Życie pozaziemskie - szukamy go w złym miejscu

Myśląc o życiu pozaziemskim większość osób ma obraz małych zielonych ludzików, latających spodków nad Strefą 51 czy "kraba" na Marsie. Naukowcy sceptycznie podchodzą do wizji obcych form życia propagowanych przez popkulturę i dziennikarzy szukających sensacji.

Pochodzenie wielu niezidentyfikowanych obiektów można łatwo ustalić, a kultowe stwierdzenie Foxa Muldera z serialu "Z Archiwum X", że zielone ludziki tak naprawdę są szare, bo mają mało czerwonych krwinek, kreuje dystans, jaki trzeba mieć do badań kosmosu. Ale to przecież wciąż  potężna, pędząca przed siebie machina. Na poszukiwania życia pozaziemskiego wydaje się miliony dolarów, także pochodzących od prywatnych inwestorów. Wszystko po to, by w końcu otrzymać odpowiedź zwrotną z gwiazd o treści: "Halo, tu jesteśmy".

Patrząc na ogrom kosmosu, mierząc wszystko ludzką, matematyczną miarą, trzeba przyznać, że stwierdzenie, iż jesteśmy sami we wszechświecie, brzmi jak kiepski żart. Mamy wokół tak dużo materii i miejsca, że procesy prowadzące do wykształcenia się życia dokładnie tu, na Ziemi, musiałyby faktycznie być napiętnowane pierwiastkiem boskości, by uznać je za wyjątkowe. Nasz gatunek to tylko okamgnienie w bardzo długiej historii wszechświata, który trwał przed naszym pojawieniem się i będzie istniał, gdy znikniemy. Wszyscy jesteśmy tylko pyłkami na kawałku skały zawieszonym w przestrzeni kosmicznej.

Uświadomienie sobie tej kosmicznej nieistotności jest kluczowe do odpowiedniego podejścia do poszukiwań życia pozaziemskiego. Większość odkryć i hipotez formułowanych przez najwybitniejsze mózgi naszego świata sugeruje, że życie jako zjawisko jest czymś zwyczajnym i powszechnym. Wystarczy spojrzeć na to, w którym miejscu spektrum ziemskiej flory i fauny się znajdujemy.

Otaczają nas organizmy dużo cięższe i większe (słonie, walenie, drzewa), ale prawdziwie tłoczno jest w mikroświecie. Najmniejsze bakterie podlegające reprodukcji mają średnicę kilku stumiliardowych metra, a niektóre wirusy są nawet 10 razy mniejsze. Wszystko to sprowadza się do poczucia odpowiedniej skali. Człowiek jest 10-100 mln razy większy od najprostszych znanych form życia.

Gatunek ludzki istnieje gdzieś pomiędzy złożoną różnorodnością małych organizmów biologicznych, a ograniczeniami tych dużych. Tak, na Ziemi jesteśmy wyjątkowi. Nie ma drugiego gatunku, który mógłby równać się z nami - nie tylko pod względem możliwości percepcji, ale i stopnia skomplikowania ciała. A co z zamieszkiwaną przez nas planetą?

Astronomowie są zdania, że Układ Słoneczny pod wieloma względami odbiega od typowych układów planetarnych. Gdyby to człowiek go projektował, najprawdopodobniej zrobiłby to inaczej. Słońce, które daje nam życie, nie należy do grupy najliczniejszych gwiazd, z których większość ma mniejsze masy. Duże odstępstwo zaobserwujemy także w rozkładzie planet Układu Słonecznego. Ich orbity są bardziej koliste i bardziej oddalone od siebie niż w większości znanych układów egzoplanetarnych. Co więcej, w naszym sąsiedztwie nie ma żadnej superziemi, czyli planety skalistej, którą da się zaobserwować w 60 proc. wszystkich systemów.

Wiele odpowiedzi na trudne pytania natury astronomicznej można uzyskać już dzisiaj. Badacze uważają, że w Układzie Słonecznym nie doszło do dynamicznego przegrupowania, czego doświadczyła większość znanych układów planetarnych. Oznacza to, że nasza najbliższa przyszłość (w skali kosmicznej) może być bardzo burzliwa.

