Ei edelleenkään merkkejä vieraista teknisistä sivilisaatioista
Etelä-Suomen vuoroin vetisessä ja vuoroin jäisessä talvessa on usein varminta edetä iltakävelyllä tuijottaen jalkoihinsa, jotta voi nähdä paremmin vaaranpaikat ja välttyä liukastumisilta ja ikäviltä tapaturmilta. En kuitenkaan poikkeuksellisesti tuijottanut jalkojeni alla olevaa jäistä maata, vaan taivaalle, koska pitkän, usean viikon pilvisemmän jakson katkaisi tähtikirkas yö ja ylläni loistivat kymmenet kirkkaat tähdet. Kun vain satuin kävellessäni rittävän kauaksi lähimmistä katuvaloista, saatoin nähdä taivaalla tuttuja valopisteitä huolimatta taustan valosaasteesta. Pysähdyin pimeän puiston laitaan ja katsoin miten Mars loisti taivaalla punertavassa värissään punaisen jättiläistähden Aldebaranin ja Pleiadien seitsemän sisaruksen vieressä. Katsoessani lähemmäs taivaanrantaa näin Jupiterin tutun loisteen mutta sen alapuolella, aivan puurajassa oli toinen, Jupiteria huomattavasti kirkkaampi kohde, joka välkkyi punaista ja sinistä valoa hyvin epäsäännöllisesti aivan kauimmaisten rakennusten kattojen yllä.
Tavallisesti taivaan valot eivät saa kokenutta tähtitieteilijää hätkähtämään mutta tajusin, että näkemäni kohteen etäisyyden määrittäminen oli kiusallisen hankalaa. En osannutkaan sanoa oliko se ilmakehän sisä- vai ulkopuolella. Se vilkkui aktiivisesti ja vaikutti liikkuvan mutta pysähtyessäni paikalleni tarkkailemaan, en voinut havaita kohteen liikettä. Se ei ollut radiomaston valo, eikä kauempana lentävä lentokone. Tähdeksi kohde oli aivan liian kirkas ja se näytti kuin roikkuvan ilmassa kiusatakseen minua näytöksellään.
Havaitsemani taivaanrannassa vilkkuva kirkas valo ei kuitenkaan ollut merkki vieraan sivilisaation edustajista, eikä myöskään mikään oman teknologisen sivilisaatiomme tuotos, vaan kyse oli luonnollisesta valoilmiöstä. Vaikka tyypillisesti ajatellaan, että taivaan tähdet voidaan erottaa planeetoista sillä, että tähdet tuikkivat mutta planeetat eivät, ilmakehän kaoottinen pyörteily vaikuttaa myös planeetoista silmiimme saapuvaan valoon. Jos vain välissä on riittävän paksulti riittävän turbulenttia ilmakehäämme, myös Venuksen kirkas valo saattaa näyttää skintilloivan ja se tuikkii kuin tähti vaihtaen välillä hetkeksi jopa väriään reunoistaan joidenkin aallonpituuksien sirotessa hetkeksi pois näkyvistä. Havaitsin Venuksen kirkkaan loisteen taivaanrannassa. Se oli lähellä horisonttia, mikä tarjoaa vertailupisteen ja luo illuusion valonlähteen liikkeestä, jos havaitsija itse on liikkeessä. Valo myös kulkee maksimaalisen pitkän matkan ilmakehämme läpi antaen ilmakehän kaoottisille pyörteille mahdollisuuden vaikuttaa valoon mahdollisimman voimakkaasti. Se tuottaa tuikkimisen ja värinvaihtelut. Jaksollisesti mediassa palstatilaa saaneista, kuvitelluista vieraiden sivilisaatioiden lentävistä aluksista ei ollut kyse.
Jos niistä ylipäätään on syytä uutisoida, jokaisen median tulisi kirjoittaa ajoittaisista tunnistamattomista lentävistä esineistä kertovista huhupuheista kuten Ars Technican toimittaja Eric Berger: ”Kyse ei ole alieneista. Kyse ei todennäköisesti koskaan tule olemaan alieneista. Joten lopettakaa. Olkaa hyvä ja lopettakaa.” Mutta journalistit tuskin lopettavat, koska ihmiset haluavat kuulla spekulaatioita vieraiden sivilisaatioiden edustajien visiiteistä. Tunnistamattomat lentävät esineet eivät kuitenkaan ole merkkejä sellaisista, vaan niillä on aina luonnonilmiöihin tai ihmiskunnan omaan teknologiaan liittyvä selitys, vaikkemme sitä oikeaa havaintoja selittävää tekijää aina keksisikään. Aivan kuten näkemäni taivaanrannassa välkkyvä värikäs kohde ei ollut vieraan sivilisaation avaruusalus, ei mikään toistaiseksi havaitsemamme avaruuden tai ilmakehän asia, valo tai ilmiö vaadi selityksekseen sellaista. Havaintojen epäselvyys tai näennäinen selittävien tekijöiden puute ei riitä todistusaineistoksi toisen planeetan avaruusolentojen vierailusta. Sellaisen vierailun voidaan katsoa tapahtuneen vasta, kun asian taustalla on kiistämättömän vankkoja havaintoja. Erityisen fantastiset tieteelliset havainnot kun tarvitsevat taustalleen erityisen vankkaa todistusaineistoa — ja kyse tosiaankin on havainnosta, jota voidaan tarkastella tieteellisen metodin järkähtämättömien vaatimusten puitteissa.
Ei ole tietenkään mitään syytä miksei vieras, teknisesti riittävän kehittynyt sivilisaatio voisi olla kiinnostunut planeettamme biosfääristä ja omasta lajistamme. On mainiosti kuviteltavissa, että sellaisessa tilanteessa tulisi kyseeseen robottiluotainten lähettäminen paikanpäälle tutkimaan elävää planeettaamme lähemmin — jo pelkkä tieteellinen mielenkiinto voisi riittää motiiviksi. Lähetämmehän mekin robottejamme tutkimaan toisia planeettoja ja kuita, vaikkakin toistaiseksi vain oman planeettakuntamme puitteissa. Asiassa on kuitenkin noudatettava positiivisen todistusaineiston periaatetta. Vain todistusaineisto toisen sivilisaation teknologiasta antaa mahdollisuuden vetää johtopäätöksiä sellaisen olemassaolosta planeetallamme tai sen lähettyvillä. Se, että hatara todistusaineisto ei anna mahdollisuutta sanoa millään varmuudella mistä jossakin tietyssä havainnossa oli kyse ei ole todisteena minkään arvoinen. Vaikka emme kykene osoittamaan minkään luonnonilmiön tai ihmistoiminnan olevan syynä johonkin tehtyyn havaintoon, ei ole minkäänlaista syytä kehitellä fantastista hypoteesia toiselta planeetalta saapuneiden alieneiden vierailusta paikkaamaan tiedonpuutettamme. Asiaan liittyy tiiviisti pyrkimys selittää tieteelliset havainnot mahdollisimman yksinkertaisesti. Vieraan teknisen sivilisaation keksiminen selitykseksi on likimain vastakohta selityksen yksinkertaisuudelle — on suunnattoman paljon todennäköisempää, että kyse on vaikkapa silkasta havaintovirheestä.
Olen kirjoittanut aiheesta aiemminkin outojen radiosignaalien havaintojen yhteydessä. Silloinkaan ei ollut mitään kunnollista perustelua sille, että tulisi rakentaa monimutkaisia hypoteeseja vieraan teknisen sivilisaation teknologiasta. Jotkut tähtitieteilijät kuitenkin spekuloivat edelleen jopa kiusallisen äänekkäästi sillä mahdollisuudella, että Aurinkokunnassa on jo käynyt vieraita. Aiheesta nimittäin paasaa säännöllisesti Harwardin yliopiston Avi Loeb, jonka jaksolliset kommentit koskien milloin tähtienvälistä komeettaa ’Oumuamua tai spekulaatioita Proxima Centauri b:n hypoteettisen sivilisaation keinovalojen havaitsemisesta tuottavat nykyisellään tähtitieteilijöiden keskuudessa lähinnä voimakasta myötähäpeän tunnetta.
Ei ole edelleenkään mitään perusteita arvella ’Oumuamuan olevan vieraan sivilisaation luotain, koska kaikki siitä tehdyt havainnot ovat kappaleen luonnollisen syntyprosessin tukena. Silti Loeb kirjoittaa asiasta itsevarmaan sävyyn, kertoen, miten tulkintamme kappaleen luonnollisesta luonteesta voi olla väärä. Se on tietenkin totta. Mikä vain havainto tai sen tulkinta saattaa tulevaisuudessa osoittautua vääräksi, jos vain saamme havaintoja, jotka osoittavat sen kiistatta. Ja siinä Loebin ongelma piileekin. Koska sellaisia havaintoja ei ole, pidämme todenäköisimpänä selitysmallina sitä, että havaitsemamme universumin ilmiöt ovat seurausta luonnollisista prosesseista, tai korkeintaan omasta teknologiastamme. Selitysmalliksi ei voida kelpuuttaa huikean monimutkaista oletusta muualta tulleista vieraan teknisen sivilisaation edustajista ennen kuin sellaisista saadaan vankkaa todistusaineistoa. Ja nykyisellään sellaista todistusaineistoa ei yksinkertaisesti ole olemassakaan.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lisää aiheesta
Ennustaako 300-vuotias laki eksoplaneettojen ratoja?
Optisten apuvälineiden avustaman tähtitieteen ottaessa vielä ensiaskeleitaan, 1700-luvun alkupuoliskolla tunnettiin 17 Aurinkokunnan planeettaa. Tuolloin kaikkia suurempia Aurinkokunnan kappaleita kutsuttiin planeetoiksi, mikä olisi lähinnä linjassa geofysikaalisen planeetan määritelmän kanssa. Sen mukaan planeettoja tunnetaan nykyään ainakin 36, kun kutsumme suurimpia kuita sekundäärisiksi planeetoiksi. Oli kuitenkin jo selvää, ettemme tunteneet jokaista järjestelmämme planeettaa ja tutkijat ymmärsivät, että Aurinkokunnassa saattoi piillä vielä monia tuntemattomia kappaleita. Tähtitieteilijät olivatkin huomaavinaan systematiikkaa planeettojen radoissa. Aivan kuin radat noudattaisivat jonkinlaista matemaattista lainalaisuutta ja laskentakaavaa, jonka perusteella planeettojen rataetäisyydet olisi helppoa muistaa. Jokin mekanismi oli saanut planeetat järjestymään kiertoradoille ihmisen selvitettävissä olevan säännön mukaisesti. Mutta mikä sellainen sääntö voisi olla?
Vuosisadan loppupuoliskolla Johann Daniel Titius ehdotti lainalaisuutta, jossa hän jakoi Saturnuksen ja Auringon välisen etäisyyden sataan yhtä pitkään pituusmittaan. Silloin Merkurius olisi 4 mitan etäisyydellä, Venus 4+3 mitan etäisyydellä Auringosta ja Maa 4+6 mitan etäisyydellä. Edelleen, Mars olisi 4+12 mitan päässä, Jupiter 4+48 mitan ja Saturnus itse 4+96 mitan päässä. Numerot on tarkoituksella kirjoitettu summiksi, joissa jokaisessa on asetettu Merkuriuksen etäisyys, 4 mittaa erikseen. Silloin jokaisen muun planeetan etäisyys lasketaan lisäämällä Merkuriuksen etäisyyteen luku 3 kerrottuna luvulla 2 niin monta kertaa kuin planeetan järjestysnumero edellyttää, jos vain Venukselle annetaan järjestysnumeroksi 0. Tässä hämmentävässä laskukaavassa on tavallaan kyse numerologiasta, jossa etsitään planeettojen rataetäisyyksiin sopiva numeroleikki, mutta koska kaava on hämmästyttävän tarkka ja planeettojen todelliset etäisyydet poikkeavat siitä korkeintaan vain muutamia prosentteja, se sai jonkin verran huomiota aikakauden astronomien keskuudessa. Niin Titius kuin hiukan myöhemmin Johann Elert Bode pitivät ilmeisenä, että vaikka etäisyydellä 4+24 ei kuitenkaan ollut tunnettua planeettaa, kyse oli vain siitä, että sellaista ei oltu vielä onnistuttu havaitsemaan. Lakia ei silti pidetty kovinkaan tärkeänä, vaan sen arveltiin olevan ehkäpä vain sattuman tuotosta.
