Vesihöyry johdattaa elämän jäljille
30 vuoden etsinnän jälkeen tutkijat ovat löytäneet eksoplaneetan, joka sijaitsee elämälle suotuisalla vyöhykkeellä ja jolla on vettä. Seuraavaksi pitää selvittää, tarkoittaako vesi myös elämää.
On kaksi mahdollisuutta: joko olemme maailmankaikkeudessa yksin tai sitten emme ole. Molemmat vaihtoehdot ovat yhtä pelottavia. Näin on todennut tunnettu brittiläinen tieteiskirjailija Arthur C. Clarke aikoinaan.
Clarken lausahdukseen kiteytyy edelleen kaikki se, mitä elämästä maapallon ulkopuolella tiedetään. Tutkijoilla ei ole mitään konkreettisia todisteita siitä, että muualla avaruudessa olisi elämää.
Toisaalta tähtitieteilijät ovat bonganneet vieraiden tähtien ympäriltä yli 4 000 planeettaa, joista monella voi periaatteessa olla elämää. Ja nyt tutkijoilla on ensimmäistä kertaa välineet, joilla elämä voidaan osoittaa.
Elämä tarvitsee oikean kokoisen planeetan
Uusi tutkimus määrittää, miltä planeetoilta kannattaa etsiä elämää. Jotta planeetalla voi olla elämää, sillä pitää olla paitsi vettä ja kaasukehä myös vähintään 2,7 prosenttia Maan massasta. Se ei myöskään saa olla yli kaksi kertaa Maan kokoinen.
Vesi karkaa pieniltä planeetoilta
Jos planeetta on massaltaan noin Kuun kokoinen, siellä tuskin on elämää, vaikka se kiertäisi tähteään niin sanotulla elämänvyöhykkeellä. Näin pienen kappaleen painovoima on niin pieni, että vesi karkaisi sen pinnalta avaruuteen. Lisäksi niin pienten kappaleiden magneettikenttä ei riitä suojaamaan niitä tähdestä tulevalta tuhoisalta hiukkastuulelta.
Marsin koko riittää kaasukehään
Kiviplaneetoilla, jotka ovat massaltaan Marsin kokoisia tai suurempia, on todennäköisesti sellainen kaasukehä, että vesi pysyy nestemäisenä planeetan pinnalla. Marsin tavoin ne ovat kuitenkin voineet menettää osan kaasukehästään, koska niillä ei ole riittävän voimakasta magneettikenttää, joka suojaisi niitä keskustähdestä puhaltavalta hiukkastuulelta.
Maa on juuri sopiva
Massaltaan Maan kokoisilla tai korkeintaan kaksi kertaa niin suurilla planeetoilla voi olla sekä suojaava magneettikenttä että kaasukehä. Lisäksi niillä voi olla tulivuoria, joista purkautuvat vesihöyry, metaani ja hiilidioksidi luovat kaasukehään vakaan leudon lämpötilan. Monta kertaa Maata suuremmat kappaleet ovat yleensä kaasuplaneettoja, joilla tuskin on elämää.
Eksoplaneettojen kiertoratoja, läpimittoja ja massoja on kartoitettu jo 30 vuotta. Vähitellen on siis lupa odottaa edistysaskeleita.
Yksi sellainen saatiinkin äskettäin, kun avaruusteleskooppi Hubblen kuvista löytyi planeetta, jonka kaasukehässä on merkkejä vesihöyrystä.
Löytö kasvatti listaa planeetoista, joilla on periaatteessa elämälle suotuisat olot, koska ne kiertävät tähteään sopivalla etäisyydellä eivätkä ne ole liian pieniä eivätkä liian isoja.
Nyt kun tutkijat tietävät, millaisia planeettoja kannattaa etsiä, elämän etsintä pääsee kunnolla vauhtiin.
Nasan uusi planeettaetsin on löytänyt Maata muistuttavan planeetan – katso tästä, miltä se näyttää:
Nasan TESS-teleskooppi (Transiting Exoplanets Survey Satellite) havaitsi vuonna 2019 ensimmäisen Maata muistuttavan planeetan, joka kiertää tähteään sellaisella etäisyydellä, että siellä voisi esiintyä nestemäistä vettä.
Mistä elämää kannattaa etsiä?
Vuonna 1993 yhdysvaltalainen tähtitieteilijä James Kasting esitti käsitteen elämälle suotuisa vyöhyke. Sen lähtökohtana on vesi, joka on välttämätöntä kaikille tunnetuille eliöille.
Kasting päättelikin, että elämää voi syntyä vain sellaisille planeetoille, jotka kiertävät tähteään sellaisella etäisyydellä, että niiden pinnalla ei ole niin kylmää, että mahdollinen vesi jäätyy, eikä niin kuumaa, että vesi haihtuu.
Elämänvyöhyke sai pian lempinimen Kultakutri-vyöhyke vanhan Kultakutri ja kolme karhua -kansansadun mukaan.
Siinä Kultakutri-niminen tyttö löytää karhujen talon, jossa pöydällä on kolme lautasellista puuroa. Yhdessä puuro on aivan liian kuumaa, toisessa aivan liian kylmää ja kolmannessa juuri sopivaa.
Kaksi vuotta Kastingin artikkelin julkaisemisen jälkeen löydettiin 51 Pegasi b.
Valo paljastaa planeetan veden
K2-18-tähti ja sitä kiertävä planeetta
Tutkijat ovat löytäneet merkkejä vedestä K2-18-tähden valosta, kun se kulkee eksoplaneetta K2-18 b:n kaasukehän läpi. Planeetta sijaitsee 110 valovuoden päässä Maasta.
Tähden valo osuu planeetan kaasukehään
Eksoplaneetta K2-18 b kiertää Maahan nähden tähtensä editse. Hubble havaitsi, että planeetan takana on kirkas alue. Osa tähden valosta kulkee siis matkallaan K2-18 b-planeetan kaasukehän läpi.
Kaasukehän molekyylit sieppaavat osan valosta
Kun valo kulkee kaasukehässä, osa valon säteilystä imeytyy kaasukehän molekyyleihin. Eri aineet imevät itseensä eri aallonpituuksia. Siten pois suodattuneista aallonpituuksista voidaan päätellä, mitä aineita kaasukehässä on.
Vesi jättää aukon eksoplaneetan valoon
K2-18 b:n kaasukehään jäävät valosta 1 400 nanometrin pituiset aallot. Aallonpituus vastaa infrapunasäteilyä, joka imeytyy vesimolekyyleihin. Tästä on päätelty, että planeetan kaasukehässä todennäköisesti on sadepilviä.
Se oli ensimmäinen tunnettu eksoplaneetta, joka kiertää Auringon kaltaista tähteä. Planeetta löydettiin tarkkailemalla tähden säteisliikettä. Kun tähti liikkuu Maahan nähden edestakaisin, sen valon aallonpituus muuttuu. Tällaisen edestakaisen liikkeen aiheuttaa tähteä kiertävän planeetan painovoima. Mitä suurempi planeetan massa on, sitä enemmän valon aallonpituus vaihtelee.
Lupaavat planeetat on listattu
Vuoden 1995 jälkeen on otettu käyttöön entistä paljon suurempia ja tarkempia teleskooppeja niin Maan pinnalla kuin avaruudessakin.
Samalla eksoplaneettajahti on saanut vauhtia. Nyt pystytään määrittämään paitsi eksoplaneettojen massa myös niiden läpimitta.
Elämää voi syntyä vain sopivalla etäisyydellä
Jotta planeetalle voi edes teoriassa syntyä elämää, sen täytyy kiertää tähteään juuri oikealla etäisyydellä, niin sanotulla elämänvyöhykkeellä. Se on etäisyys, jolla planeetan pintalämpötila on juuri niin korkea, että vesi pysyy siellä nestemäisenä. Jos planeetta on liian kaukana tähdestään, siellä oleva vesi jäätyy. Liian lähellä tähteä taas on niin kuumaa, että vesi haihtuu. Elämänvyöhykkeen sijainti riippuu tähden koosta ja kuumuudesta. Mitä kuumempi tähti on, sitä kauempaa pitää etsiä planeettoja, joilla voi olla elämää.
Liian lämmintä
Lämpötila on niin korkea, että vesi höyrystyy planeetan pinnalla.
Elinkelpoinen vyöhyke
Täällä etäisyys tähteen on juuri sopiva sille, että planeetan pinnalla voi esiintyä vettä. Maa sijaitsee myös tällaisella elinkelpoisella vyöhykkeellä.
Liian kylmää
Planeetan pinnalla ei voi esiintyä nestämäistä vettä, mutta vettä voi löytyä jään muodossa.
Planeetat mitataan niin sanotulla ylikulkumenetelmällä. Kun planeetta kulkee Maasta katsottuna tähtensä editse, tähden valo himmenee.
Tähden kirkkauden vähentymisestä voidaan laskea, miten isosta planeetasta on kysymys.
Kun tiedetään planeetan massa ja läpimitta, voidaan laskea sen tiheys. Tiheydestä puolestaan voidaan päätellä, onko eksoplaneetta esimerkiksi kaasuplaneetta, kuten Saturnus ja Jupiter, tai kiinteä kiviplaneetta, kuten Maa ja Venus. .
Nykyisellään tutkijat ovat analysoineet noin neljä tuhatta avaruusteleskoopeilla kuvattua eksoplaneettaa.
Tietojen perusteella on laadittu lista eksoplaneetoista, jotka sijaitsevat elämänvyöhykkeellä.
Esan avaruusteleskoopin CHEOPSin tehtävänä on mitata eksoplaneettojen läpimitta.
Vesihöyry vauhdittaa etsintää
Viime syyskuussa tehtiin uusi löytö, joka antoi lisävauhtia elämän etsimiselle. Saksalaisen Göttingenin yliopiston tutkijat löysivät vettä K2-18 b -nimisen eksoplaneetan kaasukehästä.
K2-18 b on kahdeksan kertaa Maan kokoinen kappale, joka kiertää tähteään 110 valovuoden päässä Maasta. Se on siis niin sanottu supermaapallo.
K2-18 b kiertää niin lähellä tähteään, että sen vuosi kestää vain 33 päivää. Planeetan pinta on silti riittävän viileä elämälle, sillä sen tähti on heikompi kuin Aurinko.
Kun tutkijat tarkastelivat avaruusteleskooppi Hubblen kuvaa K2-18 b:stä, ilmeni, että sen kaasukehän läpi kulkeneesta valosta puuttui osa aallonpituuksista.
Puuttuvat aallonpituudet olivat niitä, jotka vesimolekyylit imevät itseensä. Tarkka analyysi osoitti, että kaasukehässä on vesihöyryä siinä määrin, että K2-18 b:n ilmasto todennäköisesti on hyvin sateinen.
Vetinen K2-18 b antaa osviittaa siitä, mihin etsintä kannattaa suunnata.
Kärkiviisikko – ehdokkaat elämän esiintymiselle
Tähtitieteilijät ovat valinneet tunnettujen eksoplaneettojen joukosta viisi lupaavinta. Niistä aletaan nyt etsiä merkkejä elämästä.
Lähin eksoplaneetta pyörii kuin Kuu
4,2 valovuoden päässä Maasta sijaitsee lähin tähtinaapurimme Proxima Centauri. Sitä kiertää planeetta Proxima b, jonka massa on 1,3 kertaa niin suuri kuin Maan. Kierros kestää vain 11,2 vuorokautta, sillä Proxima b:n etäisyys tähdestään on vain viisi prosenttia Maan ja Auringon välimatkasta. Proxima b sijaitsee periaatteessa elämälle suotuisalla vyöhykkeellä, mutta jos siellä on elämää, se on hyvin erilaista kuin Maassa.
Proxima b kiertää tähteään kuin Kuu Maata, eli siitä on aina sama puoli tähteen päin. Osalla planeetasta on siis ikuinen päivä, ja toinen puoli on koko ajan pimeänä.
Proxima Centauri on niin sanottu punainen kääpiö, josta lähtevä voimakas hiukkastuuli
on todennäköisesti puhaltanut planeetan kaasukehän mennessään. Periaatteessa planeetan pinnan alla voi kuitenkin olla elämää.
Supermaan vuosi kestää 18,6 päivää
Vain 12,4 valovuoden päässä Maasta loistaa punainen kääpiö nimeltä Luytenin tähti. Sitä kiertää planeetta GJ 273 b. Sen ja tähden etäisyys on noin kymmenesosa Maan ja Auringon välimatkasta, ja GJ 273 b:n kierros tähden ympäri kestää vain 18,6 vuorokautta. Eksoplaneetta saa silti vain 6 prosenttia enemmän valoa kuin Maa, koska sen tähti on Aurinkoa himmeämpi. GJ 273 b:llä voi olla kaasukehä, vettä ja elämääkin, vaikka sen massa on kolme kertaa niin iso kuin Maan.
Tulivuoriplaneetalla hyvät eväät elämälle
Eksoplaneetta Kepler-452 b on monella tavalla Maan kaltainen, ja sen tähti tähti Kepler-452 muistuttaa kovasti Aurinkoa. Planeetan kierros tähtensä ympäri kestää 385 vuorokautta, ja niiden etäisyys on vain 5 prosenttia suurempi kuin Maan ja Auringon välimatka. Kepler-452 b on todennäköisesti kiviplaneetta, ja siellä on ilmeisesti tulivuoria ja pilvinen kaasukehä, jotka voivat luoda vakaan ja sopivan lämpimän kaasukehän, jossa olisi hyvät eväät elämälle.
Uusin tulokas muistuttaa eniten Maata
Kesällä 2019 saksalaisen Göttingenin yliopiston tutkijat kertoivat löytäneensä kaksi eksoplaneettaa Teegardenin tähti -nimisen punaisen kääpiön ympäriltä 12,5 valovuoden päässä Maasta. Erityisen kiinnostava oli lähinnä tähteä kiertävä Teegarden b. Sen vuosi eli kierros tähtensä ympäri kestää vain 4,9 vuorokautta, mutta läpimitaltaan, tiheydeltään ja pintalämpötilaltaan se on tunnetuista eksoplaneetoista eniten Maan kaltainen.
Yön ja päivän rajalla ehkä elämää
Vuonna 2016 belgialaiset tutkijat julkistivat löytäneensä Trappist-1-tähden ympäriltä kolme Maan kokoista planeettaa. Vuotta myöhemmin löytyi neljä lisää. Yhdysvaltalaisen Washingtonin yliopiston tähtitieteilijöiden arvion mukaan etenkin keskimmäisellä, Trappist-1 e:llä, voi olla sellainen ilmasto, missä elämän synty on mahdollista. Planeetan pyörimisliike on lukittunut niin, että siitä on koko ajan sama puoli kääntyneenä tähteen päin. Toisella puolella on siis ikuinen päivä ja toisella loputon yö. Nestemäistä vettä – ja elämää – voi todennäköisimmin löytyä yö- ja päiväpuolen rajaseudulta, missä lämpötila ei ole liian kuuma eikä kylmä.
Teleeskoopit tarkentavat sivilisaatioihin
Pian kaukoputkilla nähdään vieraiden planeettojen kasvien hohde ja avaruusolentojen aurinkokennot ja valopurjeet. Harvardin yliopiston tähtitieteilijällä Abraham Loebilla on huimat visiot avaruustutkimuksesta.
Pian ei enää tarvitse arvailla, onko muualla avaruudessa elämää. Kohta tiedetään, että elämää on tuhansilla tai miljoonilla planeetoilla.
Teleskoopit tunnistavat asutut planeetat metaanista, jota eläimet tuottavat kaasukehään, tai lasersäteistä, jotka ovat peräisin kehittyneiden sivilisaatioiden avaruusaluksista.
Näin uskoo ainakin Abraham Loeb. 58-vuotias Loeb on teoreettisen fysiikan tutkija ja yhdysvaltalaisen Harvardin yliopiston tähtitieteen laitoksen johtaja.
”Emme tiedä, onko muualla avaruudessa elämää,” Loeb toteaa puhelinhaastattelun aluksi.
”Mutta tiedämme, että jo pelkästään Linnunradassa on miljardeja planeettoja, joilla on samankaltaiset olosuhteet kuin maapallolla.
Ja Linnunrata on vain yksi biljoonista galakseista näkyvissä olevassa maailmankaikkeudessa.
Minusta olisi hyvin ylimielistä olettaa, että me olemme jotakin aivan erityistä ja että Maan tapaisia paikkoja ei voi olla muualla.
Minusta olisi päinvastoin luonnollista, että muualla maailmankaikkeudessa on samanlaista elämää kuin Maassakin – ja myös paljon kehittyneempiä elämän muotoja.”
Tekniikka paljastaa tekijänsä
Älylliset oliot saastuttavat kaasukehänsä
Kasvihuonekaasuja, kuten kloorin, fluorin ja hiilen yhdisteitä, syntyy Maassa merkittävässä määrin vain teollisuuden prosesseissa. Tästä on päätelty, että jos eksoplaneetan kaasukehässä on huomattavan paljon kasvihuonekaasuja, se voi olla merkki teknisesti kehittyneestä sivilisaatiosta.
Katuvalot paljastavat vieraiden planeettojen kaupungit
Jos Maata tarkkailtaisiin Aurinkokunnan laidalta suurimmilla nykyisillä teleskoopeilla, Maan pinnalta erottuisivat esimerkiksi Tokion valot. Tutkijat uskovatkin, että seuraavan sukupolven teleskoopeilla voidaan erottaa myös mahdollisten suurkaupunkien katuvalot eksoplaneettojen pinnalta.
Avaruusaluksista loistaa valoa
Ihmiskunnan raketteja liikuttaa kemiallisen polttoaineen palaminen, mutta meitä kehittyneemmät sivilisaatiot voivat käyttää muita menetelmiä. Todennäköisenä tekniikkana pidetään esimerkiksi valopurjetta, jota liikutetaan voimakkaalla laservalolla. Tällaisten laserien valonsäteet voisivat erottua teleskoopin kuvista.
Loeb on varma, että avaruudessa on elämää, ja nyt tekniikka alkaa olla sillä tasolla, että voidaan alkaa etsiä sen merkkejä.
Tähtitiede on siis ottamassa huimaa harppausta eteenpäin. Siitä lähtien, kun ensimmäiset eksoplaneetat löydettiin kolmekymmentä vuotta sitten, on puhuttu planeetoista, joilla ”saattaa” olla nestemäistä vettä ja jotka ”saattavat” olla sellaisia, että niillä voi olla elämää.
Nyt aletaan etsiä konkreettisia merkkejä elävistä olioista. Loeb uskoo, että kehitteillä olevat uudet teleskoopit ja tutkimusmenetelmät kertovat suoraan, onko planeetalla elämää vai ei.
Onko siellä elämää? Ja jos on, niin missä? Tunnettu tähtitieteilijä Frank Drake kertoo oman näkemyksensä:
Tähtitieteilijä Frank Drakea pidetään myös älyllisen elämän etsinnän isänä. Drake on 1960-luvulta alkaen kehottanut tutkijoita käyttämämään teleskopppiaikaa kehittyneiden sivilisaatioiden etsintään.
Näkymät tarkentuvat
Tieto eksoplaneetoista on lisääntynyt valtavasti 30 viime vuoden aikana. Konkreettiset kuvat muiden tähtien kiertolaisista ovat silti yhtä sumeita kuin ennenkin.
Nykyiset teleskoopit ovat kykyjensä äärirajoilla. Eksoplaneetoista pilkahtavan valon bongaaminen ei ole helppo urakka.
Näin Lontoon University College -yliopiston astrofyysikko Ingo Waldmann kuvaili The Verge -verkkomediassa veden löytämistä 110 valovuoden päässä Maasta sijaitsevalta K2-18 b -eksoplaneetalta: se on kuin yrittäisi New Yorkista käsin määrittää, minkä väriset siivet on hyttysellä, joka lentää valonheittimen edessä Lontoossa.
Tähtitieteilijä uskoo elämään eksoplaneetoilla
Abraham "Avi" Loeb (syntynyt 1962 Israelissa) väitteli tohtoriksi plasmafysiikasta 24-vuotiaana. Nyt hän johtaa Harvardin yliopiston tähtitieteen laitosta. Hän pitää ylimielisenä ajatusta, että Maa olisi ainoa elävä planeetta avaruudessa, ja hän on tullut tunnetuksi kannanotoistaan, joissa hän vaatii lisää varoja Aurinkokunnan ulkopuolisen elämän ja älykkäiden avaruusolentojen etsimiseen. Hän on julkaissut neljä kirjaa ja yli 700 tutkimusartikkelia mm. elämästä avaruudessa ja mustista aukoista.
Tulevaisuudessa tähyily voi kuitenkin olla helpompaa. Kehitteillä oleva uusi teleskooppisukupolvi avaa entistä tarkempia näkymiä eksoplaneetoille.
Vuonna 2022 aloittaa Pohjois-Chilen autiomaassa työnsä VCRO eli Vera C. Rubin Observatory -teleskooppi. Se kuvaa tähtitaivasta kymmenen vuotta ja laatii siitä uuden entistä tarkemman tähtikartan, joka todennäköisesti tuo esiin ison joukon uusia eksoplaneettoja.
Vuonna 2025 käynnistyy ELT eli eurooppalainen Extremely Large Telescope, jonka pääpeilin halkaisija on 39,5 metriä.
ELT on neljä kertaa niin suuri kuin suurimmat nykyiset optiset teleskoopit.
ELT:n kumppanina on avaruusteleskooppi James Webb, jonka peilin läpimitta on 6,5 metriä. Sen edeltäjä Hubble otti kuvansa 2,4-metrisellä peilillä.
Mitä suurempi peili teleskoopissa on, sitä enemmän valoa se pystyy sieppaamaan. Lisäksi James Webb kykenee havainnoimaan valoa myös infrapuna-alueella.
Hubblen teleskooppi oli tehty tarkkailemaan vain näkyvän valon ja ultraviolettisäteilyn aallonpituuksia. Siksi James Webb sopii Hubblea paremmin eksoplaneettojen kaasukehän tarkkailuun.
Elämä näkyy kaasukehässä
James Webb -avaruusteleskooppi etsii eksoplaneettojen kaasukehästä samoja aineita, joita Maan elämä tuottaa ilmakehään.
Kasvien yhteyttäminen ja eläinten hengittäminen pitää yllä hapen ja hiilidioksidin kiertoa, joka on mitattavissa myös avaruudesta tarkasteltuna.
Muita elämän merkkejä ilmakehässä on muun muassa metaani, jota syntyy eläinten ruoansulatuksesta.
Kaasukehän koostumus selvitetään spektroskopialla. Se on menetelmä, jossa tutkitaan eksoplaneetalta tulevaa valoa.
Kun tähden valo kulkee matkallaan Maahan eksoplaneetan kaasukehän läpi, se muuttuu. Valon osuessa kaasukehän molekyyleihin osa siitä taittuu tai imeytyy kaasukehän molekyyleihin.
Tietyt aineet imevät tietyn aallonpituuden valoa, ja siten puuttuvista aallonpituuksista voidaan päätellä, mitä aineita kaasukehässä on.
Ilmakehän kaasut kertovat Maan elämästä
Tutkijat ovat selvittäneet, miten ilmakehän koostumus heijastaa maapallon kasvillisuutta ja eläinkuntaa. Tietoa käytetään hyväksi, kun tutkitaan, millä eksoplaneetoilla on elämää.
Vesi on elämän perusta
Vesi on niin sanottu dipoli, eli se voi sitoutua moneen muuhun molekyyliin. Niinpä vesi voi liuottaa esimerkiksi suoloja, ravinteita ja kivennäisaineita ja kuljettaa niitä eliöiden soluissa. Kaikki tähän asti tunnetut elämän muodot perustuvat veteen.
Vapaa happi viittaa elämään
Happi reagoi hyvin herkästi muiden aineiden kanssa. Jotta ilmakehässä voi olla koko ajan paljon happea, sitä täytyy vapautua jatkuvasti jostakin. Maassa happea tuottavat kasvit. Infrapunateleskoopeilla voidaan tunnistaa happi eksoplaneettojen kaasukehästä.
Metaani voi olla eläimistä
Maan ilmakehän metaani on lähtöisin eläinten ruoansulatuksesta. Sitä tuottavat yhtä lailla termiitit kuin lehmätkin. Myös eksoplaneetoilla kaasukehän metaani voi olla merkki siitä, että planeetan pinnalla on elämää.
Pelkän hapen ja metaanin löytyminen ei riitä, Loeb muistuttaa. Jos sen sijaan eksoplaneetan kaasukehästä löytyy sekä happea että metaania, on aihetta olettaa, että planeetalla on elämää. Selitys on se, että metaani on niin sanottu pelkistävä kaasu, joka ajan mittaan poistaa happea kaasukehästä.
Jotta happea voi esiintyä kaasukehässä jatkuvasti, sitä pitää tulla koko ajan lisää esimerkiksi yhteyttävistä kasveista.
McGill-yliopistossa Kanadassa on tutkittu sitä valon spektriä, joka syntyy, kun Auringon valo kulkee Maan ilmakehän läpi.
Siitä erottuu selvästi ilmakehän kaasujen, kuten vesihöyryn, metaanin, hapen ja hiilidioksidin, jakauma.
Tämä Maan kaasusormenjälki toimii vertailukohtana, kun tutkijat etsivät elämän merkkejä muiden planeettojen kaasukehästä.
Tähden valossa näkyy eliöiden hengitys
Jos eksoplaneetalla on elämää, eliöt tuottavat aineita, jotka voidaan nähdä planeetan kaasukehästä tulevasta
valosta. Kun planeetta kiertää tähteään ja osuu Maan ja tähden väliin, se peittää osan tähdestä Maahan tulevasta valosta. Toisaalta osa tähden valosta kulkee planeetan kaasukehän läpi ja jatkaa sitten kohti Maata.
Kaasukehässä tähden valo törmää eri kaasujen molekyyleihin, joista kukin jättää jälkensä tähdestä Maahan näkyvään valoon. Kun tutkijat tarkastelevat kaasukehän läpäisseen tähden valon spektriä eli jakaumaa, he laativat niin sanotun absorptiospektrin. Absorptiospektri osoittaa, mitkä taajuudet tai aallonpituudet valosta ovat absorboituneet eli imeytyneet pois. Eri aineiden atomit ja molekyylit absorboivat eri aallonpituuksia. Täten voidaan spektristä puuttuvien aallonpituuksien perusteella päätellä, mitä aineita planeetan kaasukehässä on.
Aurinkokennot loistavat kauas
Eliöiden jäljet kaasukehässä ovat nousemassa yhä tärkeämmäksi tutkimuskohteeksi, mutta osa tutkijoista on jo ehtinyt askelen edemmäksi. Abraham Loebin mukaan eksoplaneetoilta etsitään jo muun muassa merien eliöiden tuottamaa valoa.
Maapallolla jotkin kasvit ja muun muassa korallit imevät ympäristöstään valoa ja lähettävät sen edelleen erivärisenä valona. Tätä ilmiötä kutsutaan biofluoresenssiksi. Osa tähtitieteilijöistä uskoo, että eksoplaneettojen merien eliöt voidaan erottaa punaisesta valosta, jota ne hohtavat, kun niiden tähden ultraviolettivalo osuu niihin. Loeb on samoilla linjoilla.
”Jos löydämme tätä punaista hohdetta vieraita tähtiä kiertäviltä planeetoilta, se voi olla merkki siitä, että planeetan pinnalla on kasvillisuutta.”
Kasvien hohteen löytyminen vierailta planeetoilta olisi jo itsessään sensaatio, mutta Loebin mukaan tavoite pitää asettaa vielä korkeammalle. Meidän pitää etsiä eksoplaneetoilta älykkäitä olentoja. Nekin voivat paljastua valosta.
Yksi valon lähde voivat olla aurinkopaneelit. Jos eksoplaneetan asukkaat käyttävät samantyyppisiä aurinkopaneeleja kuin ihmiskunta, niistä heijastuvan valon voi tunnistaa.
Se on lyhytaaltoisempaa kuin esimerkiksi kasveista heijastuva. Se olisi siis pikemminkin sinertävää kuin punaista.
”Tietty sinertävän valon aallopituus voisi siis olla merkki älykkäistä olennoista.
Tällaiset merkit voivat myös erottua kauemmaksi kuin muut, koska ne voivat olla voimakkaampia”, Loeb sanoo. Hänellä on myös jo mielessä mahdollinen tutkimuskohde: Proxima b.
Hohde paljastaa merien elämän
Tähti lähettää ultraviolettisäteilyä
Vieraan aurinkokunnan tähden ultaviolettisäteily on normaalisti elämälle vahingollista. Varsinkin punaiset kääpiöt säteilevät ultaviolettivalon aallonpituuksilla.
Valo osuu koralliin
Korallit sisältävät proteiinia, joka suojaa niitä auringonvalon ultraviolettisäteilyltä muuntamalla sen näkyväksi valoksi. Sama keino on voinut kehittyä eliöille muillakin planeetoilla Linnunradassa, missä on paljon punaisia kääpiötähtiä, jotka säteilevät paljon ultraviolettisäteilyä.
Uv-säteily muuttuu valoksi
Kun ultraviolettisäteilyn fotonit osuvat korallien hohdetta tuottaviin molekyyleihin, niiden energia virittää molekyylien elektronit hetkeksi ylemmälle energiatasolle. Kun elektroni palaa lähtötilaansa, vapautuu energiaa fotonina näkyvän valon aallonpituudella.
Korallit valaisevat planeetan
Korallien hehku on niin voimas, että vieraan aurinkokunnan planeetta voidaan sen perusteella havaita Maassa.
Teleskooppi sieppaa valon
Tutkijat uskovat, että suunnitteilla oleva ELT-teleskooppi, jonka peilin halkaisija on 39 metriä, pystyy havaitsemaan eksoplaneettojen merien korallien hohteen. Pohjois-Chileen rakennettavasta ELT:stä tulee suurin näkyvää valoa ja infrapunavaloa havainnoiva kaukoputki.
Proxima b kiertää Auringon naapuritähteä Proxima Centauria. Sen etäisyys tähdestään on vain 1/20 Maan ja Auringon välimatkasta. Siellä voi silti olla elämää, koska Proxima Centauri on huomattavasti heikompi tähti kuin Aurinko.
Proxima b:n kiertoliike on lukittunut niin, että siitä on aina sama puoli kääntyneenä tähteensä päin samalla tavalla kuin Kuusta näkyy Maahan koko ajan sama puoli. Toinen puoli on pysyvästi pimennossa.
”Jos Proxima b:llä on kehittynyt sivilisaatio, se on ehkä pystyttänyt valoisalle puolelle aurinkopaneeleja, joista johdetaan sähköä tai lämpöä pimeälle puolelle.
Aurinkopaneelien olemassaolo voitaisiin päätellä vertaamalla planeetan lähettämän valon määrää tilanteeseen, jossa planeetan kääntöpuoli olisi täysin pimeä.”
Ovatko kadonneet tähdet viite sivilisaatioista?
Kun on verrattu 1950-luvulla piirrettyjä tähtikarttoja teleskooppien kuviin viideltä viime vuodelta, on huomattu, että osa vanhojen karttojen tähdistä on kadonnut. Ne ovat tietysti voineet sammua kuoltuaan, mutta on myös esitetty toisenlainen teoria. Sen mukaan kehittyneet sivilisaatiot voisivat rakentaa tähtensä ympärille niin sanotun Dysonin kehän eli eräänlaisen aurinkokennomuurin, joka ottaisi tähden energian talteen. Samalla kehä pimentäisi tähteä niin, että se ei enää näkyisi Maahan.
Katuvalot loistavat Maahan asti
Abraham Loeb tietää, että monet hänen kollegoistaan pitävät hänen näkemyksiään epäuskottavina. Hän muistuttaa, että myös mustien aukkojen ja gravitaatioaaltojen todistamista jouduttiin odottamaan kauan.
Loeb kirjoitti vuonna 2011 yhdessä Princetonin yliopiston tutkijan Edwin Turnerin kanssa artikkelin, jossa he osoittivat, että Tokion kokoisen kaupungin valot voitaisiin nähdä Hubble-avaruusteleskoopilla Kuiperin vyöhykkeeltä asti. Kuiperin vyöhyke on Aurinkokunnan ulkolaidalla sata kertaa niin kaukana Auringosta kuin Maa.
Loeb ja Turner esittivät myös, miten eksoplaneetalta tulevan keinovalon voi erottaa planeetan pinnasta heijastuvasta tähden valosta.
Totutun käsityksen mukaan valo olisi samanlaista lähteestä riippumatta, mutta Loeb ja Turner osoittivat, että keinovalo ja luonnollinen valo voidaan ainakin teoriassa erottaa toisistaan.
”Ne, jotka luulevat tietävänsä vastauksen, eivät aina tutki, onko vastaus oikein.”
Valonsäteitä avaruusaluksista
Voi olla, että kehittyneiden sivilisaatioiden merkkejä ei tarvitse tähyillä eksoplaneetoilta asti. Ehkä niitä löytyy lähempääkin.
Lokakuun 19. päivänä 2017 havaittiin Aurinkokunnassa ensimmäinen tunnettu Aurinkokunnan ulkopuolelta tullut kappale. Kappale sai nimen ’Oumuamua. Sen kiihtyvyys muistutti ensin komeettojen liikettä, mutta sillä ei ollut komeettamaista pyrstöä.
Loeb esitti ajatuksen, että kyseessä oli vieraan sivilisaation valopurje. Valopurje vie avaruusalusta eteenpäin valon, kuten voimakkaan lasersäteen, fotonien säteilypaineen avulla.
Valopurjeen avulla voidaan teorian mukaan tuottaa suurempi nopeus kuin kemiallista polttoainetta käyttävillä rakettimoottoreilla.
Ehkä muut sivilisaatiot ovat jo kehittäneet valopurjetekniikkaa ja ’Oumuamua oli tällainen avaruusalus.
Ainakin meidän kannattaa etsiä myös valopurjeiden kaltaisia valonlähteitä, kun uudet tehokkaat teleskoopit valmistuvat, Loeb sanoo.
”Jos valopurjealuksen voimakas valonsäde osuu oikeaan suuntaan, se näkyisi Maassa asti. Teleskoopin kuvassa se erottuisi lyhyenä valonpilkahduksena.”
Jos uusilla teleskoopeilla onnistutaan näkemään vierailta planeetoilta avaruusalusten valonsäteitä, aurinkopaneelien heijastuksia tai elämän jälkiä kaasukehässä, luvassa ei ole vain sensaatio ja todennäköisesti uusi kilpajuoksu avaruuteen.
Loebin mukaan edessä voi olla myös maailmankatsomuksellisen ymmärryksen kasvu.
”Jos muiden planeettojen asukkaat olisivat vaikkapa miljardi vuotta meitä edellä tieteessä ja tekniikassa, he olisivat ihmisen näkökulmasta kuin jumalia.
Minä kysyisin heiltä, mikä on elämän tarkoitus. Se on hyvin perusluonteinen kysymys. Ehkä he ovat jo löytäneet siihen vastauksen.”