Szczegółowe symulacje grawitacyjne pokazują, że za kilkaset milionów lat nastąpi okres bardziej chaotyczny. Po kolejnych 5 miliardach lat Słońce drastycznie spuchnie, co nie pozostanie bez wpływu na okrążające je planety. Okres względnego spokoju, w którym przyszło nam istnieć, jest zaskakujący, ale w pełni wytłumaczalny przez naukowców. Dużo trudniej jest z sensownym wyjaśnieniem innych aspektów naszej egzystencji.

Jak to możliwe, że żyjemy w miejscu o umiarkowanej temperaturze (ani za niskiej, ani za wysokiej), obecne wokół związki chemiczne nie są ani zbyt aktywne, ani zbyt obojętne, a nasze środowisko odpowiednio stabilne?

Żyjemy we wszechświecie, w którym produkcja gwiazd zwalnia. Inne słońca i ich planety powstają w średnim tempie zaledwie 3 proc. tempa charakterystycznego dla wszechświata przed 8-11 miliardami lat. Dopiero 5-6 mld lat temu wszechświat wyhamował. Może to zabrzmieć zbyt dramatycznie, ale gwiazdy wypełniające kosmos stopniowo się wypalają.

Ciemna energia przyspiesza rozrastanie się wszechświata, co utrudnia powstawanie wielkich struktur kosmicznych. Oznacza to, że jeżeli gdzieś w sąsiedztwie istnieje inteligentna cywilizacja, która chciałaby się z nami skontaktować, to powinna się spieszyć. W odległej przyszłości życie we wszechświecie - czy istniejące na Ziemi, czy na odległej egzoplanecie, czy nawet otoczeniu gwiazdy - będzie skazane na jeszcze większe odosobnienie.

Wszystko to sprowadza się do prostej konkluzji, że nasze możliwości poznania wszechświata, który zamieszkujemy, są mocno ograniczone. Przecież człowiek nie udał się dalej niż na Księżyc, a załogowe misje na Marsa wciąż są w fazie planowania. Skoro jesteśmy odizolowani od jakichkolwiek innych form życia we wszechświecie do tego stopnia, że wciąż ich nie znaleźliśmy, to być może nigdy nam się to nie uda...

W ostatnich latach coraz częściej pojawiają się sugestie, że źle podchodzimy do poszukiwań życia pozaziemskiego. Analizując to, jak wyjątkowa wydaje się być nasza sytuacja na Ziemi, naukowcy są skłonni do stwierdzenia, że odnalezienie istot bliźniaczo podobnych do ludzi na drugim końcu wszechświata jest praktycznie niemożliwe. Życie ma jednak to do siebie, że zawsze znajdzie sposób, by się przebić.

Podstawowe założenie, jakie robimy w poszukiwaniu życia pozaziemskiego, opiera się na obserwacjach ziemskiej biologii. Wykładamy się już na tym etapie, bo przecież nie wszystkim organizmom żywym we wszechświecie do egzystencji musi być niezbędna woda.

Rozważania teoretyczne wykazały, że mogą istnieć płyny, zastępujące wodę organizmom. Mogą być nimi węglowodory nasycone, takie jak metan wypełniający atramentowe morze Tytana, jednego z księżyców Saturna. Głos rozsądku nakazuje zadać pytanie, co w takim przypadku z cząsteczkami DNA i RNA, które mają fundamentalne znaczenie dla podtrzymania życia? Przecież mogą one istnieć tylko w ściśle określonych warunkach, a alkanowe morza się do nich nie zaliczają.

Naukowcy odkryli istnienie pewnych uniwersalnych wzorców, wykraczających poza kwasy nukleinowe. Oznacza to, że w całym wszechświecie mogą być rozsiane cząsteczki spełniające rolę kwasów nukleinowych, ale niebędące z nimi w żaden sposób związane.

Takimi związkami mogą być etery, które w żadnym spośród ziemskich organizmach żywych nie spełniają funkcji genetycznych. Ich funkcja w środowisku alkanowym (zdominowanym przez węglowodory nasycone) może się jednak zmienić. Etery są o tyle interesujące, że występuje w nich wiązanie C-O-C, a żaden z atomów węgla nie jest związany z więcej niż jednym atomem tlenu. Etery mogą łączyć się tworząc polietery.

