Elämän kaava on niin hankala, ettei kosmisia eedeneitä ole voinut syntyä tiuhaan.

Teksti: Tuula Kinnarinen

Elämän kaava on niin hankala, ettei kosmisia eedeneitä ole voinut syntyä tiuhaan.

Julkaistu Tiede-lehdessä 3/2012

Eksoplaneettojen vyöry on kasvattanut toiveita eksoelämästä. Jos Maan kokoiset ja kaltaiset planeetat ovat yleisiä, myös elämän täytyy olla yleistä. Esiintyyhän elämän perusmolekyylejä kaikkialla Linnunradassa, ja maapallokin sai elämän ainekset komeetoissa ja asteroideissa. Miksei siis muissa tähtihautomoissa olisi tiivistynyt maita ja kehittynyt yhtä edistynyttä elämää kuin täällä?

Smithsonian-instituutin astrofyysikko Howard Smith toppuuttelee optimisteja.

– Väitän, että viimeaikaiset tulokset ennakoivat päinvastaista. Elämä vaatii niin monta muuttujaa, etteivät ne ole voineet loksahtaa kohdalleen kovin monta kertaa.

Kyllä Smithkin uskoo, että avaruudesta saattaa löytyä mikrobielämää. Hän sanoo, että sitä voi syntyä missä vain, missä on riittävän lämmintä ja kosteaa, mutta isojen, älykkäiden olentojen kehittyminen vaatii muutakin.

Katsotaan, mitä.

Säteilyä tasaisesti

Ruokkiakseen edistynyttä elämää planeetalla täytyy olla tähti, joka säteilee vakaasti miljardeja vuosia. Meidän Aurinkomme on tällainen, mutta sitä ei mitenkään voi pitää keskivertotähtenä. Päinvastoin. Aurinko kuuluu epätyypillisimpiin tähtiin. Lähinaapurustomme arviolta 30 miljoonasta tähdestä vain rippunen on lähelläkään Aurinkoamme kooltaan ja säteilyarvoiltaan.

Valtaosa tähdistä on pienempiä kuin Aurinko, joten ne ovat liian himmeitä elämän isänniksi. Toisessa ääripäässä Aurinkoa selvästi suuremmat tähdet eivät suosi elämää, sillä ne loistavat vain pari miljardia vuotta, mikä on vajaa viidesosa Auringon elinkaaresta ja vähemmän kuin tarvittiin elämän monimuotoistumiseen maapallolla.

Etäisyyttä vakaasti

Planeetan radan täytyy olla jotakuinkin pyöreä ja niin vakaa, että planeetta kiertää tähteään tasaisella etäisyydellä vuosimiljardista toiseen. Maan tapauksessa keskietäisyys Auringosta ei koskaan vaihtele paljon. Löytyneistä eksoplaneetoista sen sijaan vain pari prosenttia taivaltaa yhtä vakaata rataa.

Myös planeetan kaltevuuden pitää muistuttaa Maan kaltevuutta. Silloin navat osoittavat vuoron perään vinottain tähteen eikä lämpötila koskaan nouse liian kuumaksi tai laske liian kylmäksi. Maan kaltevuus on ideaali: 23,5 astetta. Jos se olisi 60, huomattava osa maapallosta muuttuisi asuinkelvottomaksi.

Massaa hallitusti

Planeetalla pitää olla massaa niin paljon, että sen vetovoima kykenee luomaan ilmakehän. Nykyarvion mukaan kääpiömaat, joiden massa on noin puolet Maan massasta, eivät sovi kannattelemaan ilmakehää.

Toisaalta planeetta ei saa olla liian massiivinen, sillä silloin ei muodostu mannerlaattoja eikä geologista toimintaa, jota pidetään elämän edellytyksenä. Meille maanjäristykset ja tulivuorenpurkaukset merkitsevät katastrofeja, mutta elämälle ne ovat ratkaisevan tärkeitä. Rytinät vapauttavat hiilidioksidia, joka pidättää lämpöä ja pitää planeetan leppeänä. Ilman myllerryksiä Maa olisi jäätynyt lumipalloksi alkuaikoinaan, kun Aurinko helotti 30 prosenttia nykyistä himmeämmin.

Kemiaa riittävästi

Myös koostumus on tärkeä. Planeetan täytyy sisältää runsaasti alkuaineita, joita tarvitaan monimutkaisten elämän molekyylien, kuten hiilen, rakentamiseen. Eikä alkuaineita tarvita yksinomaan tuottamaan elämää vaan myös turvaamaan sitä. Esimerkiksi raskaista alkuaineista rauta luo magneettikentän, joka suojaa planeettaa vahingollisilta aurinkotuulilta. Ilman suojakilpeä elämä on tuhon oma.

Sopiva koostumus syntyy vain, jos planeetta sijaitsee alueella, jolla rakennustarpeita on runsaasti. Edes omassa galaksissamme alkuaineet eivät jakaudu tasaisesti. Toisin paikoin niitä on yllin kyllin, toisin paikoin niistä on pulaa, ja voi hyvin olla, että varat ovat liian niukat muualla kuin aurinkokuntamme kulmilla.

Vettä sopivasti

Luonnollisesti planeetan pitää sijaita tähtensä elämän vyöhykkeellä. Sopiva etäisyys takaa lämpötilan, jossa vesi – tai jokin muu elämänneste, vaikkapa etaani tai metaani – pysyy juoksevana.

Vedestä Linnunradassa ei sinänsä ole pulaa. Sitä syntyy esimerkiksi Orionin sumussa niin paljon, että se riittäisi täyttämään Maan meret joka 24. sekunti. Silti vesi voi planeetoilla olla harvinaista ylellisyyttä. Omassa aurinkokunnassamme sitä esiintyy varmasti vain Maassa – yhdellä kahdeksasta planeetasta – ja luultavasti muutamassa kuussa.

Varmimmiksi elämän merkeiksi, biomarkkereiksi, sopivat kaasukehän molekyylit. Erityisesti otsoni lupaisi elämää, sillä sitä on vain runsaasti happea sisältävässä kaasukehässä eikä runsashappista kaasukehää tiettävästi synny kuin eliöiden toiminnasta.

Ideaalioloissakin vaikeaa

– Voi hyvin olla, ettei elämä edes näissä ideaalioloissa kehity helposti, Howard Smith sanoo. – Reitti, jonka evoluutio Maassa otti kohti älyä, oli mutkikas ja vaivalloinen.

Fossiiliaineisto osoittaa, että mikrobielämää oli maapallolla jo 3,8 miljardia vuotta sitten, vain 700 miljoonaa vuotta sen jälkeen kun planeetta syntyi. Silti vei yli kolme miljardia vuotta, että maapallolle ilmaantui monisoluisia eläimiä.

Niistä kiitos kuuluu bakteereille, jotka oppivat yhteyttämään – käyttämään auringonvaloa vesimolekyylien pilkkomiseen ja hapen ja sokereiden tuottoon – ja tahkosivat ilmakehän täyteen elämänkaasua. Kambrikaudella 540 miljoonaa vuotta sitten hapen määrä lopulta nousi niin suureksi, että eläimet pääsivät lisääntymään räjähdysmäisesti.

Jos jokin eksoplaneetta on ollut niin onnekas, että se täyttää elämän kehittymisen peruskriteerit, sen on täytynyt olla onnekas myös toiseen kertaan. Sielläkin on pitänyt tapahtua jokin mullistus, oma kambrikauden räjäys. Ilman sitä evoluutio on jäänyt kesken.

Eksot liian outoja

Onko ehdot täyttäviä eksoplaneettoja olemassa, emme tiedä vielä. – Sen sijaan tiedämme, että havaitut planeetat eivät tue käsitystä, jonka mukaan jopa joka toisella tähdellä voisi olla Maan kokoinen kivinen kiertolainen elämän vyöhykkeellä. Löydöt pikemmin murentavat näkemystä, Smith arvioi.

Hänestä merkittävin eksojahdin tulos onkin tähtien ja planeettojen häkellyttävä outous.

– Auringoiksi luullut tähdet ovat liian pieniä tai suuria, liian himmeitä tai kirkkaita. Planeetat ovat jättiläisiä tai kääpiöitä ja kiertävät tähteään liian lähellä tai liian epäsäännöllistä rataa. Tällaisessa kosmoksessa älylle ei ole voinut tarjoutua monta tilaisuutta. Toinen Maa saattaa jäädä tieteiskuvitelmaksi.

Kuinka monta eksomaata?

Ei monta, vastaa Howard Smith, joka on laskenut elävien planeettojen todennäköisyyttä lähinaapurustossa 1 250 valovuoden säteellä.

Alueelle mahtuu 30 miljoonaa tähteä. Niistä enimmillään 10 prosenttia, 3 miljoonaa, muistuttaa Aurinkoa riittävässä määrin. Ehkä noin 10 prosentilla eli 300 000:lla on planeetta elämän vyöhykkeellä. Tästä joukosta 10 prosenttia, 30 000, täyttää vakaan radan ja kaltevuuden vaatimukset, ja niistä edelleen 10 prosenttia eli 3 000 vastaa massaltaan Maata. Jos näistä jokainen on saanut kokoon elämän ainekset, silloin yksi tähti 10 000:sta sopisi tukemaan Maan kaltaisen elämän syntyä.

– Kun mahdollisuudet ovat näin minimaaliset, vain prosentin kymmenesosa, on melko varmaa, ettei lähistöllä ole toista Maata.