24 superasuinkelpoista planeettaa: Maan voittajat

Kaikkialla liikkuu erikokoisia ja -näköisiä ryömiviä, kiipeileviä ja lentäviä eläimiä. Luonnottoman suuria olioita leijailee sinipunaisten puunlatvojen yläpuolella.

Ihmiskunnan ensimmäisen tähtienvälisen tutkimusretken kohteen valinneet tutkijat olivat oikeassa. On olemassa planeettoja, jotka sopivat elämälle paljon paremmin kuin Maa, ja tämä kuuluu ehdottomasti niihin.

Superplaneetat kuhisevat elämää

Maapallo on ainoa universumin paikka, jossa tiedetään varmasti olevan elämää. Pelkästään Amazonin sademetsässä elää ainakin kolme miljoonaa eri lajia. Silti astrobiologit René Heller ja John Armstrong esittivät vuonna 2013 kysymyksen, mitä elämä suosisi, jos se pääsisi valitsemaan vapaasti.

Olisiko Maa moninaisempi siinä tapauksessa, että biologinen pata ei porisi vain Etelä-Amerikan viidakossa vaan joka puolella planeettaa?

Ajatusleikki sai konkreettisen muodon mullistavassa teoreettisessa selvityksessä, jossa Maata väännettiin ja käännettiin ja kaikki mielenkiintoiset muuttujat optimoitiin.

Vuonna 2020 Berliinin teknillisen yliopiston tähtitieteen professori Dirk Schulze-Makuch kokosi ajatukset. Hän mallinsi yhdessä kollegansa René Hellerin ja tähtitieteilijä Edward F. Guinanin kanssa muiden planeettojen kehitystä ja sääti sellaisia muuttujia kuin tähtityyppi, planeetan koko ja ilmasto-olosuhteet.

Mallien ohjaamana tutkimusryhmä seuloi esiin 24 mahdollista superasuinkelpoista planeettaa, joita astronomien kannattaisi tarkastella lähemmin.

Tutkimustietoa planeetoista on tarjolla toistaiseksi melko vähän. Jopa lähimpänä Aurinkokuntaa sijaitseva vieras tähti, Proxima Centauri, on 40 208 000 000 000 kilometrin eli noin 268 770 kertaa Maan ja Auringon välisen matkan päässä. Etäisyys estää havainnoimasta planeettoja suoraan.

Planeettojen koko on kuitenkin mahdollista määrittää kohtalaisen tarkasti. Kaikkia 24:ää planeettaa yhdistää se, että ne ovat Maata kookkaampia. Isolla planeetalla on suuri pinta-ala ja painovoima – mistä voi olla paljon etua elämälle.

Ensinnäkin elämällä on enemmän tilaa levitä ja kehittyä eri suuntiin. Toiseksi planeetta, jonka painovoima on suuri, pystyy säilyttämään paremmin tiheän kaasukehän. Kun kaasukehän paine on selvästi suurempi kuin maapallolla, kookkaammat ja painavammat eliöt pystyvät lentämään ja liitämään, vaikka planeetan painovoima vetää niitä voimakkaasti puoleensa.

Tähti on ykkönen

Etsittäessä elämälle suotuisia planeettoja huomiota kiinnitetään aluksi tähtiin. Elämän edellytykset riippuvat nimittäin paikallisesta auringosta.

Planeetasta ei voi tulla superasuinkelpoista, ellei se sijaitse sopivan matkan päässä tähdestä. Toisin sanoen sen pitää kiertää suunnilleen keskellä tähteä ympäröivää niin sanottua elämänvyöhykettä tiettyjen enimmäis- ja vähimmäisetäisyyksien rajoissa.

Enimmäisetäisyydellä kaasukehä on niin kylmä, että kasvihuonekaasu hiilidioksidi jäätyy ja planeetta joutuu lumipallona loputtoman jääkauden kouriin. Vähimmäisetäisyydellä kasvihuoneilmiö villiintyy ja vety ja samalla myös vesi haihtuvat avaruuteen.

Kummassakin tapauksessa planeetta menettää vapaan, sulan veden, jota astrobiologit pitävät keskeisenä elämän edellytyksenä. Tässä suhteessa Maan sijainti on kaukana ihanteellisesta, sillä se kiertää Aurinkoa hyvin lähellä alarajaa.

Itse asiassa vain prosentin pienempi kiertoradan halkaisija voisi johtaa siihen, että kasvihuoneilmiö karkaisi Maassa samalla tavalla kuin Venuksessa.

Maan tapauksessa etäisyyden lisäksi itse tähti on kaikkea muuta kuin optimaalinen. Aurinko on G-tyypin kääpiötähti, ja on arvioitu, että se sammuu, ennen kuin sitä kiertävistä tähdistä on ehtinyt kehittyä superasuinkelpoisia.

G-tähtityypistä syntyy vain kymmenessä miljardissa vuodessa kosminen kaasupilvi, joka luhistuu ja kuolinkouristuksissaan nielee sisimmät planeetat. Todellisuudessa tähti voi pitää yllä vain noin puolet tästä ajasta kehittynyttä, monisoluista elämää mantereilla.

Esimerkiksi Auringon on laskettu sammuvan viiden miljardin vuoden kuluttua, mutta jatkuvasti lisääntyvä säteily tekee todennäköisesti Maasta elottoman jo miljardissa vuodessa.

Säteily paahtaa dna:ta

Ne viisi kuusi miljardia vuotta, jotka elämällä on aikaa kehittyä maapallolla, voivat äkkiseltään vaikuttaa ikuisuudelta, mutta useimmissa tapauksissa aika loppuu luultavasti kesken. Tätä korostivat fyysikot Robert A. Rohde ja Richard A. Muller vuonna 2005 Nature-tiedelehdessä.

Rohde ja Muller kokosivat kaikki saatavilla olevat paleontologiset tiedot ja yrittivät määrittää niiden pohjalta planeetan kaikkien eläinsukujen määrän geologisten kausien aikana. He päätyivät selvään tulokseen.

Ensimmäisten monisoluisten eliöiden synnyttyä noin 700 miljoonaa vuotta sitten luonnon monimuotoisuus on kasvanut räjähdysmäisesti lukuun ottamatta lajien joukkosukupuuttojen aiheuttamia katkoksia. Itse asiassa biodiversiteetti on tätä nykyä kaksinkertainen verrattuna liitukauden loppuun. Silloin, 66 miljoonaa vuotta sitten, meteoriitti hävitti dinosaurukset.

Toisin sanoen ekosysteemit jatkavat yhä kehittymistään – todennäköisesti vielä miljardeja vuosia, jos mikään ei estä. Mitä kauemmin tähti loistaa, sitä enemmän elämää kehittyy.

Aurinkoa tai oikeammin sen tähtityyppiä, keltaista kääpiötä, voidaan moittia muustakin kuin lyhyestä elinkaaresta. Keltaiset kääpiöt myös lähettävät liikaa röntgensäteitä ja voimakasta ultraviolettisäteilyä nuoruudessaan. Kumpikin vaikeuttaa elämän selviytymistä, koska suurienergiainen säteily tuhoaa monimutkaisia molekyylejä, kuten dna:ta.

Säteily voi olla osaselitys sille, miksi monisoluista elämää kehittyi vasta, kun Maa oli ollut olemassa 3,7 miljardia vuotta.

Löytääkseen optimaalisen tähden Dirk Schulze-Makuch ja hänen kollegansa erottelivat myös hieman Aurinkoa suuremmat kääpiötähdet, jotka kuuluvat tyyppeihin A, B ja F. Lisäksi hylättiin punaisiksi kääpiöiksi kutsutut pienemmät M-kääpiötähdet.

Näissä tapauksissa elämänvyöhyke on niin lähellä tähteä, että sillä kiertävä planeetta saa paljon enemmän aurinkotuulena tunnetun hiukkasvirran sähköisesti varautuneita ioneja kuin Maa ja altistuu siten haitoille jopa siinä määrin, että kaasukehä tuhoutuu.

Jäljelle jäävät ainoastaan K-tyypin tähdet, oranssit kääpiöt, joiden massa on 0,5–0,8 kertaa Auringon massa. Niin kuin Kultakutri-sadussa pienin on aina paras, oranssit kääpiöt ovat juuri sopivia: vakaita, säteilyllään vähän ongelmia aiheuttavia ja pitkäikäisiä, sillä niiden elinkaari voi olla jopa 45 miljardia vuotta.

Yksi Auringon lähimmistä naapuritähdistä, Alfa Centauri, on oranssi kääpiö, ja tähtityyppi on itse asiassa kolme kertaa niin yleinen Linnunradan tässä osassa kuin Auringon edustama keltaisten kääpiöiden tyyppi.

Maa sai 24 haastajaa

Mallinnukseen ryhtyneillä tutkijoilla oli muitakin vaatimuksia kuin sopiva tähti. Seuraavassa vaiheessa seulottiin kaikki ne yli 5 000 planeettaa, jotka on löydetty viimeisten 30 vuoden aikana vieraiden tähtien ympäriltä.

Osalle planeetoista on voitu arvioida massa, koko, koostumus ja etäisyys emotähteen. Monista planeetoista ei kuitenkaan tiedetä oikeastaan muuta kuin se, että ne ovat ilmeisesti olemassa.

Planeetoista valikoitui 24 parasta tutkittavaksi tarkemmin. Tutkimusryhmän painavin arviointiperuste oli planeetan sijainti oranssia kääpiötä ympäröivällä elämänvyöhykkeellä.

Sitten keskityttiin planeettojen kokoon. Schulze-Makuchin mukaan superasuinkelpoinen planeetta on noin kymmenen prosenttia Maata isompi. Siten planeetta on noin 50 prosenttia raskaampi ja sen painovoima on 25 prosenttia suurempi.

Myös lämpötila on tärkeä kriteeri. Useiden planeettojen osalta se onkin määritetty. Tutkimusryhmä erotteli ne planeetat, joiden keskilämpötila on viisi astetta korkeampi kuin Maan, sillä sen ansiosta elämä voi vallata koko pallon.

Parhaat mahdolliset elämän edellytykset vaativat kaasukehältä 30 prosentin happipitoisuutta. Maan ilmakehässä hapen osuus on nykyään 21 prosenttia. Lisäksi planeetalla pitää olla meriä ja mantereita, jotta syntyy rannikoita ja matalikkoja, joilla luonnon monimuotoisuus voi kehittyä suureksi. Aavikkoa ei sen sijaan saa olla paljon.

Nykytekniikalla ei kuitenkaan kyetä perehtymään superplaneettojen kaasukehään ja pintaan.

Puutteellisia tietoja täydennetään tieteellisillä oletuksilla ja muilla arviointiperusteilla, kuten magneettikentän voimakkuudella.

Maan magneettikentän saa aikaan rautaydin, joka muodostui, koska planeetta oli syntyessään niin kuuma ja sula, että alkuaineet erottuivat runsaasti rautaa sisältäväksi sisukseksi ja silikaattipitoiseksi vaipaksi ja kuoreksi. Superasuinkelpoisen planeetan pitää siksi olla syntynyt samankaltaisissa olosuhteissa.

Kerroksittaisuus edistää myös ehkä kaikkein tärkeimmän ominaisuuden, laattatektoniikan, ilmaantumista. Jotta planeetta voi säilyä elollisena, kuoren pitää uusiutua jatkuvasti.

Maa on yhä ainutlaatuinen

Maapallolla laattatektoniikka perustuu ytimen ja kuoren välissä sijaitsevan paksuaineisen vaipan hitaisiin liikkeisiin, jotka vetävät ja työntävät maankuoren kappaleita kivikehälaattoina. Siitä juontuvat syvänteet ja vuoret – ja kaikki muu niiden väliltä.

Laattatektoniikka luo tuhansia erilaisia elinympäristöjä, joita erottavat toisistaan muun muassa lämpötila, kosteus ja maaperä. Siten elämän on mahdollista kehittyä moneen eri suuntaan.

Lisäksi laattatektoniikka pitää yllä hiilen kiertokulkua, jossa hiiltä sisältävät mineraalit vajoavat vaippaan ja nousevat pinnalle vulkaanisissa prosesseissa. Kierto säätelee ilmakehän hiilidioksidipitoisuutta ja siten ilmaston kehitystä miljoonien vuosien aikana. Ilman tätä termostaattia planeetta ei voi olla superasuinkelpoinen.

Vaikka seulotut 24 planeettaa vaikuttavat paperilla suotuisammiksi elämälle kuin Maa, ne voivat olla elottomia. Arvaus voi mennä pieleen siitä syystä, ettei tiedetä tarkalleen, missä olosuhteissa elämää syntyy.

Planeetat voivat siis olla superasuinkelpoisia siinä mielessä, että elämä kukoistaa niillä, jos sitä on syntynyt, muttei siinä mielessä, että niille on kehittynyt elämää suuremmalla todennäköisyydellä kuin Maassa.

Kyseiset 24 planeettaa ovat vasta ensimmäisiä ehdokkaita. On odotettavissa, että uudet teleskoopit paljastavat niitä lisää nykyään tunnettujen ja tulevaisuudessa löydettävien eksoplaneettojen joukosta.

Siten superasuinkelpoisten planeettojen luettelo paitsi pitenee myös tarkentuu. Tutkijat korostavat kuitenkin yhtä seikkaa: vaikka superasuinkelpoiset planeetat sopivat hyvin elämälle, eliöt eivät ole missään tapauksessa sellaisia kuin maapallolla. Tässä suhteessa Maa pysyy ainutlaatuisena.

Artikkeli on julkaistu ensimmäisen kerran 2021.