Naukowcy oceniają, że to właśnie polietery mogą pełnić rolę pozaziemskich odpowiedników kwasów nukleinowych. Polietery, podobnie jak kwasy nukleinowe, składają się z powtarzających się "cegiełek", którymi są cząsteczki węgla i tlenu. Mają także małe przestrzenie, w których mogłyby się zmieścić elementy pełniące rolę zasad azotowych. Polietery rozpuszczają się w węglowodorach, a w odpowiednich warunkach możliwe jest utworzenie struktur zbliżonych do kwasów nukleinowych.

Astrobiolodzy są zgodni, że życie oparte na eterach może istnieć gdzieś we wszechświecie. Warunek jest jednak taki, by planeta znajdowała się wystarczająco blisko gwiazdy macierzystej, by wykształciły się tam bardziej złożone alkany.

Naukowcy zajmujący się poszukiwaniami życia pozaziemskiego przypuszczają, że na planetach lub księżycach z ciepłym oceanem oktanowym mogą wykształcić się proste formy życia oparte na eterach. Skoro teoretycznie taka konfiguracja jest możliwa w przypadku jednego rozpuszczalnika, prawdopodobnie istnieją także inne egzotyczne substancje, o których nie mamy pojęcia, że są idealne dla podtrzymania życia.

Dlaczego szukamy życia pozaziemskiego w złym miejscu? Odpowiedź na następnej stronie

Błędnych założeń ciąg dalszy. Przez bardzo długi czas astronomowie uważali, że to Ziemia jest standardem, punktem odniesienia, który powinniśmy zachować w poszukiwaniach życia pozaziemskiego. Podobnego zdania był Gottfried Leibniz, niemiecki matematyk, który w 1710 r. opisał naszą planetę jako najdoskonalsze miejsce, jakie możemy sobie wyobrazić. To oczywiste, bo przecież Ziemia - świat ożywiony - jest jedynym, jaki znamy.

Oblicza innych planet i ich księżyców przez lata istniały tylko w sferze wyobraźni, a zdjęcia Plutona przesłane niedawno przez sondę New Horizons pokazują, jak tak naprawdę niewiele wiemy o naszym kosmicznym sąsiedztwie. Ale w ostatnim czasie badacze zajmujący się poszukiwaniem egzoplanet prezentują zgoła odmienne, antygeocentryczne podejście.

Przez ostatnie 20 lat naukowcy odkryli ponad 1800 egzoplanet i liczba ta systematycznie się powiększa. Szacunki wskazują, że w naszej galaktyce musi być co najmniej 100 mld planet. Obce światy są wielce różnorodne i można zaryzykować stwierdzenie, że nie znajdziemy wśród nich dwóch identycznych. Wiele egzoplanet ma znacznie większą szansę stworzenia i podtrzymania stabilnych biosfer. To właśnie te "życiodajne globy" powinny być celem poszukiwań życia poza Układem Słonecznym.

Ziemi można przypisać wiele cech, które sprawiają, że jest to miejsce idealne do rozwoju życia. Nasza planeta okrąża gwiazdę w średnim wieku, której jasność nie zmieniła się przez miliardy lat. Życie miało tu wyjątkowo dużo czasu, by się rozwinąć. Ziemia znajduje się w ekosferze, czyli strefie wokół gwiazdy, w której obrębie na planetach mogą panować warunki fizyczne i chemiczne pozwalające na powstanie, utrzymanie i rozwój życia.

Ponieważ Ziemia znajduje się w ekosferze Słońca, do powierzchni planety dociera odpowiednia ilość światła. Nie bez znaczenia jest także rozmiar naszej planety, dzięki któremu możliwe jest utrzymanie gazowej atmosfery, chroniącej przed promieniowaniem kosmicznym. Niezależnie od tego, jak sobie wyobrazimy życie pozaziemskie, jego rozwój na ciałach niebieskich znajdujących się poza ekosferą byłby ogromną niespodzianką.

Im lepiej poznajemy Ziemię, tym mniej idealną jej stronę odkrywamy. Powszechnie wiadomo, że ekosfera nie jest obszarem statycznym i podlega różnym przeobrażeniom, a najlepszy czas dla życia na Ziemi już minął. We wszechświecie istnieją jednak obiekty, które są znacznie lepiej przystosowane do rozwinięcia i podtrzymania życia. To właśnie na nich powinniśmy skupić swój wzrok.