Tilanne kuitenkin muuttui Uranuksen löydyttyä suunnilleen etäisyydeltä 4+192 vuonna 1781. Vuonna 1801 löydetty Ceres puolestaan sattui lähes täsmälleen Marsin ja Jupiterin väliin jääneeseen aukkokohtaan etäisyydellä 4+24. Tuolloin laki vaikutti sopivan tunnettuihin planeettoihin ja samalla onnistuneen ennustamaan kaksi uutta Aurinkokunnan planeettaa, mikä sai luonnollisesti tähtitieteilijät arvelemaan lain taustalla voivan piillä jotakin fysikaalista tietoa planeettakuntamme rakenteesta. Vaikka se ei enää soveltunut tuleviin löytöihin erityisesti Neptunuksen poiketessa valtavasti ennustetusta, Titius-Boden laki jäi ehkäpä yksinkertaisuutensa ja historian menestyksensä vuoksi elämään astronomien keskuuteen ikään kuin kulttuuriperintönä, eikä sitä unohdettu tulevina vuosisatoina. Siitä tuli osa tähtitieteilijöiden kertomakirjallisuutta, ja laki otetaan toisinaan edelleenkin puheeksi käsiteltäessä yliopiston peruskurssilla tähtitieteen historiaa. Modernina aikakautena lakia ja sen monia variaatioita on myös koetettu soveltaa eksoplaneettajärjestelmiin. Sovelluksia on tuskin koetettu siksi, että olisi uskottu niiden voivan osua oikeaan, vaan ennemminkin siksi, että laskut ovat varsin helppoja.
Titius-Boden laki on oikeastaan vain yksinkertainen eksponentiaalisen kasvun laki, joka sanoo, että planeettojen väliset etäisyydet kasvavat joka askelmalla samalla kertoimella. Historiallisesti, puhuttaessa Aurinkokunnasta, kertoimena on ollu luku 2, vaikka monia muitakin arvoja on ehdotettu. Helpointa on kuitenkin vain määrittää luku planeettakunnasta sovittamalla matemaattisesti eksponentiaalisen kasvun käyrä planeettojen rataetäisyyksiin. Silloin Aurinkokunnan kertoimeksi saadaan noin 1.72 tai hiukan enemmän, riippuen valitusta laskutavasta. Ja koska Aurinkokunnan planeettojen rataetäisyydet sopivat tällaiseen eksponentiaaliseen lakiin niin kovin hyvin, on tavallaan luonnollista kysyä kuinka hyvin sellaiset lait voisivat ennustaa eksoplaneettajärjestelmien rakennetta.
Ennusteita onkin koetettu tuottaa. Kepler -avaruusteleskoopin ensimmäisten havaintojen jälkeen usean planeetan järjestelmiä on tunnettu jo kymmeniä ja yleistetyn Titius-Boden (YTB) lain pohjalta on ennustettu kymmenien planeettojen olemassaolo tunnetuissa järjestelmissä (1). Ennusteiden ongelmana on kuitenkin se, että vaikka niiden varmentaminen ei tarkemmilla havainnoilla onnistuisikaan, voidaan aina sanoa, että ennusteen mukaisella radalla oleva planeetta on vain liian pieni havaittavaksi vaikkapa ylikulkumenetelmällä. Vaikka ennustettujen planeettojen olemassaolo olisikin joskus mahdollista sulkea pois tarkastelemalla planeettakunnan stabiiliutta ja osoittamalla, että ennustetulla rataetäisyydellä ei ole stabiileja ratoja, sellaiset tilanteet eivät ole kovinkaan yleisiä. Yhden selvän poikkeuksen tarjoaa harvinainen planeettakunta Gliese 876, jossa poikkeuksellisesti kaksi jättiläisplaneettaa kiertää pientä punaista kääpiötähteä hyvin lähellä sekä tähteä että toisiaan. Planeetat ovat resonanssiradoilla, joilla ulompi kiertää tähden kerran aina sisemmän kiertäessä sen kahdesti. Se on ainutlaatuinen planeettakunta, jonka herkkä tasapainotila ja voimakkaat planeettojen väliset vetovoimat suistaisivat YTB ennusteiden mukaiset sisemmät planeetat välittömästi radoiltaan. Voidaan siis olla varmoja, että minkäänlainen YTB laki ei sovellu Gliese 876 tähden kiertolaisiin.
Toiset tähtitieteilijät ovatkin koettaneet varmentaa YTB-lakien tuottamia ennusteita, koska ennusteita tuottaneiden hypoteesien osoittaminen vääriksi on yksi ehkäpä tärkeimpiä tapoja edistää tieteellistä tutkimusta. Käytyään läpi havaintoja kymmenistä järjestelmistä, joille oli tehty ennusteita uusista planeetoista, tutkijat havaitsivat ennusteisiin sopivia uusia planeettoja vain kourallisen. Tulos sai heidät tylysti toteamaan YTB ennusteiden olevan todellisuudessa luotettavuudeltaan kyseenalaisia (2). Toteamus tarkoittaa käytännössä sitä, että ennustettu planeetta voi joskus olla olemassa, pääasiassa ei, mikä tekee ennusteesta lähinnä arvauksen ja melkoisen perusteettoman pohjan jatkotutkimuksille.
Asiassa on kuitenkin muutakin. Planeetat ovat nimittäin tyypillisesti suunnilleen samassa ratatasossa, joka on vain hyvin harvoin täsmälleen tähden ja havaintolaitteidemme välillä. Planeettojen ratataso voi olla mitä vain, mutta niiden havaitseminen on mahdollista vain siinä harvinaisessa tilanteessa, jossa planeetat kulkevat meidän näkökulmastamme katsottuna tähden editse. Silloin tähteä lähimpänä kiertävät planeetat ovat todennäköisemmin havaittavissa ja kaukaisempien planeettojen ylikulkutodennäköisyys pienenee sitä pienemmäksi mitä kauempana ne ovat. Se taas tarkoittaa, että kaikkia järjestelmien ulko-osiin ennustettuja planeettoja ei voikaan havaita, vaikka ne olisivatkin olemassa. Huomioimalla tämä korjaus, ja vaikka kaikki tähtitieteilijät eivät olekaan samaa mieltä, YTB laeilla saattaa sittenkin olla jonkinlainen tilastollinen ennustevoima (3).
Kyse on kuitenkin pohjimmiltaan siitä, että planeettakuntien muodostuessa planeettojen radat voivat olla vain niin lähellä toisiaan kuin järjestelmän stabiiliuden puitteissa voivat, mutta eivät yhtään lähempänä. Mikä voidaan tulkita Titius-Boden lakien kaltaisena järjestelmällisyytenä, onkin todellisuudessa vain planeettojen pakkautumista planeettakuntiin sellaisille radoille, joilla ne voivat kiertää tähtiään pitkiä aikoja. Muussa tapauksessa syntyy kaoottista käyttäytymistä ja planeetat joko törmäilevät toisiinsa tai tähteensä tai sinkoutuvat ulos järjestelmästä. Sellaisia planeettakuntia emme tietenkään voi olla havaitsemassa, koska ne ovat jo tuhoutuneet.
Tiedämme eksoplaneettakunnista ainakin sen, että niiden planeetat ovat tosiaan likimain tasaisin välimatkoin tähtiensä kiertoradoilla (4). Lisäksi planeettakunnissa on tyypillisesti korostetusti samankokoisia planeettoja ja harvemmin suuria kokoeroja. Se vaikuttaa hämmästyttävältä suurten kokoerojen Aurinkokunnasta katsottuna mutta Aurinkokunta ei olekaan täyteen pakattu järjestelmä, koska jättiläisplaneetat ovat vetovoimillaan estäneet tiiviin sisäplaneettakunnan synnyn. Samankaltaiset planeettojen koot johtavat kuitenkin siihen, että planeetat voivat olla suunnilleen tasaisin välimatkoin radoillaan — Gliese 876 järjestelmässä onkin hyvin poikkeuksellisesti Jupiteria massiivisempia planeettoja yhdessä pienten kiviplaneettojen kanssa.
Voidaan siis sanoa, että Titius-Boden laki heijastaa jotakin todellista planeettakunnista, vaikka sitä ei voidakaan pitää hyödyllisenä koetettaessa vaikkapa ennustaa millaisilla radoilla uusia planeettoja voisi todennäköisimmin löytyä. Siksi se pysyy luultavasti tulevaisuudessakin tähtitieteen perinteenä ja esimerkkinä ensimmäisistä yrityksistä ymmärtää miten planeetat valikoivat ratansa. Todellisuus vain on monin verroin yksinkertaisia laskukaavoja mielenkiintoisempi.
Journalistinen kysymykseksi muotoiltuja otsikkoja koskeva Betteridgen laki sanoo, että oikea vastaus on aina yksiselitteinen ”ei”. Laki pitää tälläkin kerralla paikkansa. Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lisää aiheesta
Lähteet
- Bovaird & Lineweaver 2013. Exoplanet predictions based on the generalized Titius–Bode relation. MNRAS, 435, 1126.
- Huang & Bakos 2014. Testing the Titius–Bode law predictions for Kepler multiplanet systems. MNRAS, 442, 674.
- Bovaird et al. 2015. Using the inclinations of Kepler systems to prioritize new Titius–Bode-based exoplanet predictions. MNRAS, 448, 3608.
- Gilbert & Fabrycky 2020. An Information Theoretic Framework for Classifying Exoplanetary System Architectures. The Astronomical Journal, 159, 281.
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
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
Avaruuden kirkas sininen piste
Aurinkokuntaa tutkimaan lähettämämme avaruusluotaimet ovat avartaneet tietämystämme Aurinkokunnasta, sen kappaleista ja niiden ominaisuuksista aivan valtavasti. Olemme oppineet paljon Aurinkokunnan moninaisista planeetoista, niitä kiertävistä sekundäärisistä maailmoista ja lukemattomista pikkukappaleista, joita tähtijärjestelmässämme on tuhansia ja taas tuhansia. Olemme oppineet, että monimuotoinen planeettakuntamme on yksittäinen saareke miljardien saarekkeiden galaksissa. Luotaimemme ovat käyneet lähiplaneettojen pinnoilla, tutkineet jättiläisplaneettojen kaasukehiä, tehneet mittauksia valtameristä jääkuoren peittämien maailmojen pinnan alla, ja kelluneet metaanimeressä kaukaisen maailman jääkylmässä syleilyssä. Olemme lähettäneet luotaimia kuvaamaan asteroideja, törmäämään ja keräämään näytteitä kometasta ja vaeltamaan järjestelmämme rajamaille, missä Aurinko näkyy vain heikkona valonlähteenä horisontissa. Samalla olemme myös oppineet valtavasti oman kotiplaneettamme paikasta maailmankaikkeudessa.
Juuri mikään ei aseta sijaintiamme kontekstiinsa paremmin kuin Cassini-luotaimen ottama kuva Saturnuksesta ja sen renkaista Maan näkyessä taustalla kaukaisena mutta silti niin kovin silmiinpistävänä valopisteenä (Kuva 1.). Kuvassa näkyy kaikki meille tuttu, koko kokemuspiirimme ja elinympäristömme, johon olemme sidottuja kuten puut ovat sidottuja maaperään, jossa ne kasvavat. Maapallo on planeetta, jonka olosuhteisiin olemme evoluutioprosessin myötä sopeutuneet mutta jonka fysikaalisia ja geokemiallisia olosuhteita olemme nyt radikaalilla tavalla muuttamassa. Se on kokeilu, johon ei olisi kannattanut ryhtyä, koska olemme kivisellä avaruusaluksellamme vihamielisen tyhjyyden ympäröimänä, vailla mahdollisuuksia muuttaa turvallisempaan paikkaan joidenkin eksentristen miljardöörien haihatteluista huolimatta.
Ei ole olemassa planeettaa B. Ei ole toista planeettaa, jonka pinnalla voisimme elää ihmislajille tyypillistä elämää. Ei ole edes toista planeettaa, jonka pinnalle voisimme merkittävällä tavalla muuttaa sivilisaatiotamme, koska jopa Aurinkokunnan muut planeetat ovat meille täydellisen vihamielisiä. On vain planeetta Maa, jonka elossapitojärjestelmän pitäminen terveenä ja toiminnassa on kertaluokkia helpompaa kuin edes käyminen toisen planeetan pinnalla. Ja siinäkin olemme epäonnistumassa lähes täydellisesti.
Tilanne kuvastaa oppineisuutemme rajoitteita. Tutkimuksen myötä voimme ymmärtää miten valtaisat pyörremyrskyt muodostuvat Jupiterin kaasukehässä. Ymmärrämme miksi Mars menetti muinoin pinnallaan virranneen vetensä. Ymmärrämme Venuksen muutoksen äärimmäisen kasvihuoneilmiön myötä elinkelpoisesta maailmasta kuumaksi painekattilaksi. Emme kuitenkaan ole vielä ymmärtäneet, että Maan biologisiin ja geokemiallisiin järjestelmiin kajoaminen muuttaa omaa planeettaamme elinkelvottomaksi. Elämme edelleen pienissä kädellisen mielissämme litteällä, äärettömän suurella pinnalla, jossa riittää tilaa kaikelle, ja jonka satumaisista luonnonvaroista voimme aina vain ammentaa enemmän. Todellisuudessa maailmamme on rajallinen. Se on vain pieni sininen avaruudessa radallaan kulkeva piste, jonka gravitaatiokaivoon olemme sidottuja. Kulutettuamme sen loppuun ei ole enää toista paikkaa, johon siirtyä. Silloin ei ole enää meitäkään.
Lisää aiheesta
Suojeletko meitä, Jupiter?
Jos tarkkailemme planeettakuntaamme tieteelliseen objektiivisuuteen pyrkien, unohtaen hetkeksi, että kyseessä on oma kehtomme ja kotimme, havaitsemme nopeasti Jupiterin olevan yksi järjestelmäämme hallitsevista voimista. Aurinko on tietenkin planeettakuntamme keskus ja sisältää 99.9% Aurinkokunnan kaikesta massasta. Aurinko myös kontrolloi Aurinkokunnan koostumusta. Jopa se, kuuluuko jokin kappale Aurinkokuntaan, selviää tarkastelemalla onko kappaleen liike-energia riittävän matalalla tasolla pysymään Auringon muodostaman gravitaatiokaivon reunojen sisäpuolella. Samoin Aurinko vaikuttaa kaikkiin muihin kappaleisiin kokonaisella spektrillä säteilyä ja pommittaa lisäksi kaikkia kiertolaisiaan hiukkastuulella. Mutta Jupiterin merkittävyys tulee mainiosti esiin huomaamalla, että sen liike Auringon ympäri muodostaa noin 70% Aurinkokunnan pyörimismäärästä. Ensimmäisen asteen approksimaatio Aurinkokunnasta on siis massiivinen Aurinko, jota kiertää radallaan Jupiter. Kaikki muu tarjoaa vain vaatimatonta taustakohinaa suhteessa tähän kokonaiskuvaan.
Jupiterin rooli näkyy parhaiten siinä, miten sen vetovoima paimentaa lukemattomia Aurinkokunnan pikkukappaleita. Mars jäi luultavasti kooltaan pieneksi Jupiterin voimakkaan vetovoiman häiritsevän vaikutuksen vuoksi ja Marsin ja Jupiterin ratojen väliselle alueelle ei koskaan muodostunut kääpiöplaneetta Ceresiä suurempia kappaleita juuri Jupiterin vetovoimavaikutuksen vuoksi. Tunnusomaisinta Jupiterin vetovoimavaikutukselle on kuitenkin planeetan ympärilleen keräämien troijalaisten asteroidien kokoelma. Sen lukuisat asteroidit on vangittu kiertämään Jupiterin ja Auringon muodostaman kahden kappaleen järjestelmän lagrangen pisteiksi kutsuttuja alueita, joissa Jupiterin ja Auringon vetovoimat ovat suunnilleen tasapainossa. Asteroidit kiertävät pisteitä Jupiterin radan kohdalla siten, että ne liikkuvat joko 60 astetta Jupiterin edellä tai perässä, muodostaen kaksi lähes stabiilien seuralaisasteroidien parvea (Kuva 1.).
Jupiterin vetovoima on niin suurta, että se kykenee vaikuttamaan merkittävästi koko Aurinkokuntaan. Mutta vaikutus on satunnaista. Jupiter vain muuttaa vetovoimansa avulla lähelleen saapuvien kappaleiden ratoja, jolloin niiden kiertoradat Auringon ympäri saattavat aikojen saatossa kokea suuriakin muutoksia. Dramaattisimmillaan kappaleet päätyvät törmäyskurssille muiden Aurinkokunnan kappaleiden kanssa mutta siinäkin Jupiter on omaa luokkaansa. Suurimpana Aurinkokunnan kiertolaisena Jupiteriin törmääminen on kaikkein todennäköisintä. Siitä esimerkki nähtiin hiljattain, kun Jupiterin pintaan törmäsi pieni asteroidi tai komeetta (Kuva 2.). Maan väreilevän ilmakehän läpi epätarkoilla laitteilla otetut kuvat eivät ole kovinkaan näyttäviä mutta Jupiterin jatkuva monitorointi on mahdotonta suurilla teleskoopeilla, ja ainoa havainto osumasta tehtiinkin brasilialaisen tähtiharrastajan pienellä kaukoputkella.
Muinaisessa historiassa, kun Aurinkokunta oli vielä nuori, se oli täynnä kaikenkokoisia kappaleita protoplaneetoista aina pienen pieniin pölyhiukkasiin asti. Tuolloin yksi protoplaneetoista, oman planetaarisen maailmamme esiaste, joutui tuhoisaan törmäykseen suunnilleen marsinkokoisen toisen protoplaneetan kanssa. Koko planettamme kuumeni hehkuvaksi tulipalloksi ja valtava määrä materiaa sinkoutui kiertoradalle jäähtyen myöhemmin ja muodostaen Kuun. Aurinkokunnan alkuajat olivat väkivaltaisten törmäysten aikaa. Siitä muistuttavat edelleenkin Kuun ja monen muunkin Aurinkokunnan kappaleen lukemattomat törmäyskraaterit. Myöhemmin planeettakuntamme rauhoittui ja siinä Jupiterin vetovoimalla on luultavasti ollut merkittävä rooli. Jupiter nimittäin häiritsee pienten kappaleiden ratoja jatkuvasti ja tavallaan siivoaa ne vuosimiljoonien kuluessa pois sisemmän Aurinkokunnan välittömästä läheisyydestä. Kaukaisessa historiassa Jupiterin vetovoimavaikutus vähensi niiden kappaleiden määrää, jotka saattaisivat osua Maahan sen vastasyntyneelle elämälle tuhoisin seurauksin. Vaikka Maahan onkin saatttanut törmätä useitakin energialtaan planeetan sterilointiin kykeneviä kappaleita, niiden määrä ja siten törmäysten frekvenssi ovat laskeneet Jupiterin ansiosta merkittävästi.
Jupiter ei kuitenkaan välitä Maasta tai sen elämästä eikä ole missään aikeissa sen enempää suojella Maan elämää kuin tuhotakaan sitä. Luonnonlait, joista Jupiterkin on syntynyt ja joita sen liike noudattaa, vain ovat, ja ne eivät ole kiinnostuneita ihmiskunnan tai Maan biosfäärin olemassaolosta tuon taivaallista. Jupiter muuttaa edelleen lähelleen saapuvien kappaleiden ratoja muttei välttämättä meidän onneksemme. Riittää, että se vaikuttaa johonkin Maan lähelle saapuvaan pieneen asteroidiin vain hiukan, ja planeettaamme kohtaa valtaisa tuho asteroidin sattuessa osumaan planeettamme reitille avaruudessa. Vaikka asteroiditörmäyksen aiheuttama uhka on pieni, se on kuitenkin hyvin todellinen, koska Maan radan ympäristössä on runsaasti pieniä asteroideja, jotka kiertävät Aurinkoa moninaisilla radoillaan (Kuva 3.). Jupiter voi vetovoimineen toimia niin hyvässä kuin pahassakin, suistaen törmäyskurssilla olevat kappaleet sivuun tai lähiohituksia tekevät siirtymään kohtalokkaalle radalle. Onneksemme Maa on kuitenkin niin pieni maalitaulu, ettei tuhannenkaan asteroidin voida katsoa olevan kovinkaan potentiaalinen uhka.
Aurinkokunnan ulko-osista voi ajoittain saapua uusia uhkia. Komeetat vierailevat säännöllisesti sisemmässä Aurinkokunnassa ja ohittaessaa Jupiteria niidenkin radat saattavat muuttua merkittävästi. Mutta planeettakuntamme ulko-osissa saattaa piillä muitakin vaaroja. Joidenkin kaukaisten kappaleiden rata-anomalioiden selittämiseksi on postuloitu jopa yhdeksäs planeetta, joka kiertää Aurinkoa niin kaukana, ettei siitä ole vielä saatu suoria havaintoja. Se saattaisi vetovoimansa avulla heilauttaa Oortin pilven komeettoja radoille kohti sisempää Aurinkokuntaa potentiaalisesti tuhoisin seurauksin. Planeetan olemassaoloa ei kuitenkaan ole kyetty varmistamaan ja kourallinen pienempiä kappaleita kaukana Auringosta on voinut päätyä oudoille radoilleen muistakin syistä.
Jupiter ei tietenkään varsinaisesti suojele meitä edes Oortin pilven komeetoilta. Se voi vain muuttaa niiden ratoja satunnaisesti, lähiohitusten myötä. Jupiterin suojeleva vaikutus on siis sidonnaista aikakauteen. Meidän näkökulmastamme, se suisti lukemattomia kappaleita radoiltaan Aurinkokunnan nuoruudessa, jotta ne eivät enää olisi aiheuttamassa planeettoja steriloivia törmäyksiä nyt, kun monisoluinen elämä on saanut jalansijan planeetallamme. Uhka ei kuitenkaan ole väistynyt täysin. Katastrofien varoitussignaaleina toimivat Jupiterin itsensä kaasumaiseen pintaan iskeytyvät satunnaiset asteroidit ja komeetat, kuten juuri havaittu pikkukappale (Kuva 2.).
Kirjoitukseen innoitti Andrew Revkinin teksti ”To Cut Odds of a Big Bang on Earth, Heed Jupiter’s Flashing Warning Sign”. Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lisää aiheesta
Proxima Centaurin rikas planeettakunta
Ennen vuotta 2016 Aurinkoa lähinnä sijaitseva tähti, pieni punainen kääpiötähti Proxima Centauri, oli vain yksi Auringon lähinaapuruston ja Linnunradan galaksin punertavista taivaan fuusioenergiaa säteilevistä plasmapalloista. Toisin kuin kumppaninsa, Alpha Centaurin kaksoistähti, Proxima ei näy paljaalla silmällä ja siksi sen se löydettiinkin vasta runsas vuosisata sitten. Lähes täsmälleen sata vuotta löytönsä jälkeen, sain olla mukana julkistamassa havaintoa tähteä kiertävästä planeetasta b, minkä jälkeen Proxima Centauri on ollut yksi tutkituimmista taivaan kohteista ja siitä on julkaistu satoja tieteellisiä tutkimuksia, joissa kuvataan planeetan ja tähden ominaisuuksia, tähden magneettista aktiivisuutta ja purkauksia, sekä vaikkapa järjestelmää ympäröivää pölykiekkoa.
Proxima b on tietenkin järjestelmän tunnetuin planeetta — onhan se juuri sopivalla etäisyydellä tähdestä, jotta sen pinnalla voi lämpötilan puolesta esiintyä nestemäisenä virtaavaa vettä. Planeetta on todennäköisesti hiukan Maata massiivisempi ja sen olemassaolo on sitten löytämisensä tullut jopa varmistetuksi riippumattomin havainnoin. Proxima b on mitä suurimmalla todennäköisyydellä vuorovesilukkiutunut siten, että se näyttää aina saman kylkensä tähdelleen. Teknisesti ottaen planeetan vuorokausi ja vuosi ovat siis silloin saman pituisia mutta planeetan pinnalla ei tapahdu vuorokausivaihteluita. Valoisalla puolella ollaan ikuisessa punaisen auringon loisteessa kun taas pimeä puoli ei näe tähden valoa koskaan. Se taas asettaa mielenkiintoisia rajoitteita planeetan elinkelpoisuudelle — luultavasti ei kuitenkaan mitään ylitsepääsemätöntä.
Joistakin arveluista poiketen, myöskään Proxima Centaurin aktiivinen purkautuminen ei vaikuta olevan este elämän esiintymiselle Proxima b:n pinnalla. Heti planeetan löytämisen jälkeen, tutkijat kiinnittivät huomiota kahteen mielenkiintoiseen havaintoon. Proxima b:n kiertorata on hyvin lähellä tähtensä pintaa sen kiertäessä radallaan tähden ympäri vain 11 päivässä. Se taas tarkoittaa, että pienetkin tähden purkaukset voivat vaikuttaa Proxima b:n pintaolosuhteisiin merkittävällä tavalla. Ja Proxima Centauri purkautuu usein ja verrattaen voimakkaasti. Joidenkin arvioiden mukaan Proxima b:n pinnalle saapuu 30 kertaa enemmän ultraviolettisäteilyä kuin Maahan ja jopa 250 kertaisesti röntgensäteilyä (1). Purkaukset ovatkin voineet hajottaa planeetan pinnan vesimolekyylejä ja saada kevyen vedyn karkaamaan avaruuteen mutta edes tämä prosessi ei luultavasti tuomitse planeettaa elinkelvottomaksi.
Proxima b ei kuitenkaan ole yksin. Tähden kiertoradalta havaittiin jo vuonna 2020 toinenkin kiertolainen (2), ulkoplaneetta Proxima c, joka on massaltaan noin seitsemän kertaa Maapallon kokoinen, luultavasti jäinen supermaapallo. Löytö saatiinkin pian varmennettua riippumattomasti. Planeetasta on mahdollisesti jopa havaittu merkkejä suoraan kuvaamalla, mikä tarkoittaisi sitä, että sen havaitseminen vasta vuodenvaihteessa avaruuteen ammutun James Webb -avaruusteleskoopin avulla olisi mahdollista jo kuluvan vuoden aikana. Asiassa on tietenkin monia mutkia — on mahdollista, että alustava suoraan kuvaamalla saatu havainto on vain jokin epätodennäköinen havaintolaitteiston aiheuttama anomalia ja planeetan todellinen kirkkaus onkin huomattavasti heikompi. Silloin edes Webb ei kykenisi sitä näkemään. Havaintoa kannattaa kuitenkin ehdottomasti koettaa, koska tarjolla olisi ensimmäinen valokuva supermaapallosta toisen tähden kiertoradalla. Proxima Centauria ympäröi myös pölyrengas, mikä tarkoittaa sitä, että järjestelmässä on runsain mitoin planeettoja pienempiä kappaleita Aurinkokunnan ja monien muiden tyypillisten planeettakuntien tapaan.
Tuorein löytö on pieni, massaltaan vain noin kaksi kertaa Marsin kokoinen sisempi planeetta Proxima d, lämmin kiviplaneetta, joka kiertää tähden ympäri vain viidessä päivässä (4). Planeetasta aiemmin saadut viitteet on nyt varmennettu ja sen olemassaolo vaikuttaa selvältä. Koska olen vuosien saatossa analysoinut roppakaupalla Proxima Centaurista tehtyjä havaintoja, palasin katsomaan mitä tuloksia olinkaan saanut käymällä vanhoja havaintoja kehittämälläni uudella tekniikalla läpi vuonna 2019. Toden totta, löysin Proxima d:n olemassaolosta kertovan signaalin jo tuolloin huomattavasti nykyistä epätarkemmista havainnoista. En koskaan julkaissut tulosta, koska planeetan olemassaolosta kertova signaali ei ollut tilastollisesti tarpeeksi merkitsevä. Näin jälkikäteen kyseessä on kuitenkin mielenkiintoinen asia, koska Kuvassa 1. näkyvä periodogrammin todennäköisyysmaksimi tarjoaa itse asiassa riippumattoman varmistuksen Proxima d:n olemassaolosta — jos sellaista kukaan sattuu kaipaamaan.
Proxima Centaurin planeettakunnasta saadut tiedot osoittavat, että kyseessä on valtavan monimuotoinen ja kiinnostava järjestelmä, josta luultavasti tehdään jatkossakin vielä runsaasti kiinnostavia havaintoja. Taidan kuitenkin aivan aluksi ottaa yhteyttä Proxima d:n löytäneisiin tutkijoihin ja pyytää heidän havaintonsa uudelleen analysoitavakseni. Kukapa tietää mitä niistä saan menetelmilläni selville.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lisää aiheesta
Lähteet
- Ribas et al. 2016. The habitability of Proxima Centauri b. I. Irradiation, rotation and volatile inventory from formation to the present. Astronomy and Astrophysics, 596, A111.
- Damasso et al. 2020. A low-mass planet candidate orbiting Proxima Centauri at a distance 1.5 AU. Science Advances, 6.
- Anglada et al. 2017. ALMA discovery of dust belts around Proxima Centauri. The Astrophysical Journal, 650, L6.
- Faria et al. 2022. A candidate short-period sub-Earth orbiting Proxima Centauri. Astronomy and Astrophysics, 658, A115.
Planeettakunta tasapainon reunalla
Planeettakunnista voidaan saada tietoa yllättävilläkin tavoilla. Yksi niistä on stabiilisuuden tarkastelu tutkimalla kuinka lähellä planeettojen radat ovat kaoottista järjestelmää, joka johtaisi kappaleiden välisiin törmäyksiin tai yhden tai useamman kiertolaisen sinkautumiseen järjestelmän ulkopuolelle. Tutkijat yksinkertaisesti heilauttavat planeettojen ratoja hiukan ja katsovat voiko muokattu järjestelmä pysyä kasassa käyttämällä tietokonesimulaatioita planeettojen radoista pitkälle tulevaisuuteen. Kyseessä on yksi tavoista tehdä tutkimusta pelkällä tietokoneella mutta se onnistuu, koska gravitaatiovoima on niin tarkkaan tunnettu, että sen toimintaa voidaan mainiosti ennustaa pitkissäkin tietokonesimulaatioissa — ainoana vaikeutena on gravitaatiota kokevien monimutkaisten järjestelmien laskennallinen kompleksisuus, joka tekee niiden käyttäytymisen ennustamisesta laskennallisesti raskasta, supertietokoneita vaativaa puuhaa.
Jos pienikin muutos planeettojen radoissa aiheuttaa kaoottista käyttäytymistä, voidaan vetää se johtopäätös, että planeettakunta on stabiilisuuden rajalla, vain hiuksenhienosti katastrofin välttäneenä järjestelmänä. Toisin ei tietenkään edes voi olla — on äärimmäisen epätodennäköistä havaita planeettakunta juuri, kun se on hajoamassa omaan dynaamiseen mahdottomuuteensa. Epästabiilit planeettakunnat ovat luonnollisesti hajonneet jo kauan sitten ja siksi ainuttakaan sellaista ei tunneta.
Yksi mielenkiintoisimmista järjestelmistä on läheinen TRAPPIST-1 -tähden planeettakunta, josta on saatu runsaasti tietoa viime vuosien kuluessa. Sen seitsemän kiviplaneettaa muodostavat mielenkiintoisen, tiukkaan pakatuilla harmonisilla radoilla tähteään kiertävien planeettojen järjestelmän. Tiedämme, että planeetat ovat tiheydeltään Maata pienempiä (1). Silloin niiden rauta-nikkeli ytimet ovat suhteelliselta kooltaan Maan ydintä pienempiä tai planeettojen koostumuksesta suurempi osa on keveämpää ainesta. Yksi mahdollisuus on planeettojen korkea vesipitoisuus, joko niiden kuorikerroksiin sitoutuneena vetenä tai pintaa peittävinä satojen kilometrien syvyisinä valtamerinä. Mutta planeetat ovat niin lähellä tähteään, että ajateltiin järjestelmän syntyaikoina kirkkaampana loistaneen nuoren tähden haihduttaneen läheltään kaiken veden ja jättäneen planeetat kuiviksi. Hypoteesin mukaan veden olemassaolo, jos sitä tosiaankin on, tarkoittaa sitä, että sen on täytynyt kulkeutua planeetoille myöhemmin. Kyseessä on mainio tieteellinen hypoteesi, joka ennustaa planeettakunnan syntyhistoriaa, auttaa selittämään sen ominaisuuksia, on verrattavissa havaintoihin ja tietokonesimulaatioihin, ja osoittautui uudessa tutkimuksessa vääräksi (2).
Planeettojen koostumuksen tutkiminen perustuen suureksi osaksi vain kahteen numeroon, tietoon niiden fyysisestä koosta ja massasta, on suunnattoman hankalaa mutta onneksemme TRAPPIST-1 -järjestelmästä voi saada tietoa muillakin keinoilla. Ensimmäinen vinkki saadaan mittaamalla järjestelmän planeettojen keskinäistä vuorovaikutusta, kun planeetat kulkevat tähden editse joitakin minuutteja säännöllistä ajankohtaa aiemmin tai myöhemmin.
Kuten kaikki maailmankaikkeuden kappaleet, planeetat vaikuttavat myös toistensa ratoihin vetovoimansa välityksellä. Erityisesti ollessaan lähekkäin, ne heilauttavat toisiaan eri suuntiin tehdessään lähiohituksia radoillaan. Silloin tiheästi pakattujen planeettakuntien kappaleet vilahtavat vuoroin hiukan etuajassa tähtensä pinnan editse, vuoroin ne saapuvat himmentämään tähteään aavistuksen myöhässä. Efekti on pieni verrattuna tyypilliseen ylikulun tunnin tai parin kestoon mutta se on mainiosti havaittavissa määrittämällä jokaisen ylikulun keskiajankohta, eli hetki, jolloin planeetta on kaikkein lähimpänä tähden kiekon keskikohtaa. TRAPPIST-1 -järjestelmän planeetoilla heilahtelu on mainiosti erotettavissa johtuen planeettojen ratojen lähekkäisyydestä ja siitä, että ylikulkuja on havaittu useita. Ilmiö auttaa saamaan tietoa siitä, kuinka stabiili järjestelmä on kyseessä ja kuinka pieni heilahdus planeettojen radoissa suistaisi planeettakunnan kaaokseen. Tuoreessa julkaisussaan, Bordeauxin yliopiston Sean Raymond kollegoineen suoritti tarvittavat laskelmat (2).
TRAPPIST-1 -järjestelmän planeetat ovat resonoivilla radoilla. Se on tähtitieteilijöiden jargonia ja tarkoittaa vain sitä, että järjestelmän vierekkäisten planeettojen kiertoaikojen suhde vastaa erittäin tarkasti joidenkin kahden yksinkertaisen kokonaisluvun suhdetta. Tilannetta voi kuvata yksinkertaisella numerosarjalla 24:15:9:6:4:3:2 — kun uloin planeetta kiertää tähden 2 kertaa, toiseksi uloin suorittaa 3 ratakierrosta. Samassa ajassa kaikkein sisin planeetta kiertää tähden ympäri peräti 24 kertaa ja toiseksi sisin 15, mikä saa ne muodostamaan keskenään harvinaisen 8:5 resonanssin. Uloimpien planeettojen 3:2 resonanssi puolestaan on varsin tyypillinen tiiviisti pakattujen planeettojen järjestelmissä. Rataperiodien suhde taas vastaa hyvin tarkkaan kokonaislukujen suhdetta, koska järjestelmä on dynaamisesti stabiilimpi ollessaan resonanssissa. Silloin pienetkin heilahdukset planeettojen radoissa tulevat korjatuksi resonanssiketjun ratoja vakauttavan vaikutuksen ansiosta. Mutta liian suuri heilautus suistaisi planeettakunnan kaaokseen ja hajottaisi sen. Raymondin tutkimusryhmän tulosten mukaan vain oman kuumme kokoisen kappaleen vuorovaikutus riittäisi siihen.
Planeetat päätyvät tiiviiksi ryppäiksi resonoiville radoille jo planeettakunnan synnyn alkuvaiheissa, kun tähden ympärillä on vielä kertymäkiekoksi kutsuttu muodostelma kaasua ja pölyä. Kaasun kitka hidastaa planeettojen ratanopeuksia ja ne siirtyvät hiljalleen kohti tähteään. Aivan tähden läheltä kaasu ja samalla kitkavoimat kuitenkin puuttuvat, joten kiekon sisäreunan saavutettuaan sisin planeetta ei enää liiku sisemmäksi. Sitä ulommat planeetat taas päätyvät niin lähelle toisiaan kuin voivat, koska rataresonanssit sisempien planeettojen kanssa tuottavat kitkaa vastustavan voiman. Syntyy vain juuri ja juuri stabiileja, tiiviitä planeettaryppäitä, joiden tulevaisuus on veitsenterällä.
Pitkien resonanssiketjujen kestävyys on heikkoa ja niiden esiintyminen planeettakunnissa on kohtuullisen harvinaista. Ne voivat rikkoutua helposti — TRAPPIST-1 -järjestelmän tapauksessa vain Kuun verran materianvaihtoa riittäisi järjestelmän muuttumiseen kaoottiseksi. Sellaista massanvaihtoa järjestelmässä ei siis ole tapahtunut, joten planeetat eivät ole myöskään saaneet merkittävää määrää lisämassaa esimerkiksi komeettojen törmäyksien myötä. Koska komeetat ovat koostuneet juuri niistä helpoiten haihtuvista aineksista, pääasiassa vedestä sen kiinteässä olomuodossa, vettä ei ole voinut kulkeutua planeettojen pinnoille merkittäviä määriä muodostumisen jälkeen, vaan sen on täytynyt olla osa planeettojen koostumusta jo niiden syntyajoista asti.
Tilanne on ongelmallista selittää. Vastasyntyneet tähdet ovat kuumia ja aktiivisia ja haihduttavat keveät molekyylit kuten veden nopeasti läheltään. On siis mahdotonta, että planeetat olisivat muodostuneet vesipitoisiksi lähellä nykyisiä ratojaan. Toisaalta, vettä ei ole voinut kulkeutua niiden pinnoille riittävissä määrin myöskään myöhemmissä vaiheissa, koska herkän resonanssijärjestelmän rakenne olisi tuhoutunut. Silloin jää vain kaksi realistista vaihtoehtoa. Joko planeetat ovat kuivia ja niiden rautaytimet ovat pienemmät kuin Maalla ja Venuksella tai planeetat muodostuivat kauempana tähdestään ja ovat vaeltaneet radoilleen etäisyyksiltä, joilta vesi ei ehtinyt koskaan haihtumaan edes tähden oltua nuorena kirkkaampi ja kuumempi. Vailla runsaita määriä vettä, TRAPPIST-1 -järjestelmän planeetoista uloimmat saattavat olla kuin Marsin suurikokoisia vastineita. Vastaavasti, kaksi sisintä järjestelmän maailmaa muistuttavat luultavasti suureksi osaksi Venusta. Planeetoista d ja e taas ovat pintalämpötiloiltaan eniten maankaltaisia mutta niiden pienempi massa, tiheys ja koko tekevät niistä hyvin omanlaisiaan maailmoja (Kuva 2.). Emme voi siksi sanoa aivan varmasti ovatko järjestelmän planeetat elinkelpoisia siinä mielessä kuin termin käsitämme suhteessa omalta planeetaltamme havaittuun elämään — suhteessa sopivan lämpöiseen kiviseen pintaan, jonka päällä vesi pääsee virtaamaan vapaasti. Ehkäpä juuri pinnan elinkelpoisuuden vaatimukset eivät täyty mutta planeetat ovat silti pinnanalaisen mikrobiston valtaamia kuten Maakin.
Saamme runsaasti uutta tietoa TRAPPIST-1 -järjestelmän planeetoista aivan lähitulevaisuudessa, kun tuoreeltaan avaruuteen laukaistu James Webb -avaruusteleskooppi kykenee havaitsemaan sen planeettojen kaasukehien koostumuksia. On mahdollista selvittää kaasukehien kemiallisia tasapainotiloja ja saada jopa merkkejä siitä, onko elämä voinut muokata niiden ominaisuuksia aineenvaihdunnallaan. Vaikkemme varmaankaan kykene näkemään varsinaisia biomarkkereita, saamme silti paljon nykyistä kattavamman kuvan planeettojen ominaisuuksista, niiden vesipitoisuudesta ja kehityshistoriasta — sekä siitä, kuinka elinkelpoinen planeettojen kokoelma TRAPPIST-1 -järjestelmä oikein on.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lisää aiheesta
Lähteet
- Agol et al. 2021. Refining the Transit-timing and Photometric Analysis of TRAPPIST-1: Masses, Radii, Densities, Dynamics, and Ephemerides. The Planetary Science Journal, 2, 1.
- Raymond et al. 2021. An upper limit on late accretion and water delivery in the TRAPPIST-1 exoplanet system, Nature Astronomy.
Universaaleja eksobiologian lainalaisuuksia
Kiinnostuksen kohteenani ovat jo pitkään olleet tieteiselokuvien ja -kirjallisuuden kuvaukset vieraiden planeettojen organismeista, eläimistä ja kasveista. Niiden moninaiset muodot voivat varmasti olla hämmästyttäviä niin ulkomuodoiltaan kuin muiltakin sopeumiltaan, jos sellaisia joskus pääsemme tarkastelemaan ja ihastelemaan. Mutta biologialla on rajansa ja organismien aineenvaihduntaa ja muotoa ohjaavat biokemian ja fysiikan moninaiset lainalaisuudet, jotka ovat samoja maailmankaikkeutemme jokaisessa kolkassa. Siksi voidaan odottaa elollisten organismienkin muistuttavan toisiaan kautta universumin — ainakaan ne eivät voi rikkoa fysiikan lakeja ja tuottavat luultavasti hyvinkin samankaltaisia sopeutumia samankaltaisiin elinympäristöihin.
Jo oman planeettamme miljoonat elävät organismit tarjoavat hämmästeltäväksemme niin erikoisia lajeja ja tapoja järjestää aineenvaihdunta, lisääntyminen ja selviytyminen, että jotkin harvemmin nähdyt muodot ovat kuin toiselta planeetalta. Esimerkistä käyvät vaikkapa merenpohjan mustien savuttajien synkät suomujalkaiset etanat, jotka ovat sopeutuneet kestämään kovaa painetta ja arvaamattomia lämpötilavaihteluita — mustien savuttajien mineraaleilla kyllästetty vesi voi yltää jopa 400 Celciusasteen lämpötiloihin. Etanat suojautuvat raudasta valmistetun haarniskansa sisään ja elävät ankarissa olosuhteissa symbioosissa veteen liuenneista mineraaleista energiaa tuottavien mikrobien kanssa, luultavasti kuljettaen jatkuvasti mikrobisymbioottejaan ravinteikkaamman veden äärelle. Kyseessä on ainoa tunnettu haarniskaan pukeutuva etanalaji mutta sen esi-äidit olivat huomattavan yleisiä kambrikaudella, monisoluisten eläinten esiinmarsin aikaan. Sopeumiensa vuoksi rautahaarniskaan pukeutunut nilviäinen on kuitenkin uhanalainen. Se voi rakentaa rautaiset suomunsa vain raudalla kyllästetyssä merivedessä, jota sattuu esiintymään juuri niillä merenpohjan alueilla, jotka ovat ihmiskunnan kannalta kiinnostavan rikkaita malmiesiintymiä.
Merenpohjan mustien savuttajien etanat on kuitenkin valittu tarkoitushakuisesti esimerkkilajiksi. Vastaavia organismeja voisi ehkä esiintyä Aurinkokunnan moninaisten jääpinnan peittämien kuiden valtamerissä, jos niiden pohjalla vain on mustia savuttajia muistuttavia elinympäristöjä. Ja miksei olisi — jättiläisplaneettojen jäisiin kuihin vaikuttavat suuret vuorovesivoimat, jotka saavat niiden kymmenien kilometrien paksuiset jääkuoret halkeilemaan. Prosessissa syntyy lämpöä myös syvemmällä kuiden sisuksissa ja se saattaa mainiosti riittämään geologisen aktiivisuuden aikaansaamiseen valtamerten pohjiin. Silloin taas on mahdollista, että haarniskoitua etanaamme muistuttavat eläimet muodostavat osan myös näiden jääkuorten alaisia biosfäärejä.
Tutkijat eivät kuitenkaan luota spekulaatioihin, vaan ovat jopa keksineet keinoja tutkia vieraan elämän ominaisuuksia. Tilanne voi kuulostaa uskomattomalta — emmehän ole havainneet edes merkkejä elämästä muualla, puhumattakaan siitä, että olisimme voineet tarkastella sitä lähemmin. Se ei ole kuitenkaan tutkijoille kuin hidaste. Voimme vetää johtopäätöksiä siitä, mitä tiedämme yleisellä tasolla elämän ominaisuuksista. Tiedämme esimerkiksi sen, että maanulkopuoliset eliöt kokevat evoluutiota.
Suurin biosfääriä muokkaava voima on varmasti evoluutio. Itse asiassa, evoluutioprosessin olemassaolo on niin perustavanlaatuinen, että voidaan ajatella sen sisältyvän määrittelyyn siitä, mitä elämä on. Elämää on koetettu määritellä useiden tutkijoiden toimesta mahdollisimman kattavalla tavalla mutta vaikka määritelmät aina suunnitellaan soveltumaan johonkin tiettyyn tarkoitukseen, niiden on havaittu tyypillisesti sisältävän yhden merkittävän tekijän: itsensä kopiointia variaatioilla (1). Se taas muodostaa evoluution toiminnan kulmakiven ja käynnistää luonnonvalinnaksi kutsumamme prosessin. Voidaan sanoa, että elämää ei ole ilman evoluutiota — vastaavasti, evoluutiota on vain, jos on eläviä organismeja.
Evoluutio liittyy erottamattomalla tavalla elämän olemassaoloon ja luonteeseen. Jos jossakin on eläviä organismeja, voidaan heti päätellä, että ne ovat sopeutuneet elinympäristöönsä, vaikkakin sopeutumiseen käytettävissä ollut aika saattaa olla hämärän peitossa. Jos Marsin pintakerroksissa on mikrobeja, ne ovat varmasti sopeutuneet planeetan kylmiin, hapettomiin ja klooripohjaisten myrkkyjen kyllästämiin olosuhteisiin. Ne ovat lisäksi sopeutuneet kestämään kuivumista veden ollessa planeetan pinnan lähettyvillä harvinaista ainakin nestemäisessä olomuodossaan. Vastaavasti, Europan jääkuoren alla elämä, jos sitä on olemassa, on sopeutunut merellisessä ympäristössään pimeyteen ja valtavaan paineeseen. Syy on suorastaan tautologinen: ne organismit, jotka ovat olleet sopeutuneimpia, ovat tuottaneet todennäköisimmin lisääntymiskykyisiä jälkeläisiä. Sen seurauksena elämä on aina sopeutunut olosuhteisiin, joissa sitä esiintyy. Ei ole muutakaan vaihtoehtoa ja biologian näennäisessä kaaoksessa mikään ei ole loogista ilman evoluutiota.
Evolutiivisen sopeutumisen seurauksena elävät organismit tekevät samankaltaisia asioita selvitäkseen samankaltaisissa olosuhteissa. Esimerkiksi Maapallon pinnalla suuressa roolissa on Auringon valo. Valaistussa elinympäristössä pienetkin mahdollisuudet saada tietoa ympäristöstä valon avulla ovat olleet merkittävänä tekijänä evoluutiohistorian saatossa. Siten silmäksi kutsuttujen valon aistimiseen soveltuvien elinten tiedetäänkin kehittyneen planeetallamme ainakin 40 kertaa toisistaan riippumatta. On loogista ajatella, että elävät organismit ovat sopeutuneet käyttämään näkyvää valoa hyväkseen muillakin planeetoilla, jos sellaista vain on saatavilla niiden pinnoilla.
Koko biosfääri on täynnä esimerkkejä tästä konvergentista evoluutiosta. Merten ravintoketjujen huiput, hammasvalaat, hait ja runsaat 200 miljoonaa vuotta sitten eläneet ichthyosaurukset sopeutuivat samankaltaiseen aktiivisen saalistajan rooliin eri lähtökohdista ja lopputuloksena oli samankaltaisia virtaviivaisia, saalistukseen erikoistuneita muotoja. Evoluutio tietenkin vain muokkaa sitä geneettistä materiaalia, jota on saatavilla mutta konvergentti evoluutio on yksi merkittävimpiä sopeutumisen teemoja maapallolla ja se toistuu taksonista toiseen eri aikakausina ja eri ominaisuuksien tai niiden yhdistelmien suhteen. Siksi voimme arvella osaavamme ennustaa evoluution tuotoksia myös muualla — fysikaaliset reunaehdot vaikuttavat samalla tavalla evoluutioon kaikkialla ja suosivat virtaviivaisia muotoja saaliiden täyttämissä merissä ja valon havaitsemiseen erikoistuneita elimiä valaistuissa elinympäristöissä.
Elämän edellytykset
Elävät organismit tarvitsevat ympäristön, jossa on saatavilla energiaa ja erilaisten rakennemolekyylien valmistamiseen soveltuvaa orgaanista ainetta. Energia voi olla monessa eri muodossa, kuten säteilyenergiana, lämpötilagradienttina, radioaktiivisena hajoamisena tai vaikkapa kemiallisiin sidoksiin varastoituneena energiana. Tärkeintä kuitenkin on, että energia on organismeille hyödynnettävissä olevassa muodossa ja ne voivat vapaan energian avulla ylläpitää omaa järjestynyttä rakennettaan, minimoiden paikallisesti entropian ympäristönsä kustannuksella. Entropian minimoinnilla viitataan siihen, että eläviä organismeja yhdistää niiden pyrkimys järjestää atomit ja molekyylit tietyllä geneettisen informaation ja ympäristön reunaehtojen sanelemalla tavalla. Se taas tarkoittaa elävän ja elottoman aineen rajapintojen rakentamista ja elävän aineksen pakkaamista funktionaaliseksi kokonaisuudeksi esimerkiksi solukalvojen ja muiden rakenteiden sisälle.
Elämän kannalta energialla on vain välinearvoa. Se mahdollistaa aineksen muokkaamisen käyttökelpoiseen muotoon ja sitä tarvitaan, jotta epäjärjestyksestä voitaisiin synnyttää järjestystä termodynamiikan lakien mukaisesti. Järjestystä tarvitaan tietenkin siihen, että orgaaniset molekyylit saataisiin toimimaan kopioitumisen mahdollistavana koneistona, jotta ylipäätään olisi jotakin elävää erotuksena molekyylien satunnaisesta sopasta. Järjestyksen ja siihen kiinteästi liittyvän entropiaminimin ylläpitäminen taas tarkoittaa jatkuvaa taistelua säteilyn ja lämpöliikkeen hajottavaa vaikutusta vastaan. Siksi elolliset organismit sitovat sopivien energialähteiden energiaa kemiallisten rakenteidensa potentiaalienergiaksi ja ylläpitävät järjestystä satunnaisliikkeen aiheuttamaa tuhoa vastaan. Lämpöliike asettaa elämälle myös fysikaaliset rajat. Jos liike on niin suurta, että molekyylit hajoavat nopeammin kuin niitä voi valmistaa, elämää ei luonnollisestikaan voi esiintyä. Vastaavasti, jos lämpöliikettä on liian vähän, kemialliset reaktiot tapahtuvat liian hitaasti ja elämän koneisto ei voi toimia.
Elämä on pohjimmiltaan varsin tylsä asia: se on biokemiallinen koneisto, jonka tarkoituksena on varmistaa sen itsensä kopiointi. Mitään varsinaista syytä kopiointiin taas ei ole. On vain se tautologia, että ne elämänmuodot, jotka onnistuivat kopioinnissaan parhaiten, ovat olemassa niiden sijasta, jotka onnistuivat heikommin. Se on koko elämän salaisuus ja evoluution vastaus tärkeimpään kysymykseen elämän tarkoituksesta.
Elävät organismit pyrkivät varmistamaan toimintansa sulkeutumalla fyysisen, itse rakentamansa rajapinnan sisään. Meillä ihmisillä se rajapinta on iho ja monet muut kudokset, joilla olemme pinnoitettuja, mutta pohjimmiltaan sen rajapinnan tarjoaa solukalvo. On oikeastaan mahdotonta kuvitella elämään ilman sen biokemiallista koneistoa sisäänsä sulkevaa rajapintaa, koska biokemia vaatii toimiakseen sen, että hyödyllisten molekyylien konsentraatio on riittävän suurta, jotta ne voivat vuorovaikuttaa keskenään. Vailla solukalvoa elämä ei kykene olemaan elävää yhtään sen enempää kuin solukalvojen sisältämän biokemian kaataminen kylpyammeeseen on elävää.
On kuitenkin mahdollista, että joskus on ollut toisin. Ehkäpä ensimmäiset protosolut, solujen muinaiset esiasteet, syntyivät huokoisessa vulkaanisessa kallioperässä hyödyntämään lämpö- ja energiavirtoja, joita geologisesti aktiivinen merenpohja tarjoaa. Silloin elävät molekyylikoneistot syntyivät luonnollisesti huokoisen kiven sisään konsentroituneista molekyyleistä, josta ne pääsivät vapaaksi vasta kyettyään ylläpitämään suojaavia lipidikalvoja ympärillään. Ajatusta on ehkäpä mahdotonta varmentaa mutta tiedämme, että mikrobit valloittivat meret ja arvatenkin myös planeettamme kuorikerroksen heti synnyttyään. Ehkäpä tapahtumaketjut ovat olleet muuallakin samankaltaisia. Vaikka yhteyttäviä eliöitä tai monisoluisia organismeja ei ehkä synnykään kovin helposti, elämä on kuitenkin valloittanut oman planeettamme kaikki mahdolliset kolkat lähes välittömästi, kun solut muodostuivat planetaarisen historiamme aamunkoitossa. Silloin toisilla planeetoilla ja olosuhteiltaan elämälle soveltuvilla taivaankappaleilla saattaisi vain olla niin, että aamunkoitto oli pidempi.
Yksi oleellinen elämää määrittävä tekijä on geneettinen informaatio. Sen tarkoituksena on tallentaa biokemiallisen koneiston rakennusohjeet, jotta kopiointi ja siten lisääntyminen onnistuisivat. Soluille ongelma on tietenkin siinä, että rakennetta ylläpitävä ja toimintaa ohjaava informaatio on kopioitava aina solun jakautuessa, koska muutoin vain toinen syntyneistä ”tytärsoluista” olisi informoitu toimimaan tavalla, jota kutsutaan elämäksi. Koska informaation siirtyminen jälkipolville on siten välttämättömyys, on myös maanulkoisella elämällä oltava jonkinlainen järjestelmä, jolla tarvittava informaatio on pakattuna molekyylien rakenteeseen.
Informaatio ei kuitenkaan voi olla säilyvyydeltään täydellistä, koska se olisi ristiriidassa koko elämän perusominaisuuden kanssa. Variaatioiden synnyn on oltava mahdollista. Muutoin jokainen organismi on toistensa kopio ja evoluutioprosesseilla ei ole materiaalia, mistä valita. Vain variaatio, populaatioiden ja lajien yksilöiden moninaisuus mahdollistaa koko evoluutioprosessin ja siten elämän olemassaolon.
Mutta elämällä on vielä yksi kiistämätön ominaisuus, joka on varmasti yhtä universaalia kuin se on meille tuttuakin. Elävät organismit kykenevät reagoimaan ympäristöönsä. Aivan kuten antiloopit havaitsevat saalistavan pedon ja reagoivat sekunnin murto-osassa loikkaamalla pois vaaran edestä, organismit pienimmistä arkeoneista suurimpiin jättiläispunapuihin reagoivat ympäristöstään saamiinsa signaaleihin. Ovat ne sitten kemiallisia, visuaalisia tai laadultaan muunlaisia, kaikki elämä reagoi signaaleihin maksimoidakseen ravinnonsaantinsa, selviytymisensä ja lisääntymistehokkuutensa. Muulla tavalla ei edes voisi olla, koska ympäristöönsä parhaalla tavalla reagoineet yksilöt ovat kautta evoluutiohistorian saaneet keskimääräistä enemmän lisääntymiskykyisiä jälkeläisiä maksimoiden kantamiensa geenien alleelifrekvenssin uusissa sukupolvissa. Siksi autiomaan kukat kukkivat vain harvinaisten sateiden jälkeen, mikrobit liikkuvat siimojensa avulla kohti ravintoaineiden suurempia pitoisuuksia ja koivut kasvavat kohti valoa. Ympäristön havaitseminen ja sen tarjoamiin signaaleihin reagointi liikkeen avulla on jopa niin perustavanlaatuinen elämän ominaisuus, että käytämme sitä intuitiivisesti sen erottamiseen, mikä on elävää ja potentiaalisesti vaarallista ja mikä kuollutta ja vaaratonta. Olemme näennäisestä kehityksestämme huolimatta edelleen taitavia havaitsemaan liikettä tarkkaillessamme vaistonvaraisesti ympäristöämme aivan kuten muutkin potentiaaliset saalislajit ovat tehneet kautta aikojen.
Elävät organismit myös kasvavat. Mikrobikolonnat kasvavat niiden yksittäisten jäsenten jakautuessa ja tuottaessa itsestään kopioita. Monisoluisten organismien solut tekevät samaa mutta rakentavat jakautuessaan itselleen ulkoisia tukirankoja kuten puiden selluloosakuidut, korallien kalkkikivet tai ihmisten erilaiset kudokset. Monisoluiset organismit eivät tyypillisesti voi lisääntyä jakautumalla, joten ne tuottavat sen sijaan pienempiä sukusoluja, jotka ryhtyvät jakautumaan vimmaisesti kasvattaen solumääräänsä ja rakenteitaan ja tuottaen lopulta vanhempansa kaltaisen organismin. Kasvu on varmasti yksi elämän universaaleja ominaisuuksia, mutta sekään ei ole elämälle uniikki ominaisuus koska myös hiekkadyynit ja savikiteet kasvavat.
Lopulta, elämää yhdistää kemiallinen kompleksisuus, mitä lähelle elottomassa maailmassa ei päästä koskaan. Yksinkertaisimmatkin solut ovat niin valtavan paljon monimutkaisempia rakennelmia kuin mitkään elottomat kompleksit, että voimme sanoa monimutkaisten rakenteiden olevan yksi elämän universaaleja tunnusmerkkejä. Syytkin ovat tietenkin ilmeisiä. Jotta organismi kykenee lukemaan koodattua informaatiota, rakentamaan ja ylläpitämään rakenteensa sen mukaisesti, reagoimaan ympäristönsä ärsykkeisiin ja kopioimaan itsensä lähes täydellisesti, sen täytyy olla valtavan kompleksinen biokemiallinen kone. Emme vain voi ennustaa koneen tarkkaa koostumusta ja toimintaa.
