Vesoljska ladja: Planet Zemlja

Vesoljska ladja Zemlja – Priročnik za potnike, 1. poglavje

avtor
prevod Franc Novak (ustvarjen.si)

Vir: NASA/JPL14344-pale-blue-dot
Slika 1-1. Bledomodra pika
Planet Zemlja (svetla pega v sredini), kot jo je videti z roba sončnega sistema. Fotografijo je posnel Voyager 1.

Naše razumevanje vesolja stalno narašča od iznajdbe teleskopa pred 400 leti. Vendar še pred manj kot 100 leti nismo zanesljivo vedeli, ali je Rimska cesta edina galaksija v vesolju. Zdaj vemo, da obstaja na stotine milijard galaksij! Gledano iz velike oddaljenosti bi bila zgradba vesolja v velikem merilu videti kot velikanska mreža, ki jo sestavljajo skupine in super-skupine galaksij, med njimi pa se raztezajo velikanske praznine. Ena od skupin je za nas posebnega pomena, imenuje se Lokalna skupina. Z našega vidika v tej skupini izstopa ena od galaksij – Rimska cesta. V enem od spiralnih rokavov te galaksije je zelo posebna zvezda, ki jo obdaja družina planetov: to je naš sončni sistem. In v tem sončnem sistemu je planet z vsemi primernimi pogoji za življenje. Ta planet je naša Vesoljska ladja Zemlja, ki skozi vesolje v prvem potniškem razredu vozi obilje raznolikosti življenjskih oblik.

V velikem merilu vseh stvari je zemlja morda videti nepomembna. Tako majhna je, da bi celo iz orbite Plutona vzbudila kaj malo pozornosti. Vendar pa se veličine ne meri samo po velikosti. Naš sončni sistem ima nekaj zelo posebnih lastnosti, med njimi so: varna lokacija v Rimski cesti, stabilna zvezda in območje, primerno za življenje, daleč od orjaških planetov. Te lastnosti in druge, ki jih bomo obravnavali samo na kratko, so – vsaj kolikor vemo – precej redke. Na primer, planetni sistemi, ki smo jih odkrili okoli drugih zvezd, niso niti malo podobni našemu sončnemu sistemu. Njihovi orjaški planeti pogosto krožijo zelo blizu svoje zvezde, celo bližje kot je od sonca oddaljen naš Merkur. Če bi naše osončje sledilo temu vzorcu, zemlja ne bi mogla soobstajati z enim od teh ʻvročih Jupitrovʼ. Na srečo se v območju okoli sonca, ki je primerno za preživetje, nahaja en (in samo en) planet v stabilni orbiti s popolno kombinacijo lastnosti, ki dovoljujejo kompleksno življenje.

Čeprav morda zveni predrzno, si upam reči, da je zemlja edinstveni planet v celem vesolju. Ima vse kemijske in fizikalne lastnosti, ki so potrebne za obstoj življenja. Do današnjega dne je, kolikor vemo, v celem vesolju en sam kraj, kjer obstaja življenje – in mi se prav zdaj vozimo s to vesoljsko ladjo. Neverjetnost, da bi našli še drug življenju prijazen planet, kakor je naša zemlja, postane očitna, ko začnemo premišljevati o mnogih zahtevah za življenje. Katerokoli lastnost zemlje si izberemo za podrobno obravnavo, je videti, da je edinstveno prilagojena temu, da podpira obstoj življenja, a ne samo kateregakoli življenja, temveč velikih kompleksnih organizmov, kakršna so človeška bitja. V tem poglavju si bomo ogledali samo nekatere od teh lastnosti.

Seveda se zavedam, da obstajajo vsakovrstne domneve o življenju na drugih planetih in planetih, ki krožijo okoli drugih zvezd, toda celo če bi odkrili življenje na Marsu, Evropi ali na Titanu – ki so med vodilnimi kandidati za okolja, ki dopuščajo življenje – ti objekti nikakor ne bi mogli zagotavljati takih sistemov podpore, da bi se življenje lahko razbohotilo. V najboljšem primeru bi lahko obstajali samo mikrobi, zakopani globoko v marsovskih tleh, plavajoči več kilometrov pod ledeno skorjo Evrope, ali zmrznjeni v večni temi Titanovih jezer. Kako različno od Vesoljske ladje Zemlja! V resnici je na zemlji zelo malo krajev, kjer življenje ne uspeva v obilju. Kaj je vzrok za to razliko?

Zgradba

Začnimo pri kemijski in fizikalni sestavi zemlje. Življenje, kot ga poznamo, ne bi moglo obstajati v pomembnem številu, če bi se kemijski in fizikalni parametri, ki so značilni za zemljo, le malo spremenili. Na primer, kompleksno življenje potrebuje dovolj kisika za dihanje, a vendarle ne toliko, da bi postali požari v divjini bolj pogosti in katastrofalni. Pravo ravnotežje vzdržujejo morski organizmi v izpopolnjeni regulacijski zanki. Ko se odzivajo na količino fosforja, ki se izpira s celin, oceanski mikrobi cvetijo in proizvajajo več kisika, če se nivo fosforja zmanjša. Ko je preveč kisika, ostali organizmi odlagajo presežni fosfor v sedimente globokega morja.1

Raziskava kemije in zgradbe zemlje kaže na številne dejavnike, ki so koristni za življenje – pa naj gre za obilje vode, plinasto atmosfero s kisikom, ali za dostopnost potrebnih kemijskih elementov. V naslednjem poglavju bo govora o bromu, za katerega so šele nedavno odkrili, da je bistvenega pomena. Brom sodi v skupino 28 izmed 92 elementov v naravi, ki morajo biti v zadostni količini prisotni blizu zemeljske površine, da večcelično življenje lahko uspeva. Celo za nekatere tako imenovane ʻredke elementeʼ je bilo dokazano, da so potrebni živalim in rastlinam.

