Obstoj življenja v vesolju: Smo res sami?

Človek se je že, odkar je uprl pogled v nočno nebo, spraševal, kaj je v vesolju, kako je nastalo in kakšen bo njegov prihodnji razvoj. Vprašanje o tem, ali smo edina živa bitja v vesolju, je staro skoraj toliko kot astronomija. Intenzivneje so se razprave na to temo razvile po drugi svetovni vojni, predvsem pa od šestdesetih let 20. stoletja, ko so nastali celi projekti, v katerih so skušali najti dokaze o obstoju živih bitij v vesolju. Po drugi strani pa je italijansko-ameriški fizik Enrico Fermi leta 1950 izjavil: “Če je možnost za obstoj življenja res tako zelo velika, kje so potem vsa ta 'tuja bitja”? Iz izjave se je kasneje razvil t. i. Fermijev paradoks, ki je v našem času dal osnovo za hipotezo redkih zemelj. Ta koncept sta doslej najbolj odmevno utemeljevala geolog Peter Ward in astronom Donald Brownlee v danes kultni knjigi Rare Earth: Why Complexe Life Is Uncommon In the Universe? Na osnovi obeh konceptov sta nastala temeljna pogleda na možnost razširjenosti življenja v vesolju: antropični princip, ki trdi, da je taka oblika življenja, kot ga poznamo na Zemlji, zelo redka, in kopernikanski princip, ki trdi, da je razvoj življenja v vesolju načelno možen povsod. Zagovornika te teze sta ameriška astronoma Frank Drake, h kateremu se bomo vrnili kasneje, in žal že pokojni Carl Sagan, ki je velik del svoje znanstvene dejavnosti posvetil prav iskanju življenja v vesolju.
Veda, ki se ukvarja z življenjem v vesolju, je astrobiologija in preučuje nastanek, razširjenost ter dosedanji in prihodnji razvoj življenja v vesolju. Gre za interdisciplinarno vedo, ki poleg biologije, kemije in astronomije zajema še geologijo, klimatologijo in geografijo.

Z življenjem v vesolju imamo le eno izkušnjo

Vsaka resna razprava o možnem obstoju življenja v vesolju se začne z opredelitvijo, kaj življenje sploh je in katere kriterije uporabljamo za njeno določanje. Razprave o tem, kaj je življenje, so stare toliko kot znanost. Odmevno knjigo o tem je leta 1944 napisal fizik in Nobelov nagrajenec Erwin Schrödinger in jo naslovil What Is Life? (Kaj je življenje?). V njej je življenje osvetlil v luči termodinamike in entropije. Kljub starosti knjiga še danes ni izgubila svojega pomena. Odgovor na vprašanje, kaj je življenje, je zapleten in presega okvir tega kratkega članka. V stiski si pomagajmo z Velikim splošnim leksikonom (DZS, 2006), ki pravi, da življenje, v primerjavi z neživo naravo, označujejo naslednje lastnosti: vsebnost informacij (DNK), presnova, individualnost in celostnost, razmnoževanje, odgovor na dražljaje, gibljivost in razvoj (evolucija).

Značilnosti matične zvezde

V astrofiziki je znano pravilo, da življenje zvezde določa njena masa. Masivne zvezde živijo kratko, a zelo burno življenje in končajo kot nevtronska zvezda ali črna luknja. Življenjska doba najmasivnejših zvezd je lahko le deset milijonov let, preden eksplodirajo kot supernove. Tako obdobje je po prepričanju astrobiologov bistveno prekratko, da bi se lahko na njenih planetih razvilo življenje, kaj šele inteligentnejše oblike le-tega. Naj omenimo, da je na Zemlji od nastanka življenja do razvoja naše civilizacije minilo 3,8 milijarde let. Zvezde, ki imajo maso podobno kot Sonce, živijo deset ali več milijard let, najmanj masivne zvezde pa še dlje.

Orbite planetov okoli matične zvezde

Oddaljenost planeta od matične zvezde smo kot pomemben kriterij že omenili. Oglejmo si še druge. Po prvem Keplerjevem zakonu planeti krožijo okoli matične zvezde po eliptičnih tirnicah ali orbitah. Pri tem je lahko sploščenost teh orbit zelo majhna, skoraj krožna (tako kot v primeru Zemlje), lahko pa je zelo sploščena, zaradi česar se planet zvezdi zelo približa in temperature narastejo, v drugem delu leta pa se od nje močno oddalji, zaradi česar temperatura močno pade. Prevelika temperaturna nihanja nastanek in obstoj življenja otežujejo. Druga lastnost gibanja planetov je nagnjenost njihovih rotacijskih osi: pri zelo majhnih naklonih osi so letni časi v času enega leta zelo slabo izraženi, pri velikih naklonih pa so ti ekstremno močno izraženi. Zemljina os je nagnjena le za 23,5 °, a kljub temu je ta naklon dovolj, da se v zmernem pasu oblikujejo razmeroma velike razlike med toplo in hladno polovico leta. Če bi naklon Zemljine osi znašal 90 °, bi se na vsaki točki na Zemlji (razen na ekvatorju) v polovici leta zamenjali tropsko in polarno podnebje, kar bi razmere na Zemlji močno zaostrilo. V splošnem so za razvoj življenja primernejši manjši nakloni vrtilne osi. Naslednji pomemben element je hitrost vrtenja planeta okoli svoje osi. Zemlja se je v začetku razvoja Osončja okoli osi zavrtela v šestih urah, kar je v splošnem pomenilo triurni interval segrevanja in enak interval ohlajanja. Posledica takega režima so manjša temperaturna nihanja v času enega dneva. Časi pa so lahko seveda bistveno daljši, kar bi pomenilo večjo intenzivnost segrevanja čez dan in ohlajanja čez noč. Posledica takega režima je seveda bistveno večje dnevno nihanje temperatur, kar bi razmere za nastanek naše oblike življenja otežilo.

Značilnosti planeta

Ena od pomembnih značilnosti planeta je njegova masa. Majhna masa planeta je v splošnem neugodna za razvoj življenja predvsem zaradi neprimerne energijske bilance (relativno velika površina planeta glede na njegovo maso), po drugi strani pa je ubežna hitrost plinov glede na majhno gravitacijo takega planeta prevelika, zato ti težje oblikujejo in zadržijo atmosfero. Odsotnost atmosfere pomeni tudi lažjo pot meteoritov do površja planeta in s tem povečano število tovrstnih ekstremnih dogodkov, ki - kot smo v geološkem razvoju Zemlje že nekajkrat doživeli - pomenijo resno nevarnost za izumrtje posameznih vrst ali celo življenja nasploh. Naslednja zelo pomembna lastnost planeta je njegova geološka aktivnost, ki se lahko manifestira v tektoniki plošč. Premikanje litosferskih plošč omogoča »reciklažo« kamnin in kroženje elementov.

Pet milijard možnih zunaj galaktičnih civilizacij

Za konec še ključno vprašanje: ali lahko na osnovi zapisanega razpravljamo o možnostih za obstoj življenja še kje drugje v naši galaksiji? Leta 1961 je Frank Drake objavil svojo znamenito enačbo, s katero je skušal oceniti, koliko je civilizacij v naši galaksiji, ki so se sposobne sporazumevati z nami. Spremenljivke v Drakovi enačbi so število zvezd v galaksiji, število zvezd s planeti, ki so na primerni razdalji od matične zvezde (v t. i. coni naseljivosti ali habitabilni coni), delež tistih planetov v habitabilni coni, na katerih so možnosti za razvoj življenja, delež planetov z živimi bitji, ki so dosegla primeren nivo inteligence, delež planetov z inteligentnimi živimi bitji, ki so razvile tehnologijo za sporazumevanje v vesolju, in povprečno življenjsko dobo te civilizacije. Zveni precej zapleteno, a enačba in diskusije v zvezi z njo so kasneje postale osnova za projekt SETI (Search for ExtraTerrestrial Intelligence), s katerim je več neodvisnih raziskovalnih skupin začelo iskati dokaze o obstoju življenja drugje v vesolju. Vrednosti posameznih spremenljivk Drakeve enačbe so se zaradi vedno več informacij s področja astronomije, predvsem pa zaradi prave eksplozije odkrivanja planetov zunaj Osončja s časom spreminjale. Prvi planet okoli običajne zvezde sta leta 1995 odkrila švicarska astronoma Michel Mayor in Didier Queloz, ki sta za to leta 2019 prejela Nobelovo nagrado. V začetku letošnjega avgusta smo poznali 4301 potrjen planet zunaj Osončja, ki se razprostirajo v 3176 osončjih, od katerih jih ima 703 več kot en planet. Na osnovi omenjenih dejstev je znani ameriški astronom Neil deGrasse Tyson ocenil, da bi lahko v naši galaksiji našli do sto civilizacij, ki so sposobne komuniciranja na osnovi elektromagnetnega valovanja. Če upoštevamo, da je v oddaljenosti dveh milijard in pol svetlobnih let od naše galaksije še okoli 50 milijonov galaksij, se ta številka dvigne na pet milijard možnih zunajgalaktičnih razvitih civilizacij. Ker je hitrost širjenja elektromagnetnega valovanja končna, je pri sporazumevanju z njimi treba upoštevati tudi izredno velike razdalje in velike časovne zamike med oddajanjem in prejemanjem sporočil, kar pa je že druga zgodba. Pa vendar: za zdaj poznamo le eno civilizacijo, tisto na Zemlji. Tako neznatni in ranljivi smo, a hkrati tako enkratni in neponovljivi. Čuvajmo to!
V prihodnjem članku bomo predstavili nekaj konkretnih teles v našem osončju in naši galaksiji, ki so najresnejši kandidati za razvoj življenja.