Pääsemme pitkälle vain pohtimalla sitä, mitkä ominaisuudet erottavat elävän elottomasta ja mitä ominaisuuksia elävillä organismeilla on universaalisti oltava. Mikään ei kuitenkaan auta ennustamaan miltä maanulkopuolinen elämä näyttää, jos sitä joskus onnistumme havaitsemaan. Yksi syy on siinä, että jo Maapallolla elämä tekee kaikki yritykset edes määritellä itseään epätäydellisiksi. Jokainen rajapinta, jonka koetamme asettaa erottaaksemme elävän ja elottoman toisistaan osoittautuu lähemmässä tarkastelussa vain karkeaksi approksimaatioksi, jonka molemmin puolin elävät organismit kuitenkin onnistuvat selviytymään. Vaikka olemme lukumäärällä mitattuna virusten planeetalla, ei viruksilla ole aineenvaihduntaa tai edes tarvetta energialle ollessaan solujen ulkopuolella. Ne vain ovat, kuin elottomina orgaanisten molekyylien muodostamia pölyhiukkasia. Kiistatta ne kuitenkin onnistuvat tuottamaan kopioita itsestään infektoidessaan soluja ja ovat evoluutiolle alttiina mutta yksinään ne eivät sovi elämän määrittelyyn. Viruksilla ei edes ole soluille tyypillistä kalvorakennetta, jonka sisään ne sulloisivat tarvitsemansa biokemian. Ne ovat kuolleita yksinään, elossa hallitessaan solun koneistoa, keskimäärin keikkumassa jossakin elävän ja elottoman rajamailla.
Elävä biokemia
Ei ole mitään takeita, että onnistuisimme tunnistamaan vieraan elämän eläväksi tehdessämme siitä havaintoja. Se voi esimerkiksi käyttää aineenvaihdunnassaan prosesseja ja reaktioketjuja, joita Maan elämä ei käytä. Silloin vieraan elämän aineenvaihduntatuotteiden etsintäkin olisi neulan etsimistä lukemattomien erilaisten orgaanisten molekyylien heinäsuovasta. Mutta on painavia syitä arvella, että biokemiallisia yhteneväisyyksiäkin esiintyy ja meillä on ainakin jonkinlainen aavistus siitä, mitä tarkalleen tulisi etsiä.
Vettä ei turhaan kutsuta universaaliksi liuottimeksi. Se on maailmankaikkeuden yleisin yhdiste ja muodostaa jo omassa Aurinkokunnassamme oman planeettamme merten lisäksi valtavan kirjon erikokoisia kuiksi kutsuttuja kappaleita ja komeettoja. Lukuisista Aurinkokunnan sekundäärisistä planeetoista moni, kuten Jupiterin systeemin Europa, Ganymedes ja Callisto ja vaikkapa Saturnuksen Enceladus ja Titan, koostuu suurelta osaltaan vesijäästä. Vettä havaitaan rutiininomaisesti myös avaruuden molekulaarisista pilvistä, jotka ovat uusien tähtien ja planeettakuntien syntysijoja. Joidenkin eksoplaneettojenkin kaasukehistä on havaittu vesimolekyylejä, vaikka havaintotekniikkamme ovatkin vielä lapsenkengissään. Pelkkä veden yleisyys ei kuitenkaan tee siitä merkittävää molekyyliä elämän kannalta. Oleellista on veden kyky liuottaa erilaisia aineita laajalla skaalalla ja muodostaa niille media, jossa kemialliset reaktiot pääsevät tapahtumaan kunhan vain reagenssien pitoisuus kasvaa riittävän suureksi. Orgaaninen kemia onkin valtaosaltaan juuri vedessä tapahtuvaa kemiaa.
Toisinkin kuitenkin voi olla. Esimerkiksi Titanin pinnalla vesijää muodostaa ”kallioperän”, jonka päällä nestemäinen metaani virtaa järvisenä maisemana (Kuva 3.). On mahdollista, että erilaisissa kemiallisissa ja fysikaalisissa olosuhteissa elämän mahdollistavana liuottimena toimiikin jokin muu yleinen molekyyli, kuten juuri metaani. Ongelmana vain on, että symmetriset molekyylit kuten metaani eivät ole polaarisia ja liuottavat siksi huomattavasti heikommin erilaisia molekyylejä kuin monipuolinen ja epäsymmetriansa vuoksi polaarinen vesimolekyyli. Riittävän rikkaan kemian mahdollisuus on siksi heikentynyttä metaanijärvissä. Ammoniakkia on ehdotettu yhdeksi mahdolliseksi liuottimeksi polaarisuutensa vuoksi ja siksi, että sillä on kemiallisia samankaltaisuuksia vesimolekyylin kanssa. Mutta olosuhteista, joissa ammoniakki esiintyy nestemäisenä, ei ole havaittu merkkejä ainakaan Aurinkokunnastamme, mikä viittaa sellaisten ympäristöjen harvinaisuuteen.
Erilaisten biologisten molekyylien ja muiden rakenteiden valmistaminen on helpointa käyttämällä hiiliatomeista koostuvia runkoja. Syykin on ilmeinen: hiiliatomit voivat muodostaa kompleksisia ketjuja ja muodostavat helposti sidoksia muiden yleisten atomien, kuten vedyn, hapen ja typen kanssa. Planeettamme elämä pohjautuu juuri hiiliatomien ketjuuntumiseen ja siten monipuoliseen kemiaan. Kun elottomia yhdisteitä tunnetaan vain noin puoli miljoonaa, orgaanisia hiilen yhdisteitä on tiedossa lähes 40-kertainen määrä. Vaikka voidaankin spekuloida muuhun kuin hiileen pohjautuvan elämän olemassaololla, hiilipohjaisen kemian moninkertainen diversiteetti tekee hiilipohjaisen elämän muuallakin yksinkertaisesti todennäköisimmäksi tavaksi järjestää kemiallisia komplekseja siten, että ne kopioivat itseään variaatioilla ja kokevat evoluutiota.
Hiilen orgaanista kemiaa esiintyy lisäksi valtavasti oman planettamme ulkopuolella. Monimutkaisia hiilipohjaisia molekyylejä on havaittu suuria määriä tähtienvälisestä aineesta, siitä materiasta, josta tähdet ja planeetat saavat alkunsa. Pitkäketjuisten hiilivetyjen merkkejä löytyy likimain kaikista tähtienvälisistä molekulaarisista pilvistä ja Aurinkokunnan komeettojen aineksessa on jopa mukana suuri määrä erilaisia aminohappoja — orgaanisia molekyylejä, joista planeettamme elämän proteiinit koostuvat. Maapallolla havaittavan elämän peruskomponentit, informaatiota säilövät rakenteet, rakennusaineet ja biokemiallisten reaktioiden media, ovat siten saatavilla kaikkialla meitä ympäröivässä avaruudessa. Samankaltaiseen elävään biokemiaan on siten mahdollisuus kaikkialla maailmankaikkeudessamme, missä fysikaaliset olosuhteet vain sallivat universaalin liuottimen esiintymisen nestemäisessä muodossaan. Juuri siksi tähtitieteilijät ovat kiinnostuneita etsimään eksoplaneettoja, joiden pinnalla voisi esiintyä nestemäistä vettä Maapallon tapaan. Ne ovat tietojemme mukaan vähintäänkin todennäköisimpiä paikkoja maanulkoisen elämän esiintymiselle.
Elämä muualla voi olla hyvinkin poikkeavaa siitä, mitä olemme tottuneet näkemään omalla planeetallamme. Se noudattaa silti tuntemiamme elämän universaaleja lainalaisuuksia, jotka kaitsevat kaikkea, mikä kokee evoluutiota ja on siis elävää. Se on sidottu fysikaalisiin ja kemiallisiin lainalaisuuksiin, jotka kontrolloivat kaikkea tuntemassamme universumissa. Ei ole silti varmaa, että edes tunnistaisimme maanulkoisen elämän eläväksi sen kohdatessamme. Sitä vaikeutta kuvastavat jo ongelmat määritellä mitä esimerkiksi Marsin pinnalla tai sen alla pitäisi havaita, jotta voisimme sanoa löytäneemme merkkejä marsilaisista mikrobeista. Eksoplaneettojen suhteen etsintämme ei puolestaan ole päässyt vielä edes vauhtiin. Uskallan kuitenkin ennustaa, että siitä muodostuu yksi vuosisadan suurimmista tieteellisistä seikkailuista.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lisää aiheesta
Lähteet
Kun kuvaamme maailmoja
Valonsäde jätti taakseen planeetan pinnan, sen meret täynnä vesikasveja, planktonia ja saalistajia korjaamassa niiden satoa, sekä vihreän kasvillisuuden peittämät mantereet vuoristoineen, järvineen, jokineen ja tasankoineen. Säde pakeni läpi planeettojenvälisen avaruuden, planeettakuntansa ulkopuolelle ja tähtienväliseen avaruuteen, suunnilleen kohti tavallista, vaatimatonta keltaista valoa loistavaa tähteä jossakin kaukana, galaksin reunamilla. Tähti ei ollut millään tavalla erikoinen, vaan aivan tavallinen keltainen kääpiötähti siinä suunnilleen kahdensadan miljardin muun tähden joukossa, jota kutsumme Linnunradan galaksiksi.
Kyseessä oli varsin onnekas sattumus. Valonsäde olisi varsin hyvin voinut heijastua tai taittua mihin tahansa suuntaan kulkiessaan planeetan tuulisen ja turbulenttisen, pääosin happea ja typpeä sisältävän kaasukehän läpi. Mutta siinä tapauksessa jokin toinen valonsäde olisi luultavasti ottanut sen paikan, koska fotonit, massattomat hiukkaset, joista valo koostuu, ovat lukuisampia kuin bakteerit hiekanjyvien pinnoilla miljoonalla hiekkarannalla.
Planeettojen pinnat heijastavat valoa tavallisesti oikein hyvin. Ne jopa säteilevät itse, vaikkakin ihmissilmälle näkymättömällä aallonpituusalueella, jota kutsutaan lämpösäteilyksi. Se tekee planeetoista signaalien lähettäjiä, jos vain joku haluaa ottaa asiakseen tulkita valonsäteisiin kirjoitettuja viestejä. Tähtitieteilijät ottavat. He ovat siinä ammattilaisia.
Valonsäde matkasi itsevarmasti eteenpäin, halki tähtienvälisen avaruuden. Se oli menossa kohti Maata, joka kiersi radallaan rauhallisesti Aurinkoa täysin tietämättömänä tulevasta kohtaamisesta. Maapallolla vuodet kuluivat mutta valonsäde ei vanhentunut eikä muuttunut. Fotoneille, sähkömagneettisen vuorovaikutuksen välittäjähiukkasille, joiden virtaa kutsumme arkisesti valoksi, aika ei merkitse mitään. Valonsäteet matkaavat kaikkialle ainaisella huippunopeudella, jota kovempaa mikään ei voi liikkua, ja omasta mielestään ne lähtevät liikkeelle ja saapuvat perille samalla hetkellä. Ne ovat löytäneet ikuisen nuoruuden lähteen eivätkä koskaan vanhene kuten kaikki varsinaisen aineen monimutkaiset muodot — ihmiset, männyt ja tähdet. Nopeus on niiden pakoreitti vanhuuden vaivoista.
Muut fotonit törmäilivät epäonnisina atomeihin ja molekyyleihin tähtienvälisellä matkallaan mutta meidän valonsäteemme, kuten sen lukemattomat kumppanitkin, selvisivät pitkästä avaruusmatkastaan vahingoittumattomina. Valonsäteen reitti taipui hiukan, sillä aika-avaruus itsekin taipuu kaikkien massallisten kappaleiden ympärillä, ja reitin lähettyvillä oli lukuisia massiivisia tähtiä. Mutta reitin pienet muutokset jäivät kaikilta havaitsijoilta huomaamatta, vaikka tarkkaavaisuuden puutteesta heitä ei voikaan syyttää.
Valonsäteemme oli yksi onnekkaimmista vielä saapuessaan Maan pyörteilevään ja vesihöyryn ja otsonin, sekä monien muiden molekyylien ja yhdisteiden, kyllästämään ilmakehään, joka esti suurta osaa muista fotoneista saapumasta perille. Säteellä oli onnea, koska se koostui näkyvän valon fotoneista ja ilmakehä on näkyvän valon aallonpituuksilla läpinäkyvä toisin kuin infrapunan ja ultraviolettisäteilyn kohdalla sähkömagneettista spektriä. Näkyvän valon fotonit pääsevät lähes esteettä maanpinnalle asti. Mutta onnekkaita olivat myös tähtitieteilijät. Valonsäde osui heidän fotoneja keräävään laitteeseensa, jonka huomattavin komponentti on teleskoopin valtaisa pääpeili. Siitä valonsäteen fotonit heijastuivat toiseen pienempään peiliin ja edelleen monimutkaiseen prismojen, suodattimien ja linssien järjestelmään havaintolaitteen sisällä.
Fotonien loppu koitti ja niiden energia ja määrä rekisteröitiin tarkasti. Niiden energia käytettiin elektronien virittämiseen ja sähkövirran muodostamiseen, kun ne jättivät sähköisen nollia ja ykkösiä käsittävän jäljen digitaalikameran muistipiireihin. Se jälki puolestaan muokattiin digitaaliseksi kuvaksi ja tähtitieteelliseksi havainnoksi fotonien synnyinpaikasta.
Maapalloa muistuttavan eksoplaneetan suoraan kuvaamiseen johtava tapahtumasarja saattaisi sattua suunnilleen yllä kuvatulla tavalla. Kuvaamisessa onnistumiseen vain on todella pitkä matka — teknologiamme ei riitä pienten, kivisten eksoplaneettojen suoraan kuvaamiseen. Meillä ei ole laitteistoja, joilla voisimme havaita riittävän monta pienen kiviplaneetan pinnasta saapuvaa fotonia, jotta erottaisimme sen taustataivaasta. Ei ainakaan vielä. Suunnitteilla kuitenkin on instrumentteja, joilla maapallonkaltaisten eksoplaneettojen suora havaitseminen tulee mahdolliseksi. Ensin näemme ne muutamana pienenä pikselinä (Kuva 1.) ja lopulta, teknologian kehittyessä, teemme niille jo yksityiskohtaisia sääennusteita.
Jos saisimme maapallonkaltaisen eksoplaneetan edes yhden pikselin suuruiseen, mitättömältä vaikuttavaan kuvaan, saisimme siitä valtavat määrät informaatiota. Se ei tietenkään vastaa vaikuttavaa, yksityiskohtaista megapikselitason valokuvaa, jossa näkyvän planeetan valtaisaa kauneutta voisimme ihastella, mutta tähtitieteilijöille se yksikin pikseli — pelkkä juuri ja juuri näkyvä mitätön tuhru — tarjoaisi mahdollisuuden saada mittaamattoman arvokasta tietoa.
Proxima Centaurin järjestelmästä raportoitu toinen planeetta, Proxima c, on ehdottomasti yksi potentiaalisia kuvauskohteita. Vaikka on jo esitetty mahdollisuus, että Proxima c itse asiassa näkyy VLT:n SPHERE-instrumentin kuvassa, ja planeetan olemassaolo on varmistunut, ei ole varmaa, että kuvassa näkyvä anomalia on juuri Proxima c. Varmaa sen sijaan on, että Euroopan Eteläisen Observatorion rakenteilla oleva ”Erittäin suuri teleskooppi” (ELT) kykenee näkemään Proxima b:n ja c:n, sekä järjestelmän muut mahdolliset planeetat pikselin kokoisina tuhruina kuvissaan, joista itse Proxima Centaurin punaisen kääpiötähden loiste on peitetty. Se yksikin pikseli informaatiota lähitähteä kiertävästä planeetasta avaa ikkunan valtavaan määrään uutta informaatiota.
Proxima b:n tapauksessa tiedämme planeetasta vain sen minimimassan ja kiertoradan koon sekä muodon. Tarkkailemalla edes yhden pikselin kokoisen planeetan kuvan liikettä tähtensä ympäri, saisimme määritettyä planeetan ratatason avaruudessa ja siten planeetan todellisen massan. Sen lisäksi saisimme ensimmäisen arvion planeetan pinnan tai kaasukehän heijastavuudesta ja siten karkeasta koostumuksesta. Planeetan heijastamaa valoa ja sen muutoksia voisi tarkkailla udseiden ratakierrosten ajan, saaden tietoa mahdollisista planeetan vuodenaikojen aiheuttamista vaihteluista.
Yksikin pikseli tarjoaisi lisäksi mahdollisuuden mitata planeetan spektri — sen heijastaman valon aallonpituusjakauma. Silloin voitaisiin tarkastella planeetan kaasukehän tai pinnan koostumusta suoraan, mikä tarjoaisi ikkunan planeetan kaasukehän kemialliseen tasapainotilaan ja sen pinnan geologiaan. Ne taas kertoisivat planeetan koostumuksesta ja elinkelpoisuudesta tai -kelvottomuudesta enemmän kuin mikään muu havainto. Kaasukehän vuodenaikavaihteluiden seuraaminen olisi myös mahdollista.
Planeetan pyöriminen ja liike radallaan tähtensä ympäri antaisivat mahdollisuuden havaita planeettaa eri suunnista. Havaitessamme maankaltaista planeettaa, jonka pinta on osin veden ja jään ja osin aavikoituneiden tai kasvillisuuden peittämien mantereiden peitossa, näkisimme yhden pikselin keskiarvon planeetan pinnan koostumuksesta. Tarkkailemalla pikseliä eri aallonpituusalueilla, saisimme runsaasti tietoa planeetan pinnasta. Riittävästi tarkkailtuamme voisimme siten selvittää karkeasti jopa planeetan mantereiden ja merien jakautumaa ja ryhtyä suunnittelemaan sen pinnalle sopivia ilmastosimulaatioita huomioiden kaasukehän koostumuksen, mantereet, meret ja fysikaaliset olosuhteet, kuten tähden säteilyn intensiteetin ja pintalämpötilan. Saisimme mahdollisuuden muodostaa kokonaisvaltainen käsitys havaitun planeetan ulkonäöstä ja ominaisuuksista.
Olisi luultavasti mahdollista tarkastella myös sitä, onko elämä saanut jalansijan osana planeetan geokemiallista kiertokulkua. Maapallolla elämä on vuorovaikuttanut planeetan elottoman pinnan ja kaasukehän kanssa aina syntymästään saakka. Merkkeinä siitä on esimerkiksi vapaa happi, joka ilman sitä tuottavaa fotosynteesiä reagoisi nopeassa tahdissa mineraalien kanssa ja sitoutuisi yhdisteiksi, pois kaasukehästämme. Ensimmäisten yhteyttäjien tuottamasta hapesta ovat muistona vaikkapa kerrostuneet rautamuodostelmat, jotka ovat syntyneet hapen sitoutuessa meriveden rautaan ja kerrostuessa pohjaan rautaoksideiksi eli ruosteeksi. Samoin biologisten prosessien toiminnasta alkunsa saava metaani poistuisi nopeassa tahdissa kaasukehästä elämän hävittyä planeetaltamme, joten sen olemassaolo voidaan tulkita merkiksi elämästä tai ainakin geologisesta aktiivisuudesta.
Yhdestäkin pikselistä voisimme nähdä onko planeetan kaasukehässä vettä, hiilidioksidia, happea tai typpeä. Näkisimme ovatko elävät organismit vaikuttaneet sen koostumukseen ja mahdollistaneet vaikkapa vapaan hapen muodostumisen. Vaikka havaitsisimmekin marsinkaltaisen kuivan, vedettömän planeetan, jolla on lähes pelkästä hiilidioksidista koostuva kaasukehä, voisimme ainakin tehdä päätelmiä marsinkaltaisten planeettojen yleisyydestä maailmankaikkeudessa. Mars on sekin ollut nuoruudessaan vetinen, elinkelpoinen planeetta valtamerineen, jokineen ja järvineen.
Yksittäinen pikseli ja sen sisältämä informaatio voisi antaa viitteitä myös siitä, onko planeetalla kiertolaisina kuita, ympäröikö sitä rengasjärjestelmä, ja onko sen pyöriminen tosiaan lukkiutunut sen ratajaksoon siten, että planeetta näyttää aina saman puolen tähdelleen.
Suuret suunnitelmat
Tähtitieteilijät eivät tietenkään ole tyytymässä yhden pikselin kuvaan eksoplaneetoista. On esitetty suunnitelmia avaruusteleskooppien lähettämisestä Auringon muodostaman gravitaatiolinssin fokukseen, vähintään 550 AU:n etäisyydelle Aurinkokunnan kaukaisille laitamille. Silloin tulisi mahdolliseksi havaita lähimpien eksoplaneettojen pintaa aivan uudella tarkkuudella (1).
Pienen, noin metrin halkaisijaltaan olevan ja Auringon valon estävällä koronografilla varustetun avaruusteleskoopin avulla voitaisiin päästä suunnattomaan tarkkuuteen käyttämällä hyväksi sitä suhteellisuusteorian tarkasti ennustamaa tosiasiaa, että valo taittuu Auringon gravitaatiokentässä. Kun lähitähden eksoplaneetasta saapuvat valonsäteet taittuvat Auringon massan vaikutuksesta hiukan, niiden valon Einsteinin renkaan havainnointi olisi mahdollista yhdeltä Aurinkokunnan laitamien alueelta. Kuuden kuukauden havainnointi riittäisi lähieksoplaneetan havainnointiin tarkkuudella, joka mahdollistaisi sen pinnan tutkimisen 25 kilometrin erotuskyvyllä. Voisimme kartoittaa vuoristoja, kanjoneita ja muita geologisia muodostelmia kaukaisten planeettojen pinnoilla.
Meillä on propulsioteknologia lähettää teleskooppeja Aurinkokunnan ulko-osiin. Niiden perille saamiseen menisi tosin ainakin vuosikymmen ja yhdestä paikasta voisi kerrallaan havaita vain yhtä lähiplaneettakuntaa mutta operaatio olisi toteutettavissa. Olisi mahdollista lähettää kokonainen teleskooppien joukko tekemään havaintoja tarkasti valitusta lähimpien eksoplaneettojen joukosta. Se tekisi eksoplaneettojen kuvaamisesta ja niiden olosuhteiden tarkasta tutkimisesta rutiininomaista, tavallista havaitsevaa tähtitiedettä. Se olisi valtava harppaus planeettatutkimuksen saralla — nykyään voimme tutkia maankaltaisia eksoplaneettoja lähinnä vain simuloimalla niiden olosuhteita erilaisten tähtien erilaisilla kiertoradoilla.
Käyttämällä spektrografia, tulisi lisäksi mahdolliseksi tarkastella lähieksoplaneettojen pintojen koostumusta, muodostaa niiden geologisia karttoja, tutkia maankaltaisten planeettojen merten ja mantereiden muotoja ja selvittää onko mitään viitteitä elämästä niiden pinnoilla. Kyseessä ei edes ole spekulointi, vaan nykyteknologialla toteutettavissa oleva suunnitelma. Se on silti vasta suunnitelma, jonka toteutuminen lähitulevaisuudessa on kaikkea muuta kuin varmaa.
Voimme saada valtaisan määrän informaatiota lähitähtiä kiertävistä pienistä kiviplaneetoista jopa alkeellisimmalla mahdollisella suoralla havainnolla. Voimme tarkastella planeettojen pintaa, kaasukehää, meriä, jäätiköitä ja mantereita. Voimme selvittää ovatko planeetat eläviä — onko elämä päässyt havaittavaksi osaksi planeettojen geokemiallisia syklejä. Mutta ensin tulisi tehdä se ensimmäinen havainto. Sitä varten taas tarvitsemme seuraavan sukupolven jättiläisteleskooppeja. Havaintovälineiden rakennustyöt maankaltaisten planeettojen suoraa havaitsemista varten ovat kuitenkin jo alkaneet ja vain mielikuvituksemme on rajana sille, mitä tietoa voimme saada lähimmistä eksoplaneetoista. Fysiikan lait eivät estä eksoplaneettojen tarkkaa valokuvaamista. Vain mielikuvituksemme ja maalliset resurssimme ovat rajana sille, mitä voimme havaita tulevaisuudessa.
#ELTprogress: Construction is now underway of the foundation of ESO’s #ELT. Once complete, it will be the largest ground-based telescope in operation, weighing in at 3400 tonnes #BiggestEyeOnTheSky https://t.co/q4jbaSRz3X
— ESO (@ESO) September 30, 2019
Credit: @ESO pic.twitter.com/yaDD9xtYBa
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Mikko Tuomi
Satunnaislukuja 