Pierwsze egzoplanety, odkryte w połowie lat 90. ubiegłego wieku, to gazowe olbrzymy o masach zbliżonych do Jowisza. Krążą one jednak zbyt blisko gwiazd macierzystych, by mogły tam istnieć jakiekolwiek formy życia. Wraz z doskonaleniem metod badawczych odkrywano jednak obiekty krążące po coraz szerszych orbitach. Być może planeta, na której istnieje życie, została już przez nas skatalogowana, ale jeszcze nie zdajemy sobie z tego sprawy.

Większość planet odkrytych przez astronomów w ostatnich latach to tzw. superziemie, o masach ok. 10 razy większych od Ziemi i średnicach z przedziału średnicy Ziemi a Neptuna. Można je znaleźć w większości obcych układów planetarnych, ale żadna nie krąży wokół Słońca.

Nie do końca trafiona wydaje się być sama nazwa wspomnianych planet. Termin superziemia przywodzi na myśl powiększoną Błękitną Planetę, podczas gdy większość tego typu obiektów ma grubą, rozdętą atmosferę, jak Neptun, zatem należałoby je nazywać "minineptunami".

Wiele superziemi, szczególnie tych ok. 2 razy większych od Ziemi, ma skład chemiczny zbliżony do naszego. Ich grawitacja pozwala na wykształcenie i utrzymanie gazowej atmosfery, a jeżeli znajdują się w ekosferach gwiazd, to znaczy, że może występować tam woda. I znów wracamy do punktu, w którym wszelkie wyobrażenia o życiu w sposób nieintencjonalny sprowadzamy do tych organizmów, które znamy.

Astronomowie wiedzą, gdzie szukać kamiennych superziemi. Prawdopodobnie wiele z nich obiega karły typu M i K, czyli gwiazdy mniejsze i słabsze od Słońca. Ich długowieczność jest czynnikiem, który przemawia na korzyść superziemi. Nie ma bowiem wątpliwości, że żadna biosfera planety nie jest w stanie przetrwać śmierci swojej gwiazdy.

Słońce ma ok. 4,6 mld lat i znajduje się w połowie swojego życia. Gdyby było nieco mniejsze, stałoby się znacznie bardziej długowieczną gwiazdą karłowatą typu K. Astronomowie znają takie obiekty. Mimo że są one znacznie starsze od Słońca, to będą świecić jeszcze przez wiele miliardów lat po tym, jak nasza gwiazda się wypali. Sprawia to, że życie na superziemiach okrążających karły typu K ma więcej czasu na rozwinięcie i zróżnicowanie. Jest też jeszcze jeden wart wspomnienia aspekt. Ponieważ światło karła typu K jest czerwieńsze niż promieniowanie słoneczne, może pozwalać na wydajniejszą fotosyntezę na okrążających planetach.

Co decyduje o tym, że superziemie są planetami bardziej przyjaznymi życiu od naszego globu? To właśnie ich masa jest tu kluczowa. Przeprowadzone symulacje wykazały, że gdyby Ziemia krążyła wokół karła typu K, to prędzej czy później zamieniłaby się w "kulę śnieżną", w której cała woda na powierzchni by zamarzła. Powszechnie wiadomo, że to wewnętrzne ciepło planety odpowiada za wybuchy wulkanów i tektonikę płyt. Te procesy przywracają do obiegu atmosferycznego dwutlenek węgla, który jest systematycznie wypłukiwany przez deszcze i zamykany we wnętrzach skał.

Zahamowanie globalnego efektu cieplarnianego doprowadziłoby do zestalenia się jądra planety, a tym samym dezaktywacji ochronnego pola magnetycznego, które uczyniłoby nas łatwym celem dla zabójczego promieniowania kosmicznego. Stare skaliste planety, zbliżone rozmiarem do Ziemi, są najprawdopodobniej pozbawione atmosfery, co w najprostszym rozrachunku oznacza koniec życia.

Ale życie na zbyt dużych superziemiach także może być utrudnione. Na planetach 3-5 razy większych od naszej tektonika płyt najprawdopodobniej by nie występowała, gdyż ciśnienie i lepkość w ich płaszczach powstrzymywałyby wypływ ