaan selvästi suurempia planeettoja, joilla on paksu kaasuvaippa ympärillään. Välimuotojakin on mutta ne ovat vaikuttaneet olevan verrattaen harvinaisempia.
Ilmeisesti on niin, että jotkut pienet planeetat saavuttavat useamman Maan massan koon riittävän nopeasti, jotta muodostuvassa planeettakunnassa on vielä merkittäviä määriä kaasua jäljellä, eikä muodostuva tähti ole vielä syttynyt loistamaan kunnolla puhaltaakseen sen pois. Toiset taas muodostuvat hitaammin, eivätkä ehdi koskaan haalimaan ympärilleen merkittävää kaasuvaippaa, vaan jäävät kivisiksi supermaapalloiksi. Syntyprosessin yksityiskohdat ovat edelleen hämärän peitossa mutta havainnot tukevat ajatusta siitä, että luonto jaottelee pienet planeetat karkeasti kahteen erilliseen ryhmään (1). Asiaa voidaan havainnollistaa katsomalla pienten planeettojen kokojakaumaa (Kuva 1). Siinä näkyy selvästi, että noin 80% Maata suuremmat planeetat muodostavat jonkinlaisen rajan, ja sen kokoluokan planeetat ovat suhteellisesti merkittävästi harvinaisempia kuin sitä pienemmät ja suuremmat kappaleet.
Asiaan liittyy kuitenkin runsaasti kaoottisia fysikaalisia prosesseja, kuten planeettojen muodostuminen, ratamigraatio, tähden varttuminen ja säteilyolosuhteiden muuttuminen, kaasukiekon haihtuminen, ja jopa planeettojen kaasukehän poiskiehuminen. Planeettojen synnystä on kokonaisuutena vain epäsuoria havaintoja, koska emme voi seurata planeettakunnan ja sen kappaleiden kehitystä miljardien vuosien ajan vanhaksi, stabiiliksi järjestelmäksi. Kuitenkin, jo havaitsemalla tähtien ja niitä kiertävien planeettojen karkeita ominaisuuksia, voidaan tehdä hämmästyttävän pitkälle vietyjä johtopäätöksiä. Lisää tietoa on saatu viime vuosina TESS -avaruusteleskoopin havainnoista, koska sen mittaukset ovat auttaneet havaitsemaan lukuisia pieniä planeettoja aivan Auringon lähinaapurustosta, jolloin planeettojen massat ovat mitattavissa radiaalinopeusmenetelmän keinoin.
Pienten planeettojen koostumuksesta on julkaistu monia tutkimuksia, ja yksi omista suosikeistani (2) tiivistää koko asian mainiosti yhteen erittäin informatiiviseen kuvaajaan (Kuva 2.). Vaikuttaa tosiaan siltä kuin pienet planeetat olisivat jaoteltuina kahteen joukkoon, joiden välinen raja on jossakin karkeasti kahden Maapallon halkaisijan kohdalla. Niistä pienemmät koostuvat Maan tapaan lähinnä rautaytimestä, jota ympäröi silikaateista muodostunut paksu vaippa. Pinnalla saattaa esiintyä vettä ja sitä saattaa peittää kaasukehä mutta niiden kummankaan kokonaismäärä ei kata merkittävää osuutta planeettojen massasta. Tällaisia maankaltaisia kiinteän pinnan omaavia kiviplaneettoja näyttää voivan muodostua helposti erisuuruisina mutta niiden absoluuttinen yläraja on noin kymmenen Maan massan ja kahden Maan halkaisijan kokoluokassa. Sitä suuremmat kappaleet vetävät oman vetovoimansa avulla ympärilleen runsaita määriä kaasua eivätkä siten voi olla kiinteitä pinnaltaan.
Toiseen joukkoon kuuluvat planeetat, joiden koostumuksesta valtaosa on keveämpiä aineksia, kuten vettä ja muita helposti haihtuvia yhdisteitä. Sellaisia planeettoja ovat esimerkiksi hyseaaniset planeetat, joiden tuhansien kilometrien paksuista valtamerivaippaa peittää pääasiassa vedystä ja heliumista koostuva kaasukehä. Valtameriplaneettoja voi olla niitäkin useassa eri kokoluokassa, mutta niiden on arvioitu olevan massaltaan tyypillisesti jotakin kolmesta pariinkymmeneen Maan massaa. Kooltaan ne voivat olla peräti kolme kertaa omaa planeettaamme suurempia, mikä tekee niistä lähes yhtä suuria kuin Aurinkokunnan jääjättiläiset Uranus ja Neptunus.
Mutta tiedoissamme on puutteita. Eniten häiritsee havaittujen säteen ja massan suuret epävarmuudet. Pienten planeettojen ylikuluista on hankalampaa mitata planeetan koko, jos planeetta on valtavasti tähteä pienempi ja aiheuttaa vain vajaan promillen himmenemisen tähdestä havaintolaitteisiimme saapuvaan valoon. Planeettojen punnitsemisessa on sama ongelma. Massan voi määrittää sitä luotettavammin, mitä enemmän planeetta heilauttaa tähteään vetovoimansa avulla — mitä suurempi tähti on massaltaan, sitä enemmän se voi vastustaa planeetan vetovoimavaikutusta. On siis viisainta tutkia pienempien, keveiden tähtien planeettoja, koska niistä saadaan tarkempia mittauksia. Punaiset kääpiötähdet ovat juuri sopivia kohteita mutta ne ovat kiitollisia havaintokohteita myös siksi, että niiden kiertoradoilla on runsain mitoin pieniä planeettoja. Siksi voimme tutkia tarkemmin niiden planeettojen koostumuksia, jotka kiertävät punaisia kääpiöitä.
Koska planeettojen koon ja massan mittaaminen on vaikeaa, planeettojen yleisten ominaisuuksien tutkiminen saattaakin olla helpompaa, jos jättää tarkastelun ulkopuolelle kaikki ne planeetat, joiden ominaisuudet ovat liian epätarkasti tiedossa. Tulokset punaisia kääpiötähtien planeettojen ominaisuuksista ovat silloin suorastaan hämmentävän selkeitä (3). Planeetat näyttävät nimittäin jakautuvan kolmeen selvärajaiseen luokkaan: kivisiin maankaltaisiin planeettoihin, vetisiin meriplaneettoihin, ja kaasuvaipan omaaviin minineptunuksiin (Kuva 3.). Parhaiten jaottelua määrittävänä tekijänä näyttää toimivan planeetan keskitiheys — massa ja säde eivät mahdollista vastaavaa selkeää jaottelua, koska esimerkiksi noin kahden Maan säteen planeetta saattaa kuulua mihin tahansa kolmesta planeettojen tyypistä riippuen sen massasta.
Mikä voi olla syynä kolmeen selvään planeettojen luokkaan pienten tähtien kiertoradoilla? Vastauksen tarjoaa planeettojen muodostumisprosessi, ja lopputuloksen riippuvuus lämpötilasta ja prosessin nopeudesta. Lähellä tähteä planeettojen rakennusaineena toimivat pölyhiukkaset koostuvat kuumuutta kestävistä silikaateista ja metalleista kuten raudasta, ja siksi maankaltaiset planeetat heijastavat tätä alkuperäisen aineksen koostumusta. Koska kuumuus saa helpommin haihtuvat aineet kaasumaiseen muotoon, niitä ei kasaudu syntyvien planeettojen vaippaan merkittäviä määriä. Hiukan kauempana tähdestä, niin kutsutun ”lumirajan” takana, jo tavallinen vesi muodostaa kiinteitä jääkiteitä. Jää toimii planeettojen rakennusaineena näillä kaukaisemmilla etäisyyksillä, ja muodostuvat planeetat koostuvatkin pääosin vedestä. Jotkut planeetoista kuitenkin onnistuvat haalimaan itselleen niin paljon massaa, yli 10 Maan massan verran, että ne keräävät nuorta tähteä vielä ympäröivästä kertymäkiekosta kaasuvaipan itselleen, ja muuntuvat samalla minineptunuksiksi. Sellaisten muodostuminen on mahdollista vain planeettojen synnyn ollessa nopeaa ja sen tapahtuessa hyvissä ajoin ennen kuin kunnolla loistamaan syttyvä tähti entii puhaltamaan kaasun pois ympäriltään.
Planeetat siis näyttävät syntyvän hyvinkin yksinkertaisten reunaehtojen sisällä ja päätyvät hyvin erilaisiksi ominaisuuksiltaan ja koostumukseltaan vain hyvin yksinkertaisten tekijöiden vaikutuksesta. Mutta niiden jaottelu kolmeen karkeaan luokkaan luultavasi kuvastaa vain yhtä karkeaa luokittelua, jota koetamme tiedonjanossamme tehdä tarkastellessamme kaoottisen luonnon muovaamaa valtaisaa kappaleiden kirjoa. Ei ole sattumaa, että oman olemassaolomme ehto, vesi, on myös merkittävä tekijä eksoplaneettojen muodostumisessa. Merkittävää on kuitenkin se, että kykenemme havaitsemaan lähitähtien planeettoja luokitteluun ja syntyhistorian selviämiseen riittävällä tarkkuudella. Samalla selviää omakin paikkamme maailmankaikkeudessa, jossa seilaamme Auringon gravitaatiokaivon vankeina yhdellä pienellä kivisellä, biosfäärin peittämällä avaruusaluksellamme nimeltään planeetta Maa.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lisää aiheesta
Lähteet
- Fulton et al. 2017. The California-Kepler Survey. III. A Gap in the Radius Distribution of Small Planets. The Astronomical Journal, 154, 109.
- Zeng et al. 2019. Growth model interpretation of planet size distribution. Proceedings of the National Academy of Sciences, 116, 9713.
- Luque & Palle 2022. Density, not radius, separates rocky and water-rich small planets orbiting M dwarf stars. Science, 377, 1211.
Suurin tieteellinen havainto
Jos kävelee kirkkaana yönä taivasalle jossakin kaukana ihmiskunnan niin innokkaasti taivaalle heijastamasta keinovalosta ja kohottaa katseensa ylös, voi tehdä merkittävän tähtitieteellisen havainnon. Taivaalla voi näkyä jopa satoja pieniä valopisteitä, kuin pieniä reikiä taivaankannessa, jotka loistavat ja lähettävät meitä kohti näkyvää säteilyään kymmenien valovuosien päästä. Tähtien sijainteja taivaalla voi tarkastella suhteessa toisiinsa, ja ihmisaivoilla onkin ollut kautta historian tapana projisoida merkityksiä taivaankannella aikalailla satunnaisesti sijaitsevien tähtien kuvioihin. Paljaalla silmällä voi jopa nähdä miten eri tähdet poikkeavat väriltään aavistuksen verran toisistaan. Se kertoo osaltaan niiden lämpötiloista ja siten koosta ja tyypistä, mutta kovin tarkkaa informaatiota ei voi saada ilman tähtitieteellistä havaintolaitteistoa.
Ajattelemalla asiaa hiukan pidemmälle, voi kuitenkin havaita, että tähdet ovat lopultakin melkoisen harvassa taivaankannella, ja niiden väleissä on suuria määriä mustaa taivasta, joka kuvastaa tyhjää tähtienvälistä avaruutta. Jos avaruus on äärettömän suuri ja staattinen, voimme valita taivaalta minkä tahansa pisteen ja juuri siinä suunnassa, ehkäpä vasta jossakin suunnattoman kaukana, vastaan tulee tähden pinta. Saman ilmiön voi havaita mainiosti suomalaisessa talousmetsässä, josta muu luonto on tyypillisesti raivattu ja katse kohtaa puunrungon missä tahansa suunnassa, jos vain metsä on riittävän suuri. Mutta emme näe tähden pintaa jokaisessa pisteessä taivasta, koska silloin koko taivas näyttäytyisi kirkkaana kuin Auringon pinta. Sen sijaan, näemme sen pääasiassa kuin mustana kankaana, jota täplittävät pistemäiset yksittäiset tähdet ja katseemme ei kohtaa kirkasta tähden pintaa missä tahansa suunnassa. Jokin oletuksista on siis pielessä.
On mahdollista, että avaruus ei ole ääretön ja tähtiä on siksi vain hyvin rajallinen määrä. Toinen yksinkertainen vaihtoehto on se, että universumi ei ole ollut olemassa aina, ja siksi valo ei ole vielä ehtinyt saapua meille asti mielivaltaisen kaukaa. Oikeasti todellisuus on tietenkin paljon kompleksisempi ja laajeneva maailmankaikkeus esimerkiksi punasiirtää kaukaisten kohteiden valoa pois näkyvän valon aallonpituuksilta. Vaan se ei ole koko selitys. Tähän pimeän taivaan ongelmaksikin kutsuttuun Olbersin paradoksiin on selkeinpänä ratkaisuna se, että maailmankaikkeus ei ole äärettömän vanha ja näkyvä maailmankaikkeus ei siksi ole äärettömän suuri. On kuitenkin mahdollista tehdä vieläkin suurempia tieteellisiä havaintoja, jos vain ajattelee tarkasti näkemäänsä.
Seisoessaan tähtitaivaan alla, voi helposti jättää huomiotta, että kiinteä maankamara jalkojen alla on avaruuden halki kiitävän pallon pinta. Koko elonkirjo, ihmislaji mukaan lukien, on syntynyt ja kehittynyt kivisen planeetan geokemiallisista prosesseista, jotka monimutkaistuivat ja joista lopulta syntyi tehokkaasti itseään kopioivia biokemiallisia järjestelmiä. Prosessiin tarvittiin liuottimeksi vettä ja rakennusaineksi orgaanisia yhdisteitä, joiden tunnusomainen piirre ovat hiiliatomien muodostamat pitkät ketjut. Tarvittiin lisäksi jokin paikka, jossa ainekset voisivat vuorovaikuttaa rauhassa — kivisen planeetan vetinen pinta tarjoaa siihen loistavat olosuhteet, kun prosessille annetaan vain tarpeeksi aikaa. Elämän syntyyn planeettamme pinnalla kului korkeintaan vain muutamia satoja miljoonia vuosia, ja sen jälkeen evoluution lainalaisuudet ovat kontrolloineet prosessia tuottaen hiljalleen aina vain ihmeellisimpiä ratkaisuja biokemiallisten koneiden itsensä ylläpidon ja kopioinnin kohtaamiin haasteisiin. Ilmiselvästi planeetan olemassaolo oli kuitenkin edellytys elämän synnylle ja meidänkin olemassaolollemme. Voimme siten varmistua, että ilman planeettoja ei olisi elämää, emmekä olisi täällä ihmettelemässä asiaa.
Planeetat taas eivät voisi olla olemassa, ellei niitä syntyisi tähtien synnyn sivutuotteena, prosessin ylijäämämateriasta, joka ei päädy osaksi tähden ydinmiilua ja sen ytimen helvetillistä kuumuutta ja valtaisaa painetta. Meidän on siis välttämättä elettävä universumissa, jossa tähtien synty ja vakaa loiste ovat mahdollisia. Se taas tuo mukanaan rajoitteita sille, minkälaiset fysikaalisen maailman lainalaisuudet voivat kontrolloida asuttamaamme maailmankaikkeutta. Atomien on oltava stabiileja ja niitä on oltava riittävän montaa erilaista, jotta ne vuorovaikuttavat riittävän monipuolisesti tuottaakseen elämän esiintymisen vaatiman kemian. Ja maailmankaikkeuden on oltava riittävän pitkäikäinen, jotta tähtiä ja planeettoja ylipäätään ehtii syntyä elämää ylläpitämään. Kaikki nämä reunaehdot tietenkin täyttyvät, koska me olemme olemassa. Päättelyä kutsutaan antrooppiseksi periaatteeksi, joka on todellisuudessa vain valintaefekti — voimme havainta vain sellaisen universumin, jossa elämää on voinut syntyä, koska muutoin emme olisi tekemässä siitä havaintoja.
Voidaan kuitenkin mennä vieläkin pidemmälle, ja jotkut ovat menneetkin. On esitetty jopa ”osallistuvaa antrooppista periaatetta”, jonka mukaan maailmankaikkeuden voi katsoa olevan merkityksellisesti olemassa vain, jos joku tekee siitä havainnon. En voi kuitenkaan hyväksyä sellaista ajatusta, että vain niiden asioiden voidaan katsoa olevan olemassa, joita joku on havaitsemassa. Silloinhan minun omasta subjektiivisesta näkökulmastani katsottuna koko maailmankaikkeus katoaa ja lakkaa olemasta muodostuen aina uudelleen täsmälleen samanlaiseksi, kun vaikkapa räpäytän silmiäni, enkä ole tekemässä näköhavaintoja siihen kuluneen sekunnin murto-osan aikana. Subjektiivisuus on kyllä sisäänrakennettuna kaikkeen havaitsemiseen, kaikkeen tieteeseen ja tutkimukseen, mutta ei ole silti järkevää asettaa omaa havaintoaan erityislaatuiseen asemaan ja ajatella universumin tanssivan yksittäisen ihmisen kokemuksen mukaan. Maailmankaikkeus on jo kopernikaanisen periaatteen mukaan samanlainen kaikkialla, ja aivan riippumatta siitä, onko kaikkialla jatkuvasti havaitsijoita varmistamassa asiaa.
Varmaa on silti se, että maailmankaikkeuden rakenteen on oltava yhteensopiva sen tosiasian kanssa, että sen sisällä on muodostunut eläviä, ympäristöään havaitsemaan kykeneviä organismeja. Elämän olemassaolon ja esiintymisen on oltava mahdollista pienen keltaisen tähden kiertoradalla. Hiilen ja hapen ja monien muiden atomien on voitava muodostua maailmankaikkeuden erilaisissa prosesseissa. Samoin esimerkiksi ajan ja avaruuden on oltava olemassa, jotta voi olla se maailmankaikkeudeksi kutsuttu areena, jonka pienen nurkkauksen näyttämöllä näennäisen merkityksettömät biologiset syklimme esiintyvät. Niin on oltava, koska olemassaolomme osoittaa, että ei ole mitään muutakaan vaihtoehtoa.