Oglejmo si posebno pomemben primer na atomskem nivoju. Kot se večina nauči pri kemiji, za snovi, ki se spremenijo iz tekočega v trdno stanje (tj. ko zamrznejo) večinoma velja, da postanejo bolj goste. Če gre za snov, kakršna je železo ali vosek za sveče, je posledica ta, da ko združimo tekočo in trdno obliko iste snovi, se trdna snov potopi na dno. Pri tem pravilu obstaja redka izjema: voda. Po naključju je to najbolj pogosta molekula na površini ʻvodnega planetaʼ Zemlje.

Vir: javna domena, Wikimedia Commons14344-water-molecule
Slika 1-2. Mišja ušesa
Molekularni diagram vode – en del kisika in dva dela vodika.

Molekula vode je osupljiv izum. Sestavlja jo en atom kisika in dva atoma vodika, znana H2O. Električne sile med atomi potegnejo oba vodikova atoma bliže skupaj, tako da se stabilizirata pri kotu 104,5°, kar daje vodni molekuli obliko ʻmišjih ušesʼ. Ta struktura je odločilna za edinstvene lastnosti vode. Pojasnjuje zelo nenavadno dejstvo, da se voda, ko zamrzne v led, razširi. Ko nastanejo kristali ledu, se molekule z obliko ʻmišjih ušesʼ uredijo v strukture, oziroma mreže, ki so bolj odprte kakor bi bilo običajno. Zaradi te razširitve je led manj gost od vode in plava! Ta lastnost je za življenje na zemlji bistvenega pomena.

Pomislite, kaj bi se zgodilo, če led ne bi plaval. Pozimi bi voda zamrznila in se potopila na dno jezer, rek in oceanov ter se nabirala v čedalje debelejše plasti ledu. Poletni zrak, ki se ogreva, ne bi prodrl v te globoke plasti. Stalilo bi se lahko le nekaj ledu na površini, kar bi povzročilo plitve bazene vode na vrhu globokih, trajnih plasti ledu. Sčasoma bi skoraj vsa voda na zemlji zamrznila. Ob vročih poletnih dneh bi na vrhu ledu sicer lahko obstajalo nekaj centimetrov tekoče vode, toda brez obilja tekoče vode v oceanih in jezerih bi življenje na zemlji zelo težko preživelo. Če bi bilo dno zamrznjeno, v plitvih vodnih telesih zanesljivo ne bi obstajalo nobeno pomembno življenje. Ker pa led plava, lahko večina vode pod njim ostane tekoča, kar ribam v mnogih jezerih omogoča preživetje (zaradi tega je ribarjenje pod ledom v višjih zemljepisnih širinah tako priljubljeno). Brez te edinstvene lastnosti vodne molekule bi se Vesoljska ladja Zemlja zelo verjetno spremenila v velikansko snežno kepo. Do tega bi prišlo ne samo zaradi oblike vodne molekule, ampak tudi zaradi njene specifične toplote – zaradi njene sposobnosti, da shrani mnogo več toplote kakor večina ostalih kapljevin.

Ko voda zamrzne, odda velik del toplote. Zaradi tega je treba ledu dodati precejšnjo količino toplote, da se raztali v vodo. Da se led stali pri nič stopinjah Celzija (0°C), je potrebna toplota 80 kalorij na gram. To pomeni, da za taljenje enega grama ledu potrebujemo en gram vode pri 80°C, dobili pa bi dva grama vode s temperaturo 0°C. Če ima voda le nekaj stopinj nad temperaturo ledu, stali zelo malo ledu.

Zakaj se voda obnaša tako, da postane manj gosta, ko zamrzne? Odgovor je v ʻvodikovi veziʼ – v kemijski lastnosti, ki je pritegnila veliko pozornost dr. Linusa Paulinga, enega mojih mentorjev na Caltechu in dobitnika dveh samostojnih Nobelovih nagrad. Dr. Pauling je opazil čudno, nerazložljivo privlačnost vodikovih atomov med sosednjimi vodnimi molekulami, ki povzroči, da se razvrstijo na presenetljiv način, ko voda zamrzne. Zaradi tega se molekularna struktura nekoliko raztegne, kar povzroči manjšo gostoto ledu. Tako enostavna molekula, pa vendar tako nedoumljiva! Vse do današnjega dne kemiki niso razložili vseh osupljivih lastnosti vode in ledu. Čas nam ne dopušča, da bi tu opisovali njene mnoge edinstvene lastnosti, ki omogočajo življenje. Od čudovite lepote snežinke do globalnega kroženja vode, ta bistra, čudovita snov navdihuje naše fotografe, vzbuja smeh otrokom v bazenu in teče skozi vsako celico naših teles. Življenja brez vode si ni mogoče zamisliti. Zato večina astrobiologov smatra, da je tekoča voda, kjerkoli v vesolju, nujna za obstoj območja primernega za prebivanje.

14344-carbon
Slika 1-3. Ogljikov atom
Edinstvene kemijske lastnosti ogljika so idealne za uporabo v živih stvareh.

Drugi edinstveni kemijski element je ogljik. Zaradi posebnih značilnosti se ogljikov atom lahko veže v vsakovrstne kombinacije s sebi enakimi ali z drugimi atomi ter tvori tako imenovane ʻorganske spojineʼ. Obstaja dobesedno na milijone možnih kemijskih kombinacij. Ime ʻorganskeʼ izhaja iz dejstva, da je ogljik osnovni gradnik vseh živih organizmov, čeprav mnoge organske molekule niso sestavni del življenja.

