Yhdeksän sattumaa loi keitaan universumiin

Tilastojen valossa Maan ei pitäisi olla olemassa eikä täällä ainakaan pitäisi olla elämää. Jos Maa ei olisi törmännyt toiseen planeettaan, se olisi eloton ja karu. Sattumia on ainakin yhdeksän – niin paljon, että herää kysymys, onko Maa sittenkin ainoa laatuaan.

Shutterstock

Kolmisenkymmentä vuotta sitten avaruudesta löydettiin elämää. Luotain tutki planeetan pimeää puolta tuhansien kilometrien etäisyydeltä ja analysoi sen kaasukehää, etsi pinnalta valonlähteitä ja kuunteli, tuleeko planeetalta radioviestejä.

Kaikki merkit viittasivat siihen, että planeetalla on elämää.

Luotain oli Galileo, ja planeetta, jota se tutki 8. joulukuuta 1990, oli Maa. Luotaimen tehtävä ei kuitenkaan ollut niin tyhjänpäiväinen kuin äkkiseltään voisi tuntua.

1. Sattuma: Supernova antoi lämmön

5 miljardia vuotta sitten: Aurinko ja sitä kiertävät planeetat syntyivät yhdestä kaasu- ja pölypilvestä. Jos lähellä oleva tähti ei olisi räjähtänyt supernovana oikeaan aikaan, Maa olisi jäänyt jääkokkareeksi.

Supernova levitti kaasu- ja pölypilveen radioaktiivisia aineita, kuten alumiini-26A1-isotooppia, jotka päätyivät syntyneisiin planeettoihin. Radioaktiivisen hajoamisen tuottama energia sai muun muassa veden höyrystymään, ja se tuottaa yhä lämpöä Maan sisuksissa.

TODENNÄKÖISYYS: 10 %

Ilman supernovaa planeettojen koostumus on sellainen, että niillä ei voi esiintyä elämää.

Galileon havaintojen perusteella tähtitieteilijä Carl Sagan kollegoineen saattoi päätellä, että asuttu planeetta on mahdollista tunnistaa pitkän välimatkan päästä.

Viisi vuotta myöhemmin löydettiin ensimmäinen eksoplaneetta, 51 Pegasi b, joka kiertää Auringon kaltaista tähteä.

Se oli tosin Jupiterin kaltainen kaasujättiläinen, joka kiersi niin lähellä tähteään, että kuumuus teki siitä varmasti elämälle kelvottoman. Galileon havainnot Maasta tulivat silti käyttöön, sillä saman tien alettiin kilpaa etsiä Maan kaltaisia eksoplaneettoja ja vastausta tieteen suureen kysymykseen eli siihen, onko elämää muualla avaruudessa vai ovatko Maa ja sen asukkaat vain onnekkaan sattuman tuottama ainutlaatuinen poikkeus.

2. Sattuma: Saturnus kesytti Jupiterin

4,6 miljardia vuotta sitten: Monella tähdellä on Jupiterin kaltaisia planeettoja, mutta yleensä ne kiertävät lähellä tähteään. Todennäköisesti ne ovat Jupiterin tavoin syntyneet kaukana ja sitten liikkuneet nykysijoilleen. Matkallaan ne ovat raivanneet tieltään kiviplaneetat.

Siksi näillä tähdillä ei ole Maan kaltaisia planeettoja elämälle suotuisalla etäisyydellä. Tutkijoiden mukaan Jupiterkin olisi rynninyt Auringon tuntumaan, jos Saturnus ei olisi painovoimallaan pysäyttänyt sitä nykyiselle kiertoradalleen. Näin Merkurius, Venus, Maa ja Mars pääsivät syntymään.

TODENNÄKÖISYYS: 5%

Vain harvoilla tähdillä on kaksi jättiläiskaasuplaneettaa, jotka pitävät toisensa aloillaan.

1. Jupiter vaeltelee

Nuori Jupiter lähtee liikkumaan Aurinkokunnan laidalta kohti Aurinkoa, jonka lähellä kiertää kiviplaneettoja. Sama tapahtuu monien tähtien ympärillä.

2. Planeetat kolaroivat

Jupiterin painovoima saa planeetat törmäilemään toisiinsa ja puskee ne Aurinkoon. Toisen jättiläisplaneetan, Saturnuksen, painovoima pysäyttää Jupiterin etenemisen.

3. Jupiter vetäytyy

Kun Saturnus on vetänyt Jupiterin nykyiselle kiertoradalleen, lähellä Aurinkoa kiertävistä kappaleista voi syntyä uusia kiviplaneettoja. Näin käy vain harvoin.

Maalle etsitään kaveria

Viimeisimmän tiedon mukaan eksoplaneettoja eli Aurinkokunnan ulkopuolisia planeettoja on ainakin 4 071 kappaletta. Niiden olemassaolo on virallisesti vahvistettu.

Niitä on 3 043 tähden kiertolaisina, ja 659:llä näistä tähdistä on useampi kuin yksi planeetta. Useimmat eksoplaneetoista voidaan kuitenkin suoralta kädeltä karsia pois, kun etsitään Maata muistuttavia taivaankappaleita.

Elämälle sopimattomina voidaan hylätä kaikki kaasujättiläiset, mutta myös useimmat kiviplaneetat ovat joko väärän kokoisia tai ne kiertävät vääränlaista tähteä.

Sitä mukaa kuin uusia eksoplaneettoja on löydetty ja tutkittu, on voitu laatia lista mahdollisista kandidaateista Maan kaveriksi.

3. Sattuma: Maa päätyi juuri oikealle etäisyydelle

4,54 miljardia vuotta sitten: Maapallolla ja ehkä kaikkialla elämä vaatii nestemäistä vettä. Siksi elämää voi esiintyä vain planeetoilla, jotka ovat sellaisella etäisyydellä tähdestään, että vesi on siellä nestemäistä. Jos etäisyys on liian
pieni, vesi höyrystyy.

Jos se on liian suuri, vesi jäätyy. Maapallo sattuu sijaitsemaan juuri sopivan välimatkan päässä Auringosta. Vaikka Auringon säteily on voimistunut aikojen kuluessa, Maa on koko olemassaolonsa ajan ollut juuri oikealla etäisyydellä.

Uusien tutkimusten mukaan elämälle suotuisa vyöhyke on pienempi kuin on oletettu. Tänä vuonna tehdyssä tutkimuksessa todettiin, että vyöhyke, jolla voi syntyä elämän mahdollistava ilmakehä, on 75 prosenttia kapeampi kuin ennen uskottiin.

TODENNÄKÖISYYS: 0,5 %

Noin 1/100 eksoplaneetoista on suotuisalla vyöhykkeellä. Niidenkin kiertorata voi olla osaksi sen ulkopuolella.

1. Vanha teoria

Ulkoraja: Paksu kaasukehä ja kasvihuoneilmiö lämmittävät niin, että vesi ei jäädy.

Sisäraja: Heikko kasvihuoneilmiö ja pilvet viilentävät niin paljon, että vesi ei höyrysty.

2. Uusi teoria

Ulkoraja: Kasvihuoneilmiö ei käynnisty, koska kylmyys poistaa kaasukehästä hiilidioksidin.

Sisäraja: Vesi häipyy avaruuteen, kun ultraviolettisäteily hajottaa sen hapeksi ja vedyksi.

Listan kärjessä on tällä hetkellä K04878.01. Sen niin sanottu ESI-arvo eli maankaltaisuusindeksi (Earth Similarity Index) on 0,98. Indeksissä Maan arvo on 1. K04878.01 on melkein saman kokoinen kuin Maa, ja se kiertää tähteään sellaisella radalla, että se saa vain kolme prosenttia enemmän säteilyä kuin Maa.

Lisäksi sen tähti on hyvin samankaltainen kuin Aurinko. Toisaalta muut tekijät, joita ei huomioida ESI-arvossa, viittaavat siihen, että K04878.01:n kaasukehän paine on kymmenen kertaa niin suuri kuin Maan ilmakehän. Siksi elämän esiintymistä planeetalla pidetään epätodennäköisenä.

Toisella kärkijoukon eksoplaneetalla, TRAPPIST-1e:llä, taas on hyvin ohut kaasukehä. Vaikka nämä kaksi planeettaa ovat monella tavalla Maan kaltaisia, ne ovat selvästi kehittyneet aivan eri suuntaan.

4. Sattuma: Kolari muovasi Maan oikean kokoiseksi

4,52 miljardia vuotta sitten: Alun perin maapallo oli nykyistä pienempi, mutta muutaman miljoonan vuoden ikäisenä se joutui kolariin pienemmän, noin Marsin kokoisen planeetan, Theian, kanssa. Törmäyksessä Theian rautaydin painui Maan sisään, mutta kevyemmät ainekset irtosivat ja niistä syntyi Kuu.

Yhteentörmäyksen seurauksena Maa sai kokoonsa nähden suuren ytimen. Rautaytimen ansiosta maapallolle syntyi magneettikenttä, joka suojaa sitä haitalliselta kosmiselta säteilyltä.

Yleensä planeetat, joilla on yhtä iso ydin kuin Maalla, ovat paljon Maata suurempia ja elämälle epäedullisia. Kun planeetta on noin kaksi kertaa niin suuri kuin Maa, se todennäköisesti muuttuu kaasuplaneetaksi.

Silloin sitä peittää paksu kaasukehä, jonka paine on monituhatkertainen Maahan verrattuna, tai jos se on lähellä tähteään, kaasukehä haihtuu pois.

TODENNÄKÖISYYS: 0,5 %

Maan ydin on ilmeisesti poikkeuksellisen suuri suhteessa planeetan kokoon.

Jotta planeetalle voi syntyä elämää ja se voi kehittyä, sekä planeetan kiertoradan että sen tähden säteilyn on pysyttävä vakaina miljardien vuosien ajan. Sekään ei riitä. Ulkoisten tekijöiden lisäksi elämä edellyttää sitä, että planeetan sisus on tietynlainen.

Maapallon elämä on riippuvainen laattatektoniikasta eli maankuoren laattojen liikkeestä ja vaipan aktiivisuudesta. Todennäköisesti tilanne on sama muualla avaruudessa.

Maankuoren laattojen liike vakauttaa olosuhteita Maan pinnalla säätelemällä ilmakehässä olevien kasvihuonekaasujen määrää.

5. Sattuma: Kuu vakauttaa Maan vuodenajat

4,51 miljardia vuotta sitten: Kuulla on ratkaiseva merkitys sille, miten Maa pyörii ja millainen ilmasto täällä on. Tietokonemallit osoittavat, että Kuu vakauttaa Maan akselin suuntaa. Pyörimisakselin suunta määrää vuodenajat. Maapallon kokoinen kiviplaneetta, jolla ei ole isoa kuuta, vaappuisi niin, että sen pyörimisakselin kallistuma voisi vaihdella 10 astetta 10 000 vuodessa. Silloin myös vuodenajat ja ilmasto vaihtelisivat rajusti.

TODENNÄKÖISYYS: 5 %

Monilla planeetoilla on kuita, mutta muilla kiviplaneetoilla ei ole yhtä suurta kuuta kuin Maalla.

Kuun kanssa: Laaja vakaa alue

Niin kauan kuin Maalla on Kuu kiertolaisenaan, Maa pysyy asennossa ja vuodenajat ovat vakaat, kun akselin kallistuma pysyy 0:n ja 60 asteen välissä.

Ilman Kuuta: Kapea vakaa alue

Jos Maalla ei olisi Kuuta, akselin kallistuma saisi vaihdella hyvin vähän. Maan asento pysyisi vakaana vain, jos akselin kallistuma olisi 85:n ja 90 asteen välillä.

Japanilaisgeologi Takehiro Miyagoshin tutkijaryhmä selvitti vuonna 2015 tietokonemalleista, miten planeetan sisukset käyttäytyisivät Maata suuremmilla kiviplaneetoilla.

Ryhmä tuli siihen tulokseen, että planeetan kuoresta tulisi niin paksu ja sisuksen paineesta niin kova, että laattatektoniikka ei käynnistyisi.

Toisten tutkimusten mukaan laattatektoniikan käynnistyminen on vaikeaa, vaikka planeetta olisi oikean kokoinen ja sen lämpötila ja koostumuskin olisivat sopivat. Sitäkään ei tarkkaan tiedetä, miten Maan laattatektoniikka on aikoinaan syntynyt.

6. Sattuma: Kuoren liikkeet säätelevät lämpöä

3,2 miljardia vuotta sitten: Maapallon ilmasto on vaihdellut planeetan olemassaolon aikana trooppisista lukemista jääkausiin, jolloin iso osa mantereista ja meristä on ollut jään peitossa. Aina kun lämpötila on heilahtanut äärimmäisyyteen, on käynnistynyt mekanismi, joka on korjannut tilanteen.

Tulivuoret ja laattatektoniikka eli maankuoren laattojen liike säätelevät hiilidioksidin ja muiden kasvihuonekaasujen määrää ilmakehässä.

Yhdysvaltalaisen Carnegie-tutkimuslaitoksen tutkijat arvioivat äskettäin, että ilman laattatektoniikkaa maapallo olisi joko samanlainen pätsi kuin Venus tai ilmakehä olisi lähes kadonnut niin kuin Marsissa.

TODENNÄKÖISYYS: 1 %

Yhdelläkään toisella Aurinkokunnan planeetalla ei ole laattatektoniikkaa säätelemässä ilmastoa.

Liian lämmin

Kun Maa lämpenee, sataa enemmän. Hiilidioksidia liukenee sadeveteen, ja se putoaa Maan pinnalle. Vähenevä määrä hiilidioksidia ilmakehässä saa lämpötilan laskemaan.

Liian kylmä

Kun Maa kylmenee, sataa vähemmän. Siten ei hiilidioksidia liukene yhtä paljon sadeveteen vaan hiilidioksidin määrä ilmakehässä kasvaa. Se saa maapallon lämpötilan nousemaan.

Superteleskooppi etsii happea

Nykylaitteilla tähtitieteilijät saavat eksoplaneetoista selville vain läpimitan ja etäisyyden keskustähdestä. Uusilla laitteilla kuva tarkentuu.

Vuonna 2025 aloittaa toimintansa Euroopan eteläisen observatorion ESOn uusi teleskooppi ELT eli Extremely Large Telescope (äärimmäisen suuri teleskooppi) Chilen Atacaman autiomaassa.

Siitä tulee maailman suurin optinen teleskooppi: sen läpimitta on 39 metriä. Nykyisin isoimmat Maan päällä toimivat teleskoopit ovat läpimitaltaan noin 10 metriä. ELT:n luvataan tuottavan 16 kertaa tarkempia kuvia kuin avaruusteleskooppi Hubble.

7. Sattuma: Vapaa happi antoi vauhtia elämälle

850 miljoonaa vuotta sitten: Ilmakehän happi on ollut edellytys monisoluisten lajien synnylle. Alun perin happi oli sitoutuneena kemiallisiin yhdisteisiin, mutta tilanne muuttui, kun ensimmäiset yhteyttävät levät kehittyivät 3,4 miljardia vuotta sitten.

Ensin yhteyttämisessä vapautuva happi sitoutui muun muassa rautaoksideihin, mutta noin 850 miljoonaa vuotta sitten merien pintavesiin ja ilmakehään alkoi kertyä vapaata happea ja monisoluisten lajien kehitys sai vauhtia.

TODENNÄKÖISYYS: 5 %

Vapaata happea esiintyy kaasukehässä harvoin. Sitä ei ole löydetty yhdeltäkään eksoplaneetalta.

Yksi ELT:n päätehtävistä on selvittää, miten monta eri kehitysvaiheissa olevaa Maan kaltaista planeettaa on Aurinkokunnan lähistöllä.

Sitä varten tutkitaan niin sanottuja protoplanetaarisia kiekkoja eli nuoren tähden ympärillä kiertäviä kaasusta, jäänkappaleista ja pölystä koostuvia litteitä kasaumia. Erityisesti tutkijoita kiinnostavat näiden kiekkojen alkuaineiden ja molekyylien jakauma ja massa.

Tutkijat toivovat, että näin voidaan täyttää Maan syntyyn liittyvät tietämyksen aukot ja selvittää, onko Aurinkokunnan lapsuus ollut samanlainen kuin muiden planeettajärjestelmien vai aivan omanlaisensa. ELT voi myös kertoa eksoplaneettojen massan.

8. Sattuma: Jupiter suojaa asteroidi-iskuilta

750 miljoonaa vuotta sitten: Maan lapsuudessa avaruudesta saapuneet lohkareet toivat maapallolle lisää massaa, ja myös iso osa Maan vedestä on meteoriittien tuomaa. Mahdollisesti myös osa muista elämän synnylle välttämättömistä yhdisteistä on tullut meteoriittien mukana.

Toisaalta kosmiset lohkareet ovat myös uhka. Sen jälkeen kun kehittyneet eliölajit ilmaantuivat maapallolle 750 miljoonaa vuotta sitten, niiden uhkana on ollut Maan törmäys isojen kosmisten lohkareiden, asteroidien, kanssa. 66 miljoonaa vuotta sitten sellainen tuhosi hirmuliskot.

Maan onneksi Jupiter vetää puoleensa suurimman osan asteroideista niin, että ne eivät eksy törmäyskurssille Maan kanssa. Ilman sitä moni laji olisi voinut kokea hirmuliskojen kohtalon.

TODENNÄKÖISYYS: 50 %

Usein Jupiterin kaltaiset jättiläiset ovat pienten planeettoje kannalta liian lähellä tähteään.

Kun tiedetään planeetan massa ja etäisyys tähdestään, voidaan laskea planeetan tiheys.

Siitä taas voidaan arvioida sen kemiallinen koostumus ja ehkä päätellä, onko planeetalla magneettikenttä ja onko sen kuoren alla liikettä kuten Maassa.

Lisäksi tutkijat toivovat ELT:n tarkkuuden riittävän siihen, että sen avulla voidaan analysoida tunnettujen eksoplaneettojen kaasukehää.

9. Sattuma: Magneettikenttä pelastui viime tipassa

565 miljoonaa vuotta sitten: Magneettikenttä muodostaa yhdessä ilmakehän kanssa suojan, joka estää avaruudesta tulevaa haitallista säteilyä pääsemästä Maan pinnalle. Samalla magneettikenttä pitää ilmakehää ja meriä aloillaan. Ilman sitä Auringosta tuleva hiukkasmyrsky, aurinkotuuli, pyyhkäisisi ne mennessään.

Uuden tutkimuksen mukaan 565 miljoonaa vuotta sitten – juuri kun monet kehittyneet eläinlajit alkoivat yleistyä – koko magneettikenttä oli tuhon partaalla.

Maan magneettikenttä syntyy, kun sähköisesti varautuneet hiukkaset liikkuvat Maan ytimessä. 565 miljoonaa vuotta sitten niiden liikkeet olivat niin hitaita, että magneettikentän voimakkuus oli vain alle kymmenesosa nykyisestä.

Tutkijoiden mukaan magneettikenttä yhtäkkiä elpyi, kun Maalle syntyi kiinteä sisempi ydin. Kiinteä ydin puski muut aineet tieltään ulompaan sulasta massasta koostuvaan ytimen osaan. Ulko- ja sisäytimen välinen lämpötilaero sai uudelleen aikaan hiukkasvirtaukset, jotka synnyttävät voimakkaan magneettikentän.

Nämä virtaukset ovat käynnissä Maan ytimen sisä- ja ulko-osan välillä edelleen.

TODENNÄKÖISYYS: 5 %

Magneettikenttä voi syntyä vain, jos kiviplaneetan ja sen ytimen koostumus on oikea.

Lämpötilaero

Maapallolla on kiinteä sisempi ydin ja sen ympärillä nestemäinen ulkoydin. Sisäydin on kuumempi kuin ulkoydin.

Hiukkasvirta

Ytimen osien lämpötilaero pitää aineen liikkeessä. Maan pyörimisliike saa hiukkasvirtaukset kiemuralle.

Magneettisuus

Hiukkasvirrat synnyttävät magneettikentän samalla tavalla kuin dynamo, jossa liike tuottaa sähköä.

Mieluiten tutkijat löytäisivät happea. Happi reagoi helposti muiden aineiden kanssa, ja sitä esiintyy vapaana vain kiviplaneettojen kaasukehässä, jos sitä syntyy jatkuvasti.

Maapallolla happea syntyy, kun kasvit ja levät yhteyttävät. Happi voi olla elämän merkki muuallakin.

ELT saattaa siis kertoa, onko elämää kehittynyt muuallakin vai onko Maa ainoa onnekas sattuma.

0,0000000000078125 %* …

Niin pieni on todennäköisyys, että Maan kaltaisesta kappaleesta kehittyy paikka, jossa on elämää. Näin on käynyt, koska Maata on kohdannut yhdeksän hyvin epätodennäköistä onnekasta sattumaa.

*Menetelmä: Luku on laskettu kertomalla keskenään artikkelissa kuvatun yhdeksän sattuman todennäköisyys. Jokainen todennäköisyys perustuu valistuneeseen arvaukseen.

Lue myös:

Aurinkokunta

Nyt Saturnus on Aurinkokunnan kuukuningas

2 minuuttia
Maa

Kysy meiltä: Katoaako Maasta vettä?

1 minuuttia
Maa

Maan pyörimisliike syntyi ennen maapalloa

2 minuuttia

Kirjaudu sisään

Virhe: Tarkista sähköpostiosoite
Salasana vaaditaan
NäytäPiilota

Oletko jo tilaaja? Oletko jo lehden tilaaja? Napsauta tästä

Uusi käyttäjä? Näin saat käyttöoikeuden!