Mutta asiaan liittyy paljon enemmän. Maailmankaikkeuteme noudattaa tietynlaisia sääntöjä, jotta se ylipäätään voi olla havaitunlainen (Kuva 1.), ja voimme ymmärtää niistä ainakin joitakin fyysikoiden ja muiden tieteilijöiden periksiantamattoman työn tuloksena. Samojen lainalaisuuksien taas on oltava voimassa muuallakin maailmankaikkeutemme sisällä, koska on epätodennäköistä, että juuri me olisimme pienessä poikkeavien luonnonlakien kuplassa ja siten erityisasemassa. Voimme siksi vetää sen johtopäätöksen, että elämää, älykkäitä organismeja ja teknisiä sivilisaatioita voi muodostua varsin mainiosti muuallakin maailmankaikkeudessamme.
Antrooppisen periaatteen kontekstissa yöllinen tähtitaivaan tarkkailu voi saada aivan uudenlaisen ulottuvuuden. Sadoista taivasta täplittävistä tähdistä likimain jokaisella on seuranaan monipuolinen planeettojen ja pienempien kappaleiden järjestelmä. Niistä taas jotkin ovat vääjäämättä sopivia maailmoja elävien organismien synnylle, kehittymiselle ja kukoistamiselle. Ehkäpä jollakin niistä on kiertoradallaan biosfäärin peittämä, elollinen planeetta, jonka pinnalla jokin älykäs orgamismi katsoo meidän laillamme taivaalle pohtien sitä suurinta mahdollista tieteellistä havaintoa, että on itse olemassa. Olisihan se valtaisaa kosmista tuhlausta, jos olisimme ainoa tähtitaivasta havaitsemaan kykenevä laji.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lisää aiheesta
Webb näkee mistä planeetat on tehty
Kaukaisten eksoplaneettojen havaitsemista pidettiin likimain mahdottomana vielä runsaat kolme vuosikymmentä sitten. Mutta kun löytöjä sitten ryhdyttiin tekemään, ja niitä varten rakennettiin asialle omistettuja avaruuteen lähetettäviä robotisoituja observatorioita, kaikki muuttui yhdessä rysäyksessä. Tunnemme yli 5000 eksoplaneettaa kiertämässä läheisiä ja kaukaisia tähtiä omassa galaksissamme. Tiedämme, että niitä on aivan kaikkialla, jopa aivan lähimmissä tähtijärjestelmissä. Ja miljardit planeetat galaksissamme voivat olla elinkelpoisia — tiedämme sen, koska voimme jo arvioida eksoplaneettapopulaation yleisiä ominaisuuksia, muodostumista ja historiaa, sekä koostumusta. Koskaan ennen ei kuitenkaan ole ollut mahdollista selvittää yhtä tarkasti mistä ne on tehty kuin nyt.
James Webb -avaruusteleskooppi on osoittautunut juuri niin tarkaksi instrumentiksi kuin suunniteltua. Sen laukaisu onnistui suunnitellulla tavalla ja sen ensimmäiset tieteelliset havainnot ovat osoittautuneet yhtä merkittäviksi kuin ounasteltiinkin. Eksoplaneettatutkimuksen kannalta merkittävintä on kuitenkin teleskoopin spektrografi, joka rekisteröi useita eri infrapunasäteilyn aallonpituuskaistoja samanaikaisesti havaitessaan tähtiä. Se auttaa havaitsemaan eksoplaneettojen kaasukehien koostumuksia nerokkaalla tavalla, jota kutsutaan transmissiospektroskopiaksi (Kuvat 1 ja 2).
Ensin on tiedettävä milloin eksoplaneetta kulkee radallaan tähtensä editse. Sopivia eksoplaneeettoja tunnetaankin tuhansia mutta erityisesti ne, joiden kiertoradat ovat lyhyitä ja sijaitsevat lähellä tähteään ovat parhaita kandidaatteja spektroskooppisille havainnoille. Syy on yksinkertainen. Mitä nopeampi planeetan ratakierros on, sitä vähemmän aikaa on odotettava ennen seuraavaa ylikulkua, jotta voidaan tehdä havaintoja sen aikana. Eksoplaneetta WASP-39 b on mainio kohde, koska planeetta kiertää tähtensä vain noin neljässä päivässä. Kyseessä on aivan tavanomainen kuumaksi jupiteriksi kutsuttu eksoplaneetta, vaikka se onkin massaltaan vain noin 30% Jupiterista. Kuvassa 1. näkyvässä Webbin havaintosarjassa on yksi planeetan ylikulku, jonka aikana se himmentää tähden näennäistä kirkkautta taivaalla noin kahden prosentin verran. Merkittävää on kuitenkin se, että himmeneminen on erisuuruista eri aallonpituuksilla — planeetta näyttää siis hiukan suuremmalta tai pienemmältä, riippuen aallonpituusalueesta. Miten se voi olla mahdollista?
Planeetan näennäisen koon vaihtelun voi selittää vain se, että sillä on ympärillään kaasukehä, jonka läpi tähden säteily pääsee eri tavalla riippuen säteilyn aallonpituudesta. Asiaan vaikuttaa kaasukehän kemiallinen koostumus. Jokainen kaasukehän molekyyli voi virittyä korkeampaan viritystilaan, jos siihen osuu tietyn energian omaava fotoni. Eri aineiden herkkyys taas osuu erilaisille fotonien energioille ja siten aallonpituuksille. Silloin voimme katsoa ylikulun kokoa eri aallonpituuksilla ja päätellä mitä molekyylejä kaasukehä sisältää. Webbin havaintojen mukaan, planeetta WASP-39 b näyttää hiukan suuremmalta noin 4.2 – 4.6 mikrometrin aallonpituusvälillä (Kuva 2.), koska niillä aallonpituuksilla planeetan kaasukehän hiilidioksidi suodattaa säteilyä tehokkaasti (2). Voidaan siis todeta, että kaasukehässä on runsaasti hiilidioksidia — havainto on niin selvä, että jopa tutkijat, jotka eivät juuri ajattele minkään tieteellisen tiedon olevan lopullinen totuus, kertovat nyt löydön olevan täysin varma. Se kuitenkin kertoo vain Webbin havaintojen valtavasta tarkkuudesta sen tarkkaillessa jättiläisplaneettojen kaasukehiä. Jättiläisplaneetan paksun kaasukehän toteaminen hiilidioksidin täyttämäksi on nyt muuttunut rutiininomaiseksi, helpoksi havannoksi.
Yhdessä toisen jättiläisplaneetan WASP-96 b kaasukehästä havaintun vesihöyryn kanssa, Webb on nyt osoittanut täysin kiistatta kykenevänsä havaitsemaan mainiosti yksinkertaisia molekyylejä eksoplaneettojen kaasukehissä ennennäkemättömällä tarkkuudella. Siksi sen seuraavat havainnot ovat entistäkin kiinnostavampia. Webb kykenee tarkkuutensa ja valonkeräyskykynsä ansiosta mittaamaan myös pienempien kiviplaneettojen kaasukehien ominaisuuksia. Yksinkertaisten molekyylien, kuten hiilidioksidin, metaanin ja veden havaitseminen on ensimmäinen askel selvittäessämme niiden luonnetta elinkelpoisina planeettoina. Saamme pian selville onko lähimpien elinkelpoisella vyöhykkeellä tähtiään kiertävien kiviplaneettojen joukossa sellaisia, joiden kaasukehässä on vesihöyryä merkkinä niiden merellisestä luonteesta ja hiilidioksidia taikka metaania merkkinä aktiivisesta geologiasta ja tulivuorista.
Elämme yhtä merkittävimmistä tähtieteen ja astrobiologian aikakausista. Ensi kertaa ihmiskunnalla on konkreettisia mahdollisuuksia selvittää suorin havainnoin mistä toiset maapallot on tehty. Havainnot auttavat samalla arvioimaan voiko niiden olosuhteissa esiintyä elämää. Sen jälkeen voimmekin ryhtyä etsimään niiden kaasukehistä merkkejä elämästä, jos vain pääsemme yhteisymmärrykseen siitä, mitkä voitaisiin tulkita kiistattomina merkkeinä sellaisesta.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lisää aiheesta
Lähteet
Eksoplaneettojen elämän täyttämät meret
Yksi eksoplaneettatutkimuksen kiinnostavimmista päämääristä on löytää esimerkkejä toisista elävistä planeetoista, tai ainakin planeetoista, joiden olosuhteissa elämän esiintyminen on mahdollista. Vaikka tunnemmekin jo monta kandidaattia elinkelpoisiksi planeetoiksi, emme ole onnistuneet selvittämään täyttyvätkö elinkelpoisuuden kriteerit niistä ainoankaan pinnalla. Voimme mainiosti arvioida ja jopa havaita suoraan planeettojen kokoja ja massoja, jotka antavat tietoa niiden keskitiheydestä ja koostumuksesta, sekä siitä, onko niillä kivinen pinta. Arvioimme rutiininomaisesti tähdestä planeetan pinnalle saapuvan säteilyn määrää ja siten planeetan laskennallista pintalämpötilaa. Voimme jopa huomioida kasvihuoneilmiön vaikutuksen ja mitata karkeasti jodenkin planeettojen kaasukehän koostumusta ja siten todellisia olosuhteita. Emme kuitenkaan saa juuri tietoa edes tärkeimmästä elinkelpoisuutta määrittävästä tekijästä: onko planeetan pinnalla nestemäistä vettä.
Veden olemassaolosta voi saada suoria havaintoja, jos on mahdollista havaita planeetan kaasukehän koostumusta transmissiospektroskopiaksi kutsutulla menetelmällä. Siinä tähden valo suodattuu sen editse kulkevan planeetan kaasukehän läpi tuottaen havaittavia muutoksia teleskooppeihimme saapuvaan valoon. Vesihöyry planeetan kaasukehässä voidaan siten havaita suoraa, joskin sen merkkien kaivaminen esiin havainnoista on jo itsessään matemaattisen datankäsittelyn taidonnäyte. Havainnoissa on kuitenkin jo onnistuttu ja esimerkiksi planeetan K2-18 b kaasukehässä on vesihöyrystä koostuvia muodostelmia — niitä kutsutaan meille tutummin pilviksi. Joidenkin planeettojen pintaa kuitenkin peittää jopa tuhansien kilometrien paksuinen valtameri ohuen, pelkistävän pääosin vedystä koostuvan kaasukehän alla. Niiden merissä voi olla runsaasti elämää, jota emme voi koskaan päästä tarkastelemaan lähemmin.
Omalla planeetallamme meret pysyvät nestemäisessä olomuodossaan, koska Auringon säteily ja ilmakehämme kaasujen tuottama kasvihuoneilmiö pitävät pinnan lämpötilan sopivana, jotta vesi pysyy nestemäisessä olomuodossaan. Koemme sääilmiöitä kuten sadetta sen eri muodoissaan, koska vesi voi höyrystyä planeettamme pinnalla tiivistyäkseen taas pisaroiksi ylempänä kaasukehässä, jossa lämpötila on alhaisempi. Lämpötilan lisäksi oleellisia ovat paine ja kaasukehän koostumus, joka Maassa on muuttanut muotoaan useaan otteeseen planeettamme historian aikana. Primitiivinen, pelkistävä ja vetypitoinen kaasukehä on ollut mennyttä jo neljä miljardia vuotta. Toisilla planeetoilla sellainen alkuperäinen kaasukehä voi olla paksumpi ja siksi paljon pitkäikäisempi.
Supermaapalloja, joiden pintaa peittää paksu vetypitoinen kaasukehä, on kutsuttu nimellä hyseaaninen planeetta. Ne ovat eksoplaneettojen luokka, jonka olemassaolo on vasta hiljattain selvinnyt uusien avaruusteleskooppien tekemien havaintojen myötä. Kiinnostavaa on, että niiden kaasukehä kykenee ylläpitämään alapuolellaan paksua nestemäisen veden merta, jopa olosuhteissa, joissa tähden säteily ei riitä lämmittämään tarpeeksi. Liian lähellä tähtiä primitiiviset kaasukehät katoavat ja korvautuvat Aurinkokunnastakin tutummilla hiilidioksidipitoisilla kaasukehillä, koska tähden säteilyenergia saa keveimmät vetyatomit karkaamaan avaruuteen jättäen jäljelle vain raskaammat molekyylit. Jos lisänä on sopivasti geotermistä lämpöä, hyseaanisten supermaapallojen meret voivat pysyä nestemäisessä muodossaan kymmenien vuosimiljarden ajan jopa kaukana tähtien lämmittävästä vaikutuksesta.
Arviot hyseaanisten supermaapallojen elinkelpoisuudesta perustuvat tietokonesimulaatioihin, joissa on tutkittu planeettojen fysiikkaa erilaisilla ominaisuuksilla (1). Koska emme voi vain havaita erilaisia planeettoja ja tutkia niiden koostumusta suurimmillakaan teleskoopeilla, jäävät tietokonesimulaatiot ainoaksi tavaksi koettaa ymmärtää eksoottisten planeettojen fysiikkaa. Tulokset ovat kuitenkin yllättäviä vain omassa rajoittuneessa kontekstissamme. Se, että Aurinkokunnassa ei ole ainuttakaan hyseaanista, primitiivisen kaasukehän omaavaa supermaapalloa, on ehkä vain sattumaa, eikä kerro mitään niiden yleisyydestä maailmankaikkeudessa. Ne vaikuttavat kuitenkin olevan jopa maankaltaisia planeettoja yleisempiä, joten vetykehien alla syvissä merissä esiintyvä elämä saattaa olla oman planeettamme matalien merien ja mantereiden täyttämää elämää yleisempää. Mielenkiintoista on sekin, että joidenkin hyseaanisten planeettojen meret ja siten elinkelpoisuus voivat säilyä jopa siinäkin tilanteessa, että ne sinkoutuvat tähtensä kiertoradalta avaruuteen tähtienvälisiksi planeetoiksi.
Kysymysmerkkejä kuitenkin riittää ja hyseaanisten supermaapallojen elinkelpoisuuteen vaikuttaa monta muutakin tekijää. Kriittistä on esimerkiksi se, kuinka paksu primitiivinen kaasukehä sattuu olemaan. Pisimpään nestemäistä vettä kykenevät ylläpitämään jopa kymmenen kertaa Maata massiivisemmat supermaapallot, joiden kaasukehä on massaltaan kymmenesosan Maapallon massasta. Sellaisen massiivisen vetykehän suojissa meret voivat periaatteessa virrata korkeassa paineessa vapaana jopa yli 50 miljardia vuotta. On silti selvää, että olosuhteet ovat silloin täysin poikkeavat siitä, mitä Maapallolla esiintyy ja emme tiedä voiko sellaisissa olosuhteissa esiintyä eläviä organismeja. Asiaa saattavat lähitulevaisuudessa valaista James Webb -avaruusteleskoopin havainnot hyseaanisista planeetoista.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lisää aiheesta
Lähteet
Planetaariset rajat ja Fermin paradoksi
Olen kirjoittanut aiemmin siitä, miten ilmastokatastrofi ja siihen rinnastuvat kriisit saattavat olla merkittävä yksittäinen syy Fermin kuuluisaan paradoksiin. Enkä ole huomiossani ainoa, vaan sama hypoteesi on havaittu muidenkin asiaa ajatelleiden toimesta (1). Kyse on yksinkertaisesta havainnosta, jonka popularisoi Enrico Fermi, italialaissyntyinen yhdysvaltalaisastronomi. Fermi asetti sanoiksi sen yksinkertaisen tosiasian, että jos maailmankaikkeudessa on lukemattomia miljardeja tähtiä kuten Aurinko, ja jos niiden ympärillä on lukemattomia maankaltaisia planeettoja, joiden pinnoilla vääjäämättömien luonnonlakien toimesta syntyy eläviä organismeja, niin on vain ajan kysymys koska muillakin planeetoilla kehittyy älykkäitä monisoluisia organismeja, jotka rakentavat teknisiä sivilisaatioitaan. Silloin on järkevää kysyä miksemme näe niistä jälkeäkään, kun universumi on ollut olemassa jo 13.8 miljardia vuotta ja sivilisaatioilla on ollut aikaa kehittyä paljon kauemmin kuin omalla 4.5 miljardia vuotta vanhalla pallollamme. Mikä estää älykkäitä sivilisaatioita syntymästä, kukoistamasta tai kolonisoimasta koko galaksiamme?
Fermi ymmärsi, että teknologinen sivilisaatio, joka kehittää laitteet tekemään tähtienvälisestä matkailusta mahdollista ja haluaa lisää elintilaa levittäytyy kosmisiin aikaskaaloihin suhteutettuna erittäin nopeasti koko galaksiin, jolloin siitä tulisi näkyä merkkejä aivan kaikkialla. Maapallolla sellaisia merkkejä ei kuitenkaan ole — emme ole havainneet minkäänlaisia todistusaineistoa maanulkopuolisista teknisistä sivilisaatioista joidenkin eksentrikkojen aika-ajoin esittämistä väitteistä huolimatta. Edes minkäänlaisia radiosignaaleja ei ole havaittu kielimässä toisen teknisen sivilisaation olemassaolosta.
On siis oltava olemassa jonkinlainen ”suuri kosminen suodatin”, joka estää teknisiä sivilisaatioita saapumasta näkyviimme. Sellaista eivät kuitenkaan tarjoa fysiikan lait, joiden mukaan tähtienvälinen matkustaminen on aivan mainiosti sallittua ja teknologisesti saavutettavissa. Suodatinta ei myöskään ole löytynyt tähtitieteilijöiden havainnoista, jotka osoittavat maankaltaisten ja elämää ainakin periaatteessa ylläpitämään kykenevien planeettojen olevan maailmankaikkeudessa suorastaan erittäin yleisiä. Omassa galaksissamme on arviolta miljardeja sopivia planeettoja, joten sekä elinkelpoista tonttimaata että aikaa kyllä riittää mainiosti elämän ja sivilisaatioiden syntyyn ja kehitykseen.
Jonkinlainen suodatin saattaa aiheutua siitä, että monisoluisen elämän kehittyminen ainakin maapallolla näyttää olleen hidasta ja valtaosan eliniästään planeettamme biosfääri onkin koostunut yksisoluisista organismeista, jotka ovat aivan liian yksinkertaisia kyetäkseen abstraktiin ajatteluun, työkalujen laajamittaiseen käyttöön tai teknisen sivilisaation perustamiseen. Kun monisoluisuutta sitten kehittyi, evoluution säälimättömät lainalaisuudet ja peto-saalis -suhteiden monipuolistuminen johtivat nopeasti siihen, että eläinten oli otettava huomioon niin ympäristönsä kuin omankin toimintansa vaikutus siihen. Se johti lopulta tietoisuuteen ja älykkyytteen, kykyyn vaativaan ongelmanratkaisuun, työkalujen käyttöönottoon ja monipuoliseen teknologiaan, jota sivilisaatiomme menestyksekkäästi käyttää. Juuri teknologiassa saattaa kuitenkin piillä merkittävin kosminen suodatin, joka tekee havaitsemastamme Fermin paradoksista todellisuutta.
Kuvitellaan jollekin elinkelpoiselle planeetalle tekninen sivilisaatio, joka on onnistunut valjastamaan käyttöönsä modernin fysiikan mukanaan tuoman suunnattoman voiman ja sen avaamat teknologiset kyvyt. Mahdollisuutena on laajamittainen planeetan luonnollisten resurssien hyödyntäminen alkaen biosfäärin muista lajeista ja päätyen planeetan kivisen kuorikerroksen mineraaleihin ja metalleihin. Mitä tehokkaampaa teknologiaa niiden hyödyntämiseen käytetään, sitä nopeampaa niiden rajallisten varantojen hupeneminen on ja vastaan tulee resurssien loppumisesta aiheutuva pullonkaula. Vaikka kaikkialla ei ehkäpä tavoitellakaan ainaista kasvua, on samalla selvää, että ennen pitkää jokin teknologisen sivilisaation kulttuureista saattaa tavoitella kasvua, jolloin se vääjäämättä syrjäyttää muut kulttuurit tieltään muodostaen planeetalle monokulttuurin, joka tavoittelee aina vain uusien resurssien hyödyntämistä. Seuraukset ovat laajoja alkaen resurssien vääjäämätömästä lopusta ja liiallisesta ekosysteemien ja luonnon tuhosta ja päätyen massiivisiin ulkoisvaikutuksiin kuten esimerkiksi kaasukehän koostumuksen muutokseen, mikä voi johtaa jopa planeetan elinkelpoisuuden tuhoutumiseen. Omalla planeetallamme teollisuuden sivutuotteena ja ulkoisvaikutuksena tuotettujen kasvihuonekaasujen avulla aiheuttamamme imastokatastrofi on esimerkkinä sellaisesta tilanteesta.
Prosessi asettaa sivilisaatiolle karkeasti kaksi vaihtoehtoista tulevaisuutta. On mahdollista, että resurssien ylikulutuksen vaarat havaitaan ajoissa, ja kulutus suitsitaan kestävälle uralle samalla vaalien luonnon monimuotoisuutta ja stabiileja planetaarisia elinolosuhteita. Sivilisaatio, joka ajautuu kestävälle uralle sijoittaa ehkä avaruuden ihmeiden havainnointiin ja muuhun tieteelliseen tutkimukseen ja koettaa havaita muista tähtijärjestelmistä merkkejä toisista sivilisaatioista mutta se ei välttämättä ryhdy laajentamaan elinpiiriään ja kolonisoimaan läheisiä tähtijärjestelmiä. Miksi rajallisia resursseja niin valtavasti vaativaan projektiin kannattaisi ryhtyä, jos yhteiskuntamalli on jo kestävä ja oman planetaarisen elinpaikan resurssit uusiutuvat tasapainossa kulutuksen kanssa? Sivilisaatio saattaisi tehdä tutkimusta lähiaurinkokunnissa, lähettää robottiluotaimia tutkimaan niitä ja tehdä ehkäpä tähtienvälisiä lentoja itsekin mutta se tuskin laajenisi aggressiivisesti ja emme välttämättä havaitsisi merkkejä sellaisesta sivilisaatiosta lainkaan. Ennen kaikkea, sivilisaatio, joka kunnioittaa elämää omalla planeetallaan ja ymmärtää sen arvon eläen sen kanssa sopusoinnussa, osaisi luultavasti laajentaa samanlaisen kunnioituksen myös vieraille biosfääreille, jättäen ne elämään ja kehittymään rauhassa.
Toinen vaihtoehto on, että sivilisaatio ei kykene muuttamaan yhteiskuntiaan kestäviksi, jolloin sen kotiplaneetan elinkelpoisuus romahtaa ja sivilisaatiota uhkaa nopea loppu. Romahtaneen teknisen sivilisaation tuhkista ei välttämättä nouse uutta vastaavaa, koska kaikki helpot, uusiutumattomat tavat tuottaa energiaa on yksinkertaisesti jo kulutettu loppuun. Jos sivilisaatio tuhoutuu tai ei kykene nousemaan romahduksen jälkeen, emme voi havaita siitä koskaan merkkejä, mikä ratkaisee Fermin paradoksin. Vaihtoehtoisesti sivilisaatio oppii hallitsemaan tähtienvälisen kolonialismin ennen kotiplaneettansa elinkelpoisuuden romahtamista ja ryhtyy kolonisoimaan ja hyväksikäyttämään muidenkin tähtijärjestelmien planeettoja. Sellainen sivilisaatio leviäisi nopeassa tahdissa koko galaksiin, kuluttaen aina kohtaamiensa planeettojen resurssit ja siirtyen seuraavien kimppuun mutta koska mitään merkkejä ei ole havaittavissa, voimme pitää aggressiivisesti leviävää galaktista kolonialismia likimain olemattomana vaihtoehtona tekniselle sivilisaatiolle. Eikä se ole vain spekulaatiota. Tiedämme, että teknologia, joka mahdollistaa tähtienvälisen kolonialismin mahdollistaa huomattavasti aiemmin sivilisaation kotiplaneetan uusiutumattomien resurssien tuhoisan ylikulutuksen.
Implikaatiot omaan toimintaamme ovat enemmän kuin ilmeiset. Ihmiskunnallakin on vain kaksi vaihtoehtoa — joko muutamme yhteiskuntamme kestäväksi tai koemme romahduksen ja tuhon. Tiedämme, että ylikulutus varmsati loppuu, ja ehdimme vielä päättää haluammeko sen tapahtuvan hallitusti vai hallitsemattomasti. Teknologiamme ei todellakaan ole vielä sillä tasolla, että voisimme edes harkita muuttoa toiselle planeetalle. Emme osaa rakentaa toimivaa, elinkelpoista biosfääriä omalla planeetallamme turvallisissa ja miellyttävissä fysikaalis-kemiallisissa olosuhteissa, joten sellaisen vieminen avaruuteen tai jollekin vihamieliselle taivaankappaleelle kolonialismin mahdollistamiseksi on suorastaan mahdotonta. Venus on meille aivan liian kuuma painekattila. Marsin olosuhteet — säteily, alhainen paine, kylmyys, myrkyllinen kaasukehä — taas ovat ihmisille ja muille biosfäärimme organismeille tappavat. Ja matkustaminen edes lähimpään tähtijärjestelmään vaatisi ylisukupolvisen aluksen lähettämistä usean tuhannen vuoden matkalle vailla takeita sen perille pääsystä. Ihmiskunnan tapauksessa planeettaa B ei siis ole, eikä edes pienen kolonialistijoukon lähettäminen matkaan ole mahdollista.
Tilanteemme on siten galaksimme muiden elävien planeettojen suhteen suoranainen onnenpotku. Emme ole kolonisoimassa galaksia tai edes lähimpiä eksoplaneettakuntia. Emme ole viemässä kasvuhakuista kulutuskulttuuriamme muualle, koska voidaksemme saavuttaa kulttuuriviennin mahdollistavan teknologisen tason, meidän on ensin opittava elämään kestävästi planetaarisissa rajoissa. Ja jos sen opimme, on mahdollista, suorastaan todennäköistä, ettemme lähde valloittamaan ainuttakaan planeettaa toisissa tähtijärjestelmissä. Miksi lähtisimme minnekään, vaaralliselle matkalle vihamieliseen ympäristöön ja kauas sivilisaatiomme tarjoamasta sivistyksestä, jos kykenemme säilyttämään elämän edellytykset sekä valtaosan luonnosta ja tuottamaan jokaiselle ihmiselle kaiken tarvittavan omalla planeetallamme kunnes Aurinko muuttuu planeettamme elinkelpoisuudelle liian kuumaksi? Jos se on tulevaisuutemme, uskon, että tähtienvälinen matkailu muuttuu lopulta mahdolliseksi, mutta sitä motivoi korkeintaan loppumaton inhimillinen uteliaisuus ja tiedonjano. Olemme halunneet tutkia oman planeettamme jokaisen kolkan korkeimmista vuorten huipuista aina syvimpiin merenpohjan halkeamiin. Se kiinnostus saa meidät varmasti tutkimaan tarkemmin lähiavaruuden toisia maaailmoja, jos vain pysymme hengissä teknologisena sivilisaationa ja opimme kunnioittamaan planeettamme rajallisuutta.
Toivon todellakin, että opimme.
Lisää aiheesta
Lähteet
Nopeasti etenevä eksoplaneettojen tutkimus
Modernin tähtitieteen aikakautena tiede tapahtuu ajoittain kirjaimellisesti silmiemme alla. Se, minkä saamme selville tänään voi olla vanhentunutta tietoa jo heti huomenna. Se pätee erityisesti yhdellä tieteenalan nuorimmista haaroista, eksoplaneettatutkimuksessa — ajoittain uudet instrumentit päivittävät tieteellistä tietämystä uusilla, tarkemmilla havainnoillaan yhdessä rysäyksessä. James Webb -avaruusteleskooppi on parhaillaan mullistamassa tietomme maailmankaikkeuden varhaisista galakseista ja niiden synnystä, planeettojen ja planeettakuntien moninaisuudesta ja rakenteesta sekä monesta muusta tähtitieteen tutkimuskohteesta, josta voi saada tietoa infrapunasäteilyn aallonpituuksilla.
WASP-96 b on aivan tavanomainen kuuma jupiter. Kuten ensimmäinen löydetty auringonkaltaista tähteä kiertävä eksoplaneeta 51 Pegasi b, WASP-96 b on keveämpi kuin Jupiter mutta sen kaasukehä on kovassa kuumuudessa laajentunut ja planeetan halkaisija onkin Jupiterin halkaisijaa suurempi. Kyse on varsin tavallisesta kuumasta jupiterista, joita löytyy karkeasti joka sadannen auringonkaltaisen tähden kiertoradalta. Erityiseksi planeetan kuitenkin tekee se, että JWST suunnattiin sitä kohti aivan ensimmäisten kohteiden joukossa teleskoopin aloitettua tieteellisen työskentelynsä heinäkuun puolessa välissä. WASP-96 b kulkee tähtensä editse, joten sen kaasukehän havainnointi on mahdollista ennätyksellisen tarkasti James Webb -avarusteleskoopin spektrometrillä. Transmissiospektroskopialla voidaan siten tutkia planeetan kaasukehän koostumusta, vaikka se on peräti runsaan tuhannen valovuoden päässä meistä. JWST ei ole kuitenkaan ensimmäinen teleskooppi, jolla planeetan WASP-96 b koostumusta on koetettu selvittää.
Tyypilliseen tapaan, planeetan WASP-96 b ominaisuuksista oli tiedossa vain sen halkaisija ja massa, kun löytö raportoitiin vuonna 2014 (1). Tarjolla oli myös arvio planeetan laskennallisesta pintalämpötilasta perustuen tunnettuun tähden säteilyyn sen rataetäisyydellä mutta sen enempää tietoa on likimain mahdotonta saada tarkastelematta planeetan kemiallista koostumusta. Vuonna 2018 julkaistut spektroskooppiset havainnot tuottivatkin uutta tietoa. WASP-96 b:n taivaan havaittiin olevan niin kirkas, että natriumin absorptiospektrin viivat olivat havaittavissa mahdollistaen natriumin määrän mittaamisen planeetan kaasukehässä (2). Tyypillisesti kuumien jupiterien (tai saturnusten) kaasukehien yläosat ovat niin paksujen pilvien peitossa, että natriumin määrää on mahdotonta mitata, joten samalla saatiin vahvistus planeetan kaasukehän pilvettömyydestä. Kyseessä on siis kuuma jupiter, jolla aurinko paistaa aina.
Havainto natriumista sai vahvistuksen heinäkuun ensimmäisellä viikolla, kun natriumin merkit noin 0.60 mikrometrin aallonpituusalueella havaittiin toisellakin instrumentilla (3). Samalla sai vahvistuksensa planeetan pilvettömyys. Planeetan spektrissä (Kuva 1.) näkyy kuitenkin myös veden merkkejä — noin 1.15 ja 1.40 mikrometrin kohdalla planeetan näennäinen koko näyttää hiukan suuremmalta, koska kaasukehän vesimolekyylit suodattavat valoa voimakkaammin. Vain vajaata viikkoa myöhemmin julkaistiin ensimmäinen James Webb -avaruusteleskoopin havaitsema spektri. Sen mukaan vettä on tosiaan runsaasti planeetan kaasukehässä (Kuva 2.) mutta spektristä käy ilmi myös vesihöyryn muodostaman usvan ja pilvien olemassaolo. Planeetan taivas ei siten olekaan kirkas, vaan vesihöyry muodostaa pilviä myös sen taivaalla — niiden havainnointi vain ei ollut mahdollista ennen JWST:n huikeaa tarkkuutta.
Vettä on havaittu eksoplaneettojen kaasukehistä ennenkin. JWST kykeneen kuitenkin havaitsemaan veden merkkejä kaukaisten eksoplaneettojen kaasukehistä huomattavasti herkemmin kuin aiemmat olemassaolevat instrumentit ja se onnistui havainnossa jo ensimmäisellä yrityksellään. Voimme toistaiseksi vain arvailla mitä tuloksia saadaan, kun JWST suunnataan kaukaisten jättiläisplaneettojen sijaan havaitsemaan läheisiä kiviplaneettoja ja veden merkkejä niiden kaasukehistä. Arvailua ei kuitenkaan tarvitse jatkaa kauan, koska läheiset TRAPPIST-1 -järjestelmän kiviplaneetat ovat jo lähitulevaisuudessa teleskoopin havaintojen kohteena. Ehkäpä saamme jo tämän vuoden puolella selville jonkin järjestelmän planeetoista olevat vetinen, merten peittämä planeetta Maan tapaan. Se olisi valtava askel eteenpäin etsiessämme merkkejä elämästä toisten tähtien planeettakunnissa. Ja vaikka vettä ei havaittaisikaa kiviplaneettojen kaasukehistä, uutta tietoa saadaan lähitulevaisuudessa varmasti, koska eksoplaneettatutkimus on murrosvaiheessa ja etenee jatkossakin kiihtyvällä vauhdilla.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lisää aiheesta
Lähteet
- Hellier et al. 2014. Transiting hot Jupiters from WASP-South, Euler and TRAPPIST: WASP-95b to WASP-101b. MNRAS, 440, 1982.
- Nikolov et al. 2018. An absolute sodium abundance for a cloud-free ‘hot Saturn’ exoplanet. Nature, 557, 526.
- McGruder et al. 2022. ACCESS: Confirmation of a Clear Atmosphere for WASP-96b and a Comparison of Light Curve Detrending Techniques. The Astronomical Journal, accepted.
Jos joskus kohtaamme elävän planeetan
Tieteiskirjallisuudessa on leikitelty ajatuksella siitä, että ihmiskunta havaitsisi elävän eksoplaneetan ja vierailisi sen pinnalla. Aluksi ihmiset saapuvat vieraalle planeetalle ja ihmettelevät sen kauneutta ja omituisuutta. Seuraavassa hetkessä materiaalisten rikkauksien haalintaan pyrkivä lajimme ryhtyy kuitenkin rosvoamaan paikallisia luonnon resursseja tuhoisalla tavalla. Seurauksena on tavallisesti kaaos, väkivaltaa, sankaritekoja ja lopussa ihmiset joutuvat luopumaan kolonialistisista aikeistaan — ainakin joksikin aikaa. Vaikka nykyteknologia ei salli läheisten eksoplaneettojen järjestelmiin pääsyä ja astumista niiden pinnalle, teknologinen kehitys voi sen joskus kaukaisessa tulevaisuudessa mahdollistaa. Tarvitaan vain teknologiaa matkustaa relativistisella nopeudella ja pysäyttää matkaajien elintoiminnot pitkän matkan ajaksi, jotta he pääsevät hengissä ja liikaa ikääntymättä perille, mutta periaatteessa fysiikan kompromisseihin suostumatttomat lait mahdollistavat tähtienvälisen matkan.
Oletetaan yhden ihmissukupolven eläessä tehtävän matkan olevan mahdollinen. Todennäköisimmässä skenaariossa ihmiset saapuvat aluksi lähitähteä kiertävälle elävälle planeetalle tutkimaan sen biosfääriä, geologiaa ja ilmastoa. He ovat immuuneja paikan mikrobeille, joiden erilainen biokemia ei edes tunnista ihmisiä eläviksi. Monisoluiset saalistajat saattavat tunnistaa ihmiset saaliiksi heidän liikkumisensa tai tasalämpöisyytensä perusteella mutta avaruusmatkailun mahdollistava teknologia (mukaan lukien valtavan tehokkaat ja monipuoliset aseet) ehkäsee niistä ihmisille koituvat vaarat varsin helposti. Apuna ovat myös huipputekniset suojapuvut ja kypärät, joita tarvitaan joka tapauksessa, koska vieraan planeetan kaasukehä tuskin on ihmisten hengityselimistölle sopiva.
Aluksi ihmiset vain perustavat tutkimusaseman, ottavat näytteitä ja selvittävät uuden maailman ominaisuuksia mutta jos olosuhteet sen sallivat, he asettuvat aloilleen, rakentavat asutuskeskuksia ja kaupunkeja ja valtaavat tilaa tuottaakseen kasvavalle väestölle ravintoa. He ottavat lisää tilaa planeetalta louhiakseen sen kuorikerroksen metalleja ja mineraaleja rakennusaineiksi ja teollisuuden tarpeisiin. Satojen vuosien kuluessa populaatio kasvaa ja yhä suurempi osa planeetan pinnasta otetaan ihmisten käyttöön. Prosesissa syntyy tietenkin konflikteja paikallisen faunan kanssa, mutta olipa se kuinka älykästä hyvänsä, sen tarpeet siirretään nopeasti sivuun ihmisten tarpeiden tieltä. Yksikään paikallinen laji ei voi uhata avaruusteknologian kehittänyttä vieraslajia muutoin kuin hetken verran jossakin hyvin rajatussa paikassa. Kolonialismi tulee väistämättä valmiiksi ja lopulta ihmiset asuttavat koko planeetan. Alkuperäinen luonto saa väistyä muualta paitsi kenties sille erikseen suunnitelluista luonnonpuistoista ja reservaateista, aivan kuten Maassakin.
Ennen tähtienvälisessä matkailussa onnistumista ja vierailuja lähimmillä eksoplaneetoilla, ensimmäisenä kolonialismin kohteena on Mars (Kuva 1.). Samalla kun hävitämme oman kotiplaneettamme viimeisiä luonnollisia elinympäristöjä, saatamme kyetä rakentamaan keinotekoisia biosfäärejä naapuriplaneetallemme. Jos selviämme Maassa aiheuttamastamme tuhosta ja vältämme sivilisaation romahduksen muuttaessamme ilmastoa ja kutistaessamme biosfäärin murto-osaan siitä, mitä se oli lajimme syntyessä ja kehittyessä, saatamme hyvinkin viedä tapamme ja taipumuksemme muillekin planeetoille. Kuvaan tulevat ensimmäisenä Marsin ja Kuun kaupungit ja teollisuuslaitokset asteroidien malmi- ja mineraalilouhoksilla. Samaan aikaan alkaa teollisen avaruusturismin aikakausi yritysten rakentaessa hotelleja ja lopulta pysyvää asutusta planeettamme kiertoradalle. Hiljalleen avaruusasemia valmistuu Aurinkokuntamme muidenkin kappaleiden kiertoradoille — tutkijat ovat jopa esittäneet mahdollisuuden rakentaa siirtokunta avaruushisseineen kääpiöplaneetta Ceresin kiertoradalle (1). Vaikka ensimmäiset siirtokunnat rakennetaankin oikeudelliseen tyhjiöön, ne tuskin jäävät vaille omia oikeusjärjestelmiään ja sopimuksia, joilla taataan edes joitakin inhimillisen elämän perusasioita. Dystooppisilta piirteiltä tuskin kuitenkaan voidaan täysin välttyä.
On yksi asia perustaa siirtokunta toiselle oman aurinkokuntamme planeetalle ja kokonaan toinen tehdä siitä omavarainen. Se edellyttäisi toimivan biosfäärikokonaisuuden siirtämistä aluksi avaruusalukseen ja lopulta toisen planeetan pinnalle siten, että sen vuorovaikutukset pitäisivät järjestelmän terveenä, kestävänä ja resistenttinä uusille olosuhteille. Sellaiseen ei olla kyetty vielä edes oman planeettamme pinnalla, jossa hengitysilma, lämpötila, säteilyolosuhteet ja muut kriittiset tekijät ovat suotuisia planeettamme biologisille organismeille, eikä paineistettuja suojakapseleita tarvita tappavassa ympäristössä selviämiseen. Asia saa aivan uudet mittasuhteet, jos ajattelemme toista tähteä kiertävän planeetan kolonisointia. Näköpiirissä olevalla teknologialla, jo lähimmän tähtemme Proxima Centaurin potentiaalisesti elinkelpoisen planeetan valitseminen siirtolaisten uudeksi kodiksi vaatisi vähintään sadan ihmisen populaation lähettämisen tuhansien vuosien matkalle vailla toivoa siitä, että matkaan lähtijät itse koskaan näkisivät määränpäätään.
Käytännössä, kohdatessamme toisen elävän planeetan, ensimmäistä kontaktia vieraaseen elämään ei varmasti synny matkustamalla paikan päälle matkustusprojektin keston ja muiden valtavien vaatimusten vuoksi. Sen sijaan, havaitsemme luultavasti ensimmäiseksi jonkin nestemäistä vettä pinnallaan ylläpitävän planeetan kaasukehässä merkkejä kemiallisesta epätasapainosta, joka viittaa eläviin organismeihin. Sellaisia merkkejä saatettaisiin saada havaittua vaikkapa transmissiospektroskopialla — nykyisin käytössä olevalla menetelmällä, jossa tarkkaillaan miten tähden valo muuttuu sen kulkiessa planeetan kaasukehän läpi ylikulun aikana. Havainnoilla voitaisiin saada vain viitteitä biosfääristä, ja varmojen tulosten esittäminen tässä ensimmäisessä vaiheessa olisi luultavasti hyvin vaikeaa.
Seuraava askel on itse planeetan säteilyspektrin tutkiminen, johon vaaditaan suoraa kuvaamista lähitulevaisuuden maanpäällisillä jättiläisteleskoopeilla tai uusilla avaruusteleskoopeilla. Silloin voisi olla mahdollista havaita kompleksisia molekyylejä planeetan kaasukehästä kertomassa siitä, että pelkät elottomat kemialliset reaktiot eivät riitä selittämään planeetan kaasukehän kemiaa. Tässä vaiheessa tutkijat luultavasti jo itsekin uskaltaisivat arvella julkisuudessa löytäneensä elävän planeetan eivätkä vain planeettaa, jonka olosuhteissa elämän esiintyminen on mahdollista.
Sen jälkeen vuosikymmeniin ei luultavasti tapahtuisi juuri mitään. Planeetasta, sen olosuhteista ja elämästä saataisiin pieniä tiedon murusia jatkuvalla syötöllä mutta elävien organismien itsensä tarkkailuun ei olisi mitään mahdollisuuksia pitkiin aikoihin. Uusia vastaavia planeettoja saattaisi myös löytyä mutta niistä olisi mahdotonta saada sen tarkempaa tietoa. Paras, mihin pystyisimme, olisi mikroskooppisten robottiluotainten ohilentolaivueiden lähettäminen matkaan ja niiden tekemien havaintojen vastaanottaminen, kun luotaimet vuosikymmeniä myöhemmin lähettävät ensimmäiset havaintonsa radiovastaanottimiimme. Se tarkoittaisi tähtienvälisen avaruuden valloittamisen ensiaskelta mutta antaisi suuntaviitat myös tulevaisuudelle. Luultavasti kestää vielä satoja vuosia ennen kuin rohkenemme edes vakavasti harkita ihmisten lähettämistä tähtienväliselle matkalle. Sillä aikaa robottiluotaimemme tutkivat Aurinkokunnan joka kolkan ja suorittavat ensimmäisiä karkeita tutkimuksia myös lähitähtien järjestelmissä aivan kuin ne nyt tekevät esimerkiksi Marsin pinnalla.
Mutta kun ihmissiirtolaisten lähettäminen tähtiin alkaa, tuskin kukaan voi ennustaa mitä siitä seuraa. Se on oman sivilisaatiomme yksi mahdollinen tulevaisuus, jonka saamme itse kirjoittaa haluamallamme tavalla. Ehkäpä tieteiskirjailijat ovat osuneet kuvauksissaan oikeaan. Tai ehkä eivät. On syytä kuitenkin toivoa, että olemme ottaneet opiksi kolonialismin omalla planeetallamme aiheuttamasta tuhosta ja kärsimyksestä, emmekä päädy vain toistamaan historiamme virheitä. Toisaalta, jos historia meille jotain opettaa, niin sen, että emme lajina opi historiastamme yhtään mitään.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lisää aiheesta
Lähteet
Menetetyt maat
Kaupungistumisen ja ihmissivilisaation kivijalka on historian saatossa ollut kyky viljellä maata ja tuottaa ravintoa niin tehokkaasti, että osa yhteisöstä on voinut keskittyä muihin tehtäviin. On perustettu sotilaiden ammattikunta, jonka voimalla viljelyksiä ja muita resursseja, kaupunkeja ja ihmisiä, on voitu puolustaa. On kyetty muodostamaan erikoistuneita ammattikuntia erilaisten tarpeiden täyttämiseksi. On muodostettu virkailijoiden luokkia, jotka ovat hallinnoineet yhteiskunnan toimintoja hallitsijoiden mielen mukaisesti. Ja lopulta, joillakin yhteisön jäsenillä on riittänyt aikaa keskittyä sivilisaation kulmakiviin, tieteeseen ja taiteeseen, joiden ajatellaan melko yleisesti olevan ihmiskunnan suurimpia saavutuksia. Ravinnon tuotanto on kuitenkin kaikkein oleellisinta yhteiskuntien toiminnassa. Ilman sitä ihmiset eivät voi elää, yhteiskunnat romahtavat ja seuraa hallitsematonta liikehdintää. Kun ruokaturva katoaa ja koko rauhan takaava yhteiskuntasopimus menettää merkityksensä, kuninkaat kaatuvat ja valtaapitävät menettävät henkensä.
Historia on osoittanut, että hmiset ja ihmisten yhteiskunnat kestävät suuriakin häiriöitä. Ihmiset tulevat toimeen muuttuneissakin olosuhteissa ja yhteiskunnat ovat resilienttejä, koska tärkeät asiat voidaan tyypillisesti toteuttaa monella vaihtoehtoisella tavalla. Olemme moderneina aikoina nähneet, miten kaupungit voivat tuhoutua tulvien, pyörremyrskyjen tai valtavien maasto- ja metsäpalojen kourissa. Sodissa kokonaiset valtiot voivat tuhoutua mutta instituutioiden kestäessä, ne voidaan jälleenrakentaa. Infrastruktuuri on vain yhden rakennusurakan päässä. Kaupungit voidaan rakentaa uudestaan, talot voidaan korjata ja ihmisten elämät palauttaa suunnilleen sellaisiksi, kuin ne olivat ennenkin. Se ei kuitenkaan päde, kun puhumme ilmastokatastrofista. Ilmaston muuttuessa ihmissivilisaatiolle vihamieliseksi, kaikki muuttuu. Muutoksessa kaikkein pelottavinta on se, että ilmastokatastrofi on suureksi osaksi ruokaturvaongelma. Kohtaamme muuttuneet ilmasto-olosuhteet, joiden puitteissa ravintomme tuottavat viljelyslajikkeet eivät enää ole kelvollisia tuottamaan riittäviä satoja. Olemme menettämässä ruokaturvamme ja sen mukana kaiken.
Media on ollut äärimmäisen hidas raportoimaan valtavia kokonaisuuksia, kuten ilmastokatastrofi. Siksi sen monet seuraukset ovat samoin jääneet raportoimatta kokonaisuuksina. Saatamme kuulla kuivuudesta yhtäällä ja helleaallosta toisaalla. Saatamme kuulla satojen epäonnistuvan jossakin kaukana, kunnes pellot kohta tuottavat heikosti aivan lähellämme. Juuri kukaan ei kuitenkaan raportoi asiasta kokonaisuutena. Palapelin kaikki palaset ovat kuitenkin nähtävillä mediassa.
Ranskan ja Italian sadot ovat vaarassa. Kuivuus ja myrskyt koettelevat maiden viljelijöitä ja vehnän sekä vihannesten tuotanto on jäämässä tavallista heikommaksi. Joidenkin tilojen arvioidaan menettäneen koko satonsa. Kyseessä on vain pieni uutinen, vaikka Ranska on maailman neljänneksi suurin vehnän viejä juuri sodasta kärsivän Ukrainan edellä. Ranskassa tuhoihin ovat syynä myrskyt, joita syntyy meriveden lämmetessä enemmän ja voimakkaampina. Italia taas on kuivumassa koko välimeren alueen muuttuessa kuivemmaksi ja kuumemmaksi. Samaan aikaan Yhdysvalloissa kuivuus on tehnyt tuhojaan ja rankkasateen ovat pilanneet suurilla alueilla vehnän kylvöt. Sekin on vain pieni uutinen mutta Yhdysvallat on neljänneksi suurin vehnänviejä, joten vehnän maailmanmarkkinahinnat nousevat. Yhdysvaltojen kuivuuksien taustalla on muuttunut ilmasto, joka tekee niistä entistä yleisempä. Voimakkaat sateet syntyvät samoin siitä, että lämpö saa veden haihtumaan nopeammin ilmakehään, joka sitoo samalla enemmän kosteutta. Kyse on vain perusfysiikasta. Ruokaturvasta varoittaa myös YK — ihmiskuntaa ei uhkaa niinkään nouseva merivesi tai pyörremyrskyt, vaan epäonnistuneet sadot ja niitä seuraava epävakaus.
Venäjän brutaali tuhoamissota Ukrainassa tekee toki osansa ja nostaa entisestään ruoan maailmanmarkkinahintaa. Ukrainan sadot ovat uhattuna ja vienti vaikeaa — se on merkittävä tekijä maan ollessa viidenneksi suurin vehnän viejä maailmassa. Mutta ilmastokatastrofi aiheutti valtaosan ruoan hinnan noususta jo ennen sotaa. Ukrainalaisen vehnän puute maailmanmarkkinoilta vain kohottaa hintoja entisestään.
Syyrian kuivuuden juurisyy on niin ikään muuttunut ilmasto. Somaliassa jo neljäs perättäinen sadekausi jäi väliin ilmastonmuutoksen vuoksi. Poikkeukselliset tulvat ja sateet tuhoavat satoja Australiassa. Pakistanissa viljantuotanto takkuaa helleaaltojen vuoksi. Intiassa laskevat niin sadot kuin niiden laatukin. On muistettava, että Intia ja Pakistan kykenevät jo nykyisellään ruokkimaan sadat miljoonat asukkaansa vain vaivoin. Lisää uutisia heikkenevästä tuotannosta saadaan Jamaicalta, Yhdysvaltojen keskilännestä ja Kaliforniasta. Kaikissa ongelmat johtuvat epäsuotuisammaksi muuttuneesta ilmastosta. Kiinassa ruokaturva on uhattuna ja maan haaveet omavaraisuudesta ovat vaarassa. Maan omien tutkijoiden mukaan, Kiinan ruokaturva on haavoittuvainen ilmastonmuutoksen vuoksi. Ilmastokatastrofi vaikuttaa kaikkialla mutta kaikkein voimakkaimmin se vaikuttaa ravinnontuotantoon, koska muuttuneen ilmaston myötä perinteiset ravintokasvimme kasvavat entistä heikommin. Ilmastokatastrofi on jo nyt nostamassa ruoan hintaa niin korkealle, että globaalin talousjärjestelmämme heikoimmat jäävät ilman. Se romahduttaa heidän elämänsä ja yhteisönsä tavalla, jota mikään ihmisten luoma instituutio tai muu sopimusjärjestelmä ei kestä. Nälkäisenä ihmiset tekevät mitä tahansa pysyäkseen hengissä ja syntyy vaarallista epävakautta, jolla on ennalta arvaamattomia, kauaskantoisia seurauksia.
Kaikki eivät nuku ruususen unta muuttuvan ilmaston ja muiden tekijöiden syöstessä yhteiskuntiamme kriisien sikermään. Tutkijat kirjoittavat jatkuvasti tutkimuksiaan ja raporttejaan, jotka antavat selvän tilannekuvan. Jopa YK:n tuoreet varoitukset vaikuttavat kuitenkin kaikuvan kuuroille korville. Olemme ihmiskuntana rikkoneet tai rikkomassa niin monta planetaarista rajaa, että yhteiskuntamme ja samalla koko sivilisaatiomme ovat yhä akuutimmassa romahdusvaarassa. Kyse ei edes ole huomiohakuisesta ”alarmismista”, vaikka se markkinavoimien hallitsemassa mediaympäristössä helposti sellaiseksi kehystetäänkin, vaan todellisesta uhasta, joka saapuu varmuudella, jos emme muuta toimintaamme. Vaikuttaa lähes uskomattoman absurdilta, että samalla kun meille mainostetaan suurempia autoja ja lentomatkoja kaukomaille, ja lautasellemme laitetaan maatalousmaata tuhlaamalla tuotettua nisäkästä, kyseisiin mainoksiin kiteytyvät kulutustottumuksemme ovat hävittämässä laajojen maa-alueiden elinkelpoisuutta kiihtyvällä vauhdilla. Ne ovat kuitenkin maa-alueita, joilla asuu satoja miljoonia ihmisiä. Heidän yhteiskuntansa ovat jo uhattuina, meidän pohjoinen periferiamme on seuraavana jonossa. Globaalissa maailmassa emme ole immuuneja, vaikka tuho ei suoraan meitä koskettaisikaan.
Planeettamme on muuttumassa katastrofialueeksi ja on kuin emme kollektiivina kykenisi tekemään asialle mitään. Ruokaturvan ongelmat ovat kuitenkin jo tätä päivää. Tässä kirjoituksessa mainitut uutiset on poimittu mediasta viimeisen parin vuorokauden ajalta. Ne, joita uutiset koskettavat, ovat jo katastrofialueella. Me olemme jonossa seuraavina. On ehkäpä tullut aika asettaa kiireettömämmät aktiviteettimme taka-alalle, koska tarvitsemme kaikki käytettävissämme olevat resurssit planeettamme pitämiseen elinkelpoisena. On kuin planeettamme olisi aloittanut sodan meitä vastaan. Se on sota, jota emme voi voittaa. Voimme vain solmia rauhan.
Kirjoitukseen innoitti nimimerkin Jim Baird kokoama luettelo ruokaturvauutisista Twitterissä.
Mikko Tuomi
Satunnaislukuja 