Ogljikove spojine vključujejo kisline, estre, alkohole in mnogo drugih. V naših telesih so ogljikovi hidrati, maščobe in sladkorji, ki jih zauživamo, vsi ogljikove spojine. Ogljik najdemo v amino kislinah, ki se vežejo v beljakovine in encime, ti pa tvorijo našo kožo, kri, organe, arterije in vene ter vse ostalo, kar daje našemu telesu strukturo in funkcionalnost. Ogljik najdemo v nukleotidih, ki se združujejo v DNK in ki shranjuje naše genetske informacije. Večina astrobiologov bi se strinjala z izjavo, da brez ogljika ni življenja. Noben drug kemijski element nima idealnih lastnosti ogljika. Nekateri pisci znanstvene fantastike so si skušali zamisliti življenje, osnovano na siliciju. Toda v resničnem svetu je silicij nagnjen k tvorbi skalovja, ne pa gibkih in upogljivih oblik, ki jih vidimo v življenjskih oblikah, ki temeljijo na ogljiku. Življenje potrebuje ogljik. K sreči je na Vesoljski ladji Zemlja tudi tega v izobilju.

Okoljske tolerance

Oglejmo si fiziko zemlje. Eden prvih razmislekov se tiče temperature. Na zemlji se temperature gibljejo v ozkem razponu, kar je v vesolju redkost. Mislimo, da vemo, kaj pomeni neznosno vroč ali mrzel dan, toda v vesolju so najvišje temperature do milijonov stopinj v notranjosti zvezd, najnižje pa blizu absolutne ničle na nekaterih osamljenih, temnih, izoliranih planetih. Temperature na zemeljskem površju so v območju od -89,2°C na Antarktiki do 57°C v Dolini smrti, vendar ti ekstremi niso običajni. Večina biosfere nikoli ne izkusi teh skrajnosti. Nekateri mikrobi so prilagojeni celo na življenje v vodah blizu vrelišča ob vročih izvirih. Našli so cele ekosisteme ob vrelih hidrotermalnih curkih na morskem dnu, kjer okoliške ribe plavajo v hladni stalni temi. Toda to so izjeme, večina rastlin in živali živi znotraj ožjega pasu že tako ali tako ozkega temperaturnega območja, ki vlada na zemlji. V bolj običajnih zemeljskih temperaturnih območjih vidimo rastline in plazilce, ki uspevajo v puščavah, rastline, ki potiskajo svoje nove liste skozi sneg ter gibone, ki se zibljejo od veje do veje v tropskih pragozdovih. Kako čudovit svet je naš dom!

Veliko zaskrbljenosti vzbuja skrb glede usode biosfere, če se bo povprečna svetovna temperatura dvignila. Zaskrbljenost zaradi učinka, ki ga imenujemo ʻtoplogredni pliniʼ, je deležna mednarodne pozornosti. Preplašeni znanstveniki so zaskrbljeni, da bi porast povprečne svetovne temperature za samo nekaj stopinj lahko zelo vplival na življenje zaradi taljenja kap polarnega ledu, dviganja nivoja morij, poplav obalnih področij in slabih letin zaradi resnih suš. V preteklosti so bili drugi klimatologi zaskrbljeni glede pričakovanega nastopa naslednje ledene dobe. Fosilni zapisi kažejo na pretekla obdobja višjih in nižjih temperatur na nekaterih predelih zemlje. Dejstvo, da je življenje v preteklosti preneslo klimatska nihanja, kaže na to, da ima zemlja ʻregulacijskeʼ mehanizme, ki ji ohranjajo temperaturo izven smrtonosnih ekstremov. Nekateri klimatski modeli na primer kažejo, da bi povečanje temperature povečalo pokritost z oblaki, kar bi odbijalo več sončne energije nazaj v vesolje. Čeprav so te skrbi pomembne, ne smemo spregledati, da nakazujejo, da je zemeljska klima natančno uglašena za podporo biosfere.

Temperatura zemlje je določena predvsem s tipom zvezde in oddaljenostjo od nje. Lahko se zanesete na ʻvašo srečno zvezdoʼ, če upoštevamo osupljive lastnosti našega sonca. Na našo srečo je to ena najbolj stabilnih in predvidljivih zvezd, kar jih poznamo. Občasno smo zaskrbljeni glede izbruhov in ʻkoronalnih masnih izbruhovʼ, ki ogrožajo naše električno omrežje in satelitske komunikacije, toda sončevi slabi dnevi so blagi v primerjavi z jeznimi izbruhi večine drugih zvezd. ʻSuper izbruhiʼ rdečih pritlikavih zvezd, ki so najštevilnejše, bi hitro spražili vsako življenje v njihovih območjih primernih za preživetje. Mnoge velikanke, ki so na drugi strani velikostne lestvice zvezd, pa oddajajo toliko ionizirajočega sevanja, da so njihovi planeti sterilni.

Naše sonce seva ʻsolarno konstantoʼ (energijo, ki jo sprejmemo na zemeljski površini) 1,361 kW/m2. Ob sončnem maksimumu (obdobje v sončevem 11-letnem ciklu, ko se njegova aktivnost poveča na maksimum), se toplota, ki jo sprejema zemlja, poveča samo za 0,1% - kar je skrajno majhna razlika. Pri enem najdaljših obstoječih znanstvenih opazovanj sonca so izmerili samo 0,06% variacije sončne konstante v obdobju 32 let.2 To pomeni, da je naše sonce ena najbolj mirnih zvezd. Brez predvidljive dobave energije bi življenje lahko preživelo samo pod velikim pritiskom – ne samo zaradi sprememb, ampak tudi zaradi njihovih stranskih učinkov, med katerimi bi nekateri morda bili nepovratni. Na primer, če bi hudi sončni izbruhi odpihnili našo atmosfero, se morda nikoli več ne bi vrnila. Ali pa, če bi zemlja med mrzlim obdobjem zamrznila, bi morda ostala zamrznjena za vedno. Za vzdrževanje življenja je potrebna pravšnja zvezda – zelo predvidljiva in zanesljiva.

Tudi lastnosti zemlje določajo njeno temperaturo. Ko poslušamo vremensko napoved, ki nam daje pričakovane najvišje in najnižje temperature dneva, nam običajno ni treba skrbeti, da bomo umrli zaradi vročine ali mraza, če se le oblečemo primerno. Celo v dneh najbolj ekstremnega vremena so skrajne temperature zelo blage v primerjavi s tem, kakršne bi lahko bile. To lahko sklepamo na podlagi opazovanja lune v naši bližini. Brez atmosfere in trdne skorje, podobne naši, se temperatura na luni dviga in spušča hitro in močno. Pod direktno sončno svetlobo se lunina tla segrejejo do 123°C, toda ponoči potem padejo na -153°C. Astronavti Apolla so morali pristati, opraviti svoje naloge in odleteti znotraj ozkih orbitalnih oken, ko je bilo varno. Kljub temu so morale njihove vesoljske obleke skrbno kontrolirati njihovo telesno temperaturo in dobavo kisika. Če s seboj ne bi prinesli del zemeljskega življenjskega okolja, s katerim so se obdali, ne bi preživeli niti minute. Celo najmanjše puščanje bi se izkazalo za usodno. Nekateri astronavti so poudarili, kako intenzivna je sončna bleščava brez atmosfere. Če bi jih nabiti delci večjega sončnega izbruha dosegli medtem ko so bili na površini lune, bi umrli v nekaj minutah – kajti luna nima zaščitnega magnetnega polja. To je še en faktor, ki ščiti življenje na zemlji. Tu ne bomo šli v podrobnosti, opozoriti pa velja, da je vesoljsko potovanje podobno sprehodu skozi kozmično ʻstreliščeʼ, ko se enkrat podate izven zemeljskega zaščitnega magnetnega polja. To je resna skrb za načrtovalce bodoče misije na Mars, ko bodo astronavti izpostavljeni sončnemu vetru in kozmičnim žarkom za cela tri leta ali več. Med notranjimi planeti ima samo zemlja dovolj močno magnetno polje, da zaščiti svoje prebivalce. (Magnetno polje bomo podrobneje obravnavali v 7. poglavju.)

Zakaj obstaja razlika v temperaturnih ekstremih med dvema nebesnima telesoma, zemljo in luno, ki sta enako oddaljeni od sonca? Odgovor je v lastnostih naše atmosfere, oceanih in zemeljski skorji. Vsak od teh igra vlogo pri vpijanju, odbijanju in sevanju toplote v skladu z dobro znanimi zakoni termodinamike. Atmosfera filtrira sončno svetlobo in zadržuje najbolj smrtonosne ultraviolične žarke, prepušča pa ʻmavrični spekterʼ barv, ki je najbolj uporaben za rastline in živali in ki ima energijo, ravno pravšnjo za fotosintezo in za kemijske reakcije v celicah. Oceani vpijajo velikanske količine toplote in jo le počasi sproščajo ter vzpostavljajo oceanske in atmosferske tokove v veličastnem plesu, ki prenaša energijo na vse dele planeta. Kontinenti, ki so večinoma zgrajeni iz silikatov in karbonatov, imajo dovolj ʻtermalne vztrajnostiʼ, da počasi shranjujejo in oddajajo energijo. Ti faktorji izravnavajo zemeljsko temperaturo, da se izogne ekstremom.

Primernost za bivanje

Območje, primerno za bivanje, je orbitalno območje okoli zvezde, kjer lahko obstaja tekoča voda – in domnevno tudi življenje. Kot bomo videli, je za življenje potrebno mnogo več kot samo biti v tem območju. Razdalja zemlje od sonca, ki se spreminja med 91,4 in 94,5 milijoni milj (povprečno pa 92,9 milijonov milj ali 150 milijonov kilometrov), je ves čas znotraj območja primernega za preživetje. To območje je precej ozko. Venera je daleč izven njegovega notranjega roba, Mars pa izven zunanjega roba. Če bi bila povprečna razdalja zemlje od sonca le za 5% večja (nekateri astronomi ocenjujejo, da bi za to zadoščal že 1%), bi se njena temperatura znižala in bi večina zemeljske vode zamrznila v ʻpobegli ledeni dobiʼ. Če pa bi bila Zemlja samo 1% do 5% bliže soncu, bi se polarni kapi stalili, več vode bi izhlapelo in sledil bi ʻpobegli učinek tople gredeʼ, ki bi zemljo spremenil v negostoljubno vroč kraj.

Toda to je samo ena od številk v ʻkozmični loterijiʼ, ki jo je Vesoljska ladja Zemlja pravilno zadela. Z nadaljnjim premišljevanjem o področjih primernih za naselitev [habitabilnih conah] so dodali še več zahtev. Iz literature o astrobiologiji lahko identificiramo še dodatnih deset in več ʻconʼ, ki so poleg ustrezne razdalje od zvezde še potrebne za možnost naselitve, in sicer:

  • Galaktična naselitvena cona: sončni sistem se mora nahajati v ozkem pasu znotraj galaksije.
  • Trajna naselitvena cona: ta cona se ne sme bistveno spreminjati.
  • Časovna naselitvena cona: trajati mora dovolj dolgo, da se življenje lahko obdrži.
  • Kemijska in termodinamična naselitvena cona: kemija planeta in mehanizmi za prenos toplote morajo dopuščati obstoj vode v tekočem stanju.
  • Ultravijolična naselitvena cona: planet mora izločiti ionizirajoča sevanja svoje zvezde.
  • Naselitvena cona zaradi plimovanja: zvezda ne sme svojega planeta, ki bi bil sicer primeren za naselitev, zaradi plimovanja ʻblokiratiʼ tako, da bi bil ves čas z isto poloblo obrnjen proti zvezdi (ta zahteva izloči večino planetov).
  • Nagnjenost planeta v naselitveni coni: zvezda ne sme svojemu planetu, ki bi bil sicer primeren za naselitev, preko plimovanja ʻizbrisatiʼ nagnjenosti njegove osi. (To sicer ne izloči možnosti za življenje, vendar pa planet brez nagnjenosti nima letnih časov, kar bistveno zmanjšuje njegovo naselitveno površino).
  • Ekscentričnost orbite v naselitveni coni: planet mora krožiti po skoraj krožni orbiti, da ves čas ostaja v coni.
  • Naselitvena cona glede na kemijo zvezde: zvezda mora imeti pravo kemijsko sestavo, da ostaja mirna in da se lepo obnaša. Idealna je zvezda tipa G2 v glavnem nizu, kakršna je naše sonce.
Vir: NASA.14344-habitable-zones
Slika 1-4. ʻSrečnaʼ naselitvena cona.
Ozka orbitalna območja okoli zvezd, kjer bi življenje lahko obstajalo, prikazana za različne tipe zvezd.
  • Naselitvena cona glede na zvezdni veter: zvezda ne sme povzročati ekstremnega ʻvesoljskega vremenaʼ, ki bi lahko odpihnilo atmosfero planeta primernega za naselitev.
  • Naseljena cona: Nedavno sta dva astrobiologa predlagala, da mora planet imeti naseljence, da bi lahko bil naseljiv! »Čedalje več dokazov potrjuje, da naš planet ne bi bil enak, če bi z njegove površine odstranili prav vse oblike življenja,« je bilo objavljeno v poročilih.3

Po razmisleku o vseh faktorjih je planetarni znanstvenik iz University of Arizona dejal: »Primernost za naselitev je izredno težko kvantificirati, saj je odvisna od velikanskega števila spremenljivk, med katerimi je nekaj takih, ki jih še moramo identificirati.«4 Zato je verjetno, da je to samo delni seznam. Vesoljska ladja Zemlja dosega pri vsaki od teh točk odlično oceno.

Naš satelit

Ena od posebno zanimivih stvari o Vesoljski ladji Zemlja je njena luna. Ni samo lepa, ampak je morda potrebna za uspevanje življenja. Oddaljena je približno četrt milijona milj [350.000 km] z obhodno dobo približno 28 dni. Ima ravno tiste lastnosti, ki življenju koristijo na več načinov. Za razliko od lun ostalih planetov je naša zelo velika glede na premer planeta. To je še ena edinstvena lastnost Vesoljske ladje Zemlja, ki vzbuja pozornost. Naša luna je velikanski objekt z opazno veliko gravitacijo, ki znaša približno šestino zemeljske, kot se verjetno spomnite iz video posnetkov Apollovih astronavtov, ki so razposajeno skakali visoko nad površino. Noben drug planet v sončnem sistemu (razen Plutona, ki je pritlikavi planet) nima lune, ki je tako velika v primerjavi s planetom. Merkur in Venera nimata lune; Mars ima dva majhna satelita. Plinski velikani imajo nekaj lun, ki so večje od naše, vendar so v primerjavi s planetom zelo majhne.

Luna stabilizira zemeljsko os in preprečuje velika nihanja in nepravilnosti, ki bi uničile letne čase. Druga zelo opazna prednost velike lune je njena regulacija plimovanja. Luna je mnogo manjša od sonca, toda ker je mnogo bližje, ima njena gravitacijska privlačnost bolj izrazit učinek, kar povzroča, da se v dnevnem ritmu dvigujejo in upadajo tako kopno kakor tudi morja. Ker se kamnine bolje kakor voda upirajo gravitacijski privlačnosti, ta najbolj vpliva na oceane. Ko se zemlja suče in se luna vrti okoli nje, gravitacija povzroči močne oceanske tokove, ki jih le deloma opazimo ob plimi in oseki. Ti tokovi se okrepijo, ko sta luna in sonce v isti liniji z zemljo. Ker se telesa neprestano premikajo, obstaja pri njihovem učinku na zemljo določena časovna zakasnitev, tako da visoka plima nastopi nekaj ur po poravnavi. Številni morski organizmi, od rib in želv do črvov, zelo natančno regulirajo svoje drstenje po luninih plimah.

Orbitalna koreografija med soncem, luno in zemljo dovaja energijo v oceane neodvisno od sončnega ogrevanja, s čemer ustvarja velikanski stroj, ki prinaša življenju več ugodnosti. Čisti obale, poganja kroženje hranilnih snovi med geografskimi širinami in prinese nekaj vode iz globin ter jo vrača nazaj. Ta dotok energije prispeva tudi k vremenskim pojavom, saj povečuje izhlapevanje in nastanek oblakov.

Čeprav v bližini ekvatorja ali vzdolž obal Severne Amerike plimovanje ni nič posebnega, lahko v višjih geografskih širinah, npr. v Anchoragu na Aljaski, vsakodnevno plimovanje znaša 7, 10 ali celo 13 metrov dviganja in spuščanja. To je velika sprememba. Posledica tega črpanja so izrazite interakcije med morjem in kopnim, med morjem in atmosfero ter med plitvimi in globokimi oceanskimi vodami, vse do globine nekaj sto metrov. Istočasno pa reke izpirajo hranilne snovi v oceane, ko nosijo svoje tovore sedimentov v morje, zahvaljujoč oblakom, ki jih vsaj deloma ustvarja lunarni pogon. Na ta način luna povezuje atmosfero in kopno z globinami oceana.

Oceanske vode, zaradi plime obogatene s kisikom, močni tokovi premikajo in mešajo v različnih globinah okoli planeta, kjer številna bitja čakajo na njihovo obilje. Ribe lahko vsrkajo ta kisik, tako da morsko vodo pošiljajo skozi škrge, podobno kot kopenske živali vsrkajo kisik s pljuči. Luna torej igra zelo pomembno vlogo pri vitalnosti morskega ekosistema. Življenje v oceanu, ki nima direktnega dostopa do kisika v atmosferi, lahko pride do vitalnih elementov za pridobivanje energije iz hrane – zahvaljujoč plimovanju, ki ga povzroča luna.

Brez lune kakršna je naša, bi bil svet zelo zadušljiv. Biosfera bi bila najverjetneje zelo osiromašena. Nasprotna skrajnost – prevelika luna ali luna preblizu zemlje – pa bi bila ravno tako pogubna, ker bi povzročala plimo, ki bi morda preplavila celine in povzročala vremenske ekstreme, ki bi lahko uničili življenje. Tu opazimo še en ʻloterijski dejavnikʼ, (to je kombinacijo več dejavnikov, ki je ravno pravšnja za obstoj življenja, op. prev.), ki se je na Vesoljski ladji Zemlja izpolnil v ravno pravšnji meri. Vendar to še ni vse: nekatere stvari, ki se tičejo lune, so še posebno koristne za človeštvo.

Privilegirano izhodišče za opazovanje

Opazovanje lune vzbuja romantične občutke; čudovit pogled nanjo je lepo deliti s prijateljem ali prijateljico. Ob ʻluni za čas žetveʼ, nam daje koristno svetlobo, da kmetje lahko delajo še pozno v noč pri pobiranju pridelkov. Toda eno najbolj zanimivih dejstev v zvezi s človeškim opazovanjem lune je posebno naključje, ki je zbegalo mnoge astronome: to je njena sposobnost ustvariti popolne mrke. Premer lune je 400-krat manjši od premera sonca, vendar nam je tudi 400-krat bližja. Ob določenih časih pride v svoji eliptični orbiti pred sonce in je ravno prave velikosti, da ga popolnoma zakrije. Včasih je to ujemanje popolno. Vsak, ki je bil kdaj priča popolnemu sončnemu mrku, ve, kako vznemirljiva je ta izkušnja! Nebo potemni, pojavijo se zvezde in blesteča sončna korona se nenadoma pojavi kot slepeča srebrna krona okoli črnega kroga luninega diska.

Vir: javna domena, Wikimedia Commons14344-eclipse
Slika 1-5. Geometrija popolnega sončnega mrka
Za opazovalca na zemlji imata luna in sonce isto navidezno velikost, zaradi česar je popolni sončni mrk čudovit za opazovanje.

Čeprav so popolni mrki lahko emocionalno privlačni, je njihov intelektualni pomen še večji. Ker se mrke lahko, zaradi ʻkot ura točnega delovanja nebesʼ napove na sekundo natančno, so zgodovinarji lahko datirali pomembne zgodovinske dogodke po zapisih o mrkih, ki so nam jih zapustili takratni opazovalci. Poleg tega so sončni mrki astronomom omogočili opazovanje delov sončeve atmosfere, ki jih sicer ni mogoče videti ob nobeni drugi priložnosti, zlasti kromosfere in korone. Pred več kot sto leti je spekter kromosfere, ki so ga posneli med popolnim sončnim mrkom, pripeljal do odkritja helija. Temu so hitro sledila druga velika astrofizikalna odkritja, ki so nam osvetlila naravo zvezd in galaksij. Leta 1919 je Sir Arthur Eddington z merjenjem relativnega odklona zvezdne svetlobe med popolnim sončnim mrkom potrdil Einsteinovo napoved. Na ta način je bila dramatično potrjena relativnostna teorija, kar je imelo velikanski vpliv na človekovo razumevanje celotnega vesolja.

Vir: Luc Viatour / www.Lucnix.be14344-solar-eclipse
Slika 1-6. Popolni sončni mrk
Popolno ujemanje navideznih velikosti sonca in lune nam je omogočilo raziskave sončne atmosfere, kar je privedlo do odkritja elementa helija.

To zgodbo pripovedujeta astrobiolog Guilermo Gonzalez in filozof Jay Richards v njuni knjigi The Privileged Planet.5 Nastopata tudi v dokumentarnem filmu z istim naslovom.6 Gonzalez in Richards opozarjata na številna čudna naključja v zvezi z zemljo in vesoljem, vključno s popolnimi mrki, ki so omogočila mnoga pomembna znanstvena odkritja. Gonzalez je izračunal, da ima v našem sončnem sistemu samo zemlja popolne sončne mrke. Kakšno ʻnaključje ʼ je torej, da ima samo Vesoljska ladja Zemlja razumne opazovalce, ki jih lahko opazujejo in jih uporabijo za odkritja.

Jasno je, da je učinek lune na življenje zelo velik. Če bi bila luna bolj oddaljena ali manj masivna, bi bil njen vpliv manjši, kar bi vse življenje osiromašilo za njen koristen vpliv na premeščanje snovi. Če pa bi luna imela isto maso, a bi bila bližje zemlji, bi bilo plimovanje dovolj močno, da bi kontinente erodiralo do morskega nivoja in tak ʻvodni svetʼ bi bil izpostavljen strašanskim tokovom. Namesto tega je luna ʻnatančno pravaʼ – je to še eno kozmološko naključje?

To je samo nekaj razmislekov v astronomskem merilu. V drugi skrajnosti – v atomskem merilu – najdemo enake vzorce dejavnikov, za katere je videti, da so se ʻzarotiliʼ, da bodo podprli življenje na Vesoljski ladji Zemlja. Neobičajna obnašanja določenih kemijskih snovi (posebno vode, kot smo videli), igrajo odločilno vlogo pri tem, da je zemlja primerna za bivanje. To podpira načelo, ki smo ga že izrazili: ko skrbno raziskujemo skoraj katerikoli pojav na zemlji ali fizikalne zakone, ki mu vladajo, se izkaže, da je odločilnega pomena za obstoj življenja.

Ali tam zunaj obstajajo tudi drugi potniki?

Nekateri izmed znanstvene skupnosti in splošne javnosti si zavzeto prizadevajo, da bi odkrili življenje izven zemlje. Bodisi da gre za iskanje znakov življenja na Marsu ali na kakšnem oddaljenem planetu izven našega sončnega sistema, NASA in druge vesoljske agencije aktivno iščejo življenje v programih, ki se imenujejo astrobiologija in SETI (the Search for Extra-Terrestrial Intelligence – Iskanje zunajzemeljske inteligence). Zdi se, da si obupno prizadevajo dokazati, da v vesolju nismo sami.

V podporo temu iskanju radi opozarjajo na ogromno število zvezd. Vesolje je zares ogromno. V njem je verjetno več zvezd kakor zrn peska na zemlji. Samo pomislite na ves ta pesek – kako težko bi ga bilo prešteti. Pomislili bi, da bo samo iz argumenta verjetnosti obstajalo dovolj sonc in skoraj nujno mnogo planetov, ki bi lahko podpirali življenje – pa ne samo življenje kot tako, ampak inteligentno življenje. Toda kot smo poudarili pri obravnavi naselitvenih con, je pri oceni verjetnosti treba upoštevati še mnoge druge dejavnike. Tu jih naštejmo še nekaj več.

Sonce mora oddajati toliko energije in imeti tako velikost, da planetu v naselitveni coni oddaja primerno količino toplote, to pa pomeni pritlikavo zvezdo G2 glavnega niza. V to vrsto sodi samo okoli 1% vseh zvezd in mnoge med njimi niso tako mirne kot je naše sonce. Poleg tega mora biti zvezdino sevanje energije stabilno. Kakršnakoli izrazita začasna sprememba v oddajanju toplote bi povzročila katastrofalno nihanje temperature na planetu, kar bi bilo usodno za oblike življenja.

Orbita, po kateri potuje ta planetni kandidat, mora biti skoraj krožna znotraj naselitvene cone, spet zaradi regulacije temperature. Življenje je odvisno od tega, kar bi lahko imenovali ʻrazumneʼ kemijske reakcije, te pa so zelo odvisne od temperature. Temperatura, pri kateri se dogaja večina teh reakcij, je nad lediščem vode in globoko pod njenim vreliščem, torej mora biti položaj planeta v habitabilni coni tak, da omogoča zmerne temperature.

Najboljša zaščita, da planet preživi uničevalne trke vesoljskih teles in razbitin, so velikanski plinasti planeti v sončnem sistemu.

Hitrost vrtenja je pomembna za razumno dolžino dneva in noči. Če bi se planet zavrtel vsako uro, življenjski cikel ne bi imel dovolj časa za počitek in aktivnost. Če pa bi se planet zavrtel enkrat na mesec, bi bile spremembe noči in dneva predolge. Obrat vsakih 24 ur se zdi ravno prav – kaj rečete na to?

Masa planeta mora biti znotraj primernega razpona, tako da ima dovolj veliko privlačnost za ohranjanje atmosfere in da nima predebele atmosfere, ki bi povzročala velike tlake.

Glede vode ni potrebno le to, da jo je v obilju, ampak da je dostopna. Na primer, ne sme biti vsa zakopana pod površjem. Voda mora biti dovolj čista, da dovoljuje življenje, kajti samo taka lahko zagotavlja vir hrane. Voda mora imeti temperaturo, ki je naklonjena obstoju in rasti živih celic. Večina vode na planetu mora imeti nevtralni pH, to je ravnotežje med kislostjo in bazičnostjo.

Poleg vode je potrebna tudi atmosfera. Naša atmosfera nam daje kisik za izrabo hranil v celicah. Tudi deleži molekul v atmosferi so odločilnega pomena. Atmosfera iz čistega kisika bi bila za celice prebogata in ne bi preživele, na kopnem pa bi povzročila katastrofalne požare. Mešanica približno 20% reaktivnega kisika in 80% nevtralnega dušika se zdi idealna za življenje, kakršnega poznamo.

Vir: NASA/Reid Wiseman14344-atmosphere
Slika 1-7. Presenetljiva atmosfera
Zemlja ima dovolj atmosfere, da ohranja življenje, vendar ne tako obilne, da bi nas njen tlak zmečkal.

Atmosfera nas tudi ščiti pred škodljivim sevanjem sonca. Sonce oddaja škodljivo ultravijolično svetlobo, ki jo večinoma prefiltrira zgornja atmosfera. Naša atmosfera nas ščiti pred visokoenergijskimi subatomskimi delci, ki bi lahko razbili celice. Torej so pri vseh možnih atmosferah na drugih svetovih ključnega pomena njihove sestave in deleži elementov. Tako začenjamo sestavljati seznam strogih kriterijev, ki bi jih morali izpolnjevati vsi planeti izven našega osončja, da bi bili primerni za življenje.

Druga ključna lastnost, ki je potrebna za zaščito planetovega površja pred uničujočimi vplivi zvezde, je magnetno polje. Naše magnetno polje odklanja tokove sončnih elektronov in protonov, tako da večina njih ne prodre skozi atmosfero. Jasno je, da mora vsak planet, ki podpira kompleksno življenje, imeti magnetno polje, in sicer tako, ki ni premočno niti prešibko. Če bi bilo premočno, bi lahko trgalo skorjo planeta. Če bi bilo prešibko, ne bi dovolj odklanjalo nabitih delcev. Ta pomembni dejavnik bomo podrobneje obravnavali v 7. poglavju.

Na površini planeta mora biti obilni vir karbonske snovi, ki zagotavlja organske kemikalije, ki so osnova živih celic. Omenili smo silicij kot možno alternativo ogljiku, toda velika množica koristnih spojin, za katere vemo, da jih je mogoče zgraditi iz ogljika, ni bila še nikjer podvojena iz silicija. Nekatere so izdelali v laboratorijih, vendar jih v naravi ni. Na to kaže dejstvo, da je silicija na zemlji v obilju (začnite kar pri pesku, SiO2), ni pa molekul, ki bi bile podobne organskim in bi bile osnovane na siliciju. Vsekakor pa silicij na Vesoljski ladji Zemlja opravlja pomembno vlogo kot strukturni element mnogih materialov v zemeljski skorji. Silikatne kamnine tvorijo okoli 90% zemeljske skorje in zagotavljajo trdno kontinentalno osnovo za rastline in živali.

Ko raziskujemo številne pomembne lastnosti, ki podpirajo našo življenju prijazno vesoljsko ladjo, na primer dejstvo, da so blizu površja prisotni redki elementi, ki jih uporabljajo celice, to samo povečuje zahteve, ki jih mora izpolnjevati planet, da bi ga resno obravnavali kot kandidata za življenje. Povzemimo samo nekaj lastnosti, ki so absolutno bistvene že samo za enostavno življenje (in pri tem zanemarimo vprašanje, kako se je življenje sploh začelo, četudi so izpolnjene vse fizikalne zahteve – to je tematika, ki jo bomo obravnavali v 5. poglavju) in izračunajmo verjetnost, da bi vse te značilnosti imel nek oddaljeni planet.

Da bi to izrazili s števili, vzemimo, da obstaja 100 milijard galaksij in da ima vsaka galaksija 100 milijard zvezd, to pomeni 1022 zvezd. Vzemimo, da je ena na vsakih 10.000 zvezd taka kot naše sonce, torej tipa G2 v glavnem nizu. To znese 1018 zvezd. Vzemimo, da ima ena na vsakih 10.000 teh zvezd planet v naselitveni coni; tako dobimo 1014 zvezdnih kandidatk. Zdaj predpostavimo velikodušnih 10% možnosti, za prisotnost vsake od zahtevanih lastnosti na njenem planetu (sam mislim, da je celo 1% verjetnost visoka). Vse te lastnosti morajo obstajati istočasno, da bi lahko obstajala vsaj kakšna možnost za obstoj kompleksnega življenja. Nekaj teh faktorjev je naštetih v dokumentarcu The Privileged Planet, ki smo ga omenili prej.

Lociran znotraj galaktične naselitvene cone 10%
Stabilna zvezda s konstantno izsevano energijo 10%
Planet, ki se nahaja v zvezdni naselitveni coni 10%
Planet s skoraj krožno orbito, ki ohranja enakomerno razdaljo do zvezde 10%
Zaščiten z velikimi plinastimi planeti v sončnem sistemu 10%
Hitrost vrtenja okoli 24 ur za en vrtljaj 10%
Planet s primerno atmosfero: dovolj kisika, debelina, kroženje 10%
Planet s primerno maso 10%
Planet z obiljem vode 10%
S primernim razmerjem vodne in kopenske mase 10%
S trdno skorjo, sposobno tektonike plošč 10%
Z magnetnim poljem znotraj ustreznega razpona gostote 10%
Z luno primerne velikosti, razdalje in orbite okoli planeta 10%
Z lahko dostopnim obiljem ogljikovih spojin 10%
Z redkimi elementi prave vrste in količine 10%

Na ta način bi lahko nadaljevali in dodajali še več faktorjev, toda tu je nekaj izmed bistvenih lastnosti, ki jih moramo upoštevati.

Zdaj torej vse to pomnožimo: 0,1 x 0,1 x 0,1 x 0,1 x 0,1 x 0,1 x 0,1 x 0,1 x 0,1 x 0,1 x 0,1 x 0,1 x 0,1 x 0,1 x 0,1 = 10-15. Če to verjetnost pomnožimo z 1014 razpoložljivih planetnih kandidatov, nam ostane 10-1 planet, torej manj kot en sam planet!

Poleg tega pa, če bi nekje vendarle obstajal planet, ki bi ga lahko naselili, ali bi smeli pričakovati, da bi neusmerjena evolucija še enkrat ustvarila vse življenje, ki bi bilo tako lepo in kompleksno kot je na Vesoljski ladji Zemlja? Trdim, da se kaj takega po naključju ni moglo zgoditi tukaj, še manj pa v drugič zaporedoma nekje drugod.

Če preletimo: obravnavali smo samo nekaj primerov dejavnikov z obeh ekstremov meril – astronomskega in atomskega – zaradi katerih je Vesoljska ladja Zemlja idealni habitat za življenje. Nekateri teh faktorjev sicer niso bistvenega pomena za življenje (npr. sončni mrki), so pa osupljiva naključja, edinstvena za zemljo. Drugi dejavniki, npr. lastnosti vode, habitabilne cone in temperature, pa sicer niso nekaj edinstvenega na zemlji, a so v popolnosti izpolnjeni na našem domačem planetu. Ko to združimo s premišljevanjem o človeškem telesu, ki ga bomo obravnavali v nadaljevanju, zbirka dokazov narašča, kar bi vsekakor moralo pritegniti človekovo pozornost. Natančno ta vrsta dokazov, ki sem se jih sam učil in nato poučeval kot učitelj kemije in raketni znanstvenik, mi je sčasoma vsadila dvom v običajno razlago o tem, od kod vse to prihaja in kaj vse pomeni.

Viri

  1. Wieland, C., Air in the balance, Creation 18(3):10–11, 1996; creation.com/air-in-the-balance. Nazaj na besedilo.
  2. Livingstone, et al., Sun-as-a Star Spectrum Variations 1974–2006, Astrophys. J. 657:1137–1149, 2007, doi: 10.1086/511127. Nazaj na besedilo.
  3. The quest for inhabited habitable planets, 3 June 2014, phys.org/news/2014-06-quest-inhabited-habitable-planets.html, na osnovi članka Zuluaga et al., The Habitable Zone of Inhabited Planets, 19 May 2014, arxiv.org/abs/1405.4576. Nazaj na besedilo.
  4. Stellar makeup impacts habitable zone evolution, 7 Sept 2012, phys.org/news/2012-09-stellar-makeup-impacts-habitable-zone.html. Nazaj na besedilo.
  5. Gonzalez, G. and Richars, J., The Privileged Planet, Regnery Publishing, ch. 1, 2004. Nazaj na besedilo.
  6. Illustra Media, The Privileged Planet, 2004, dostopno na youtube.com/user/illustramedia. Nazaj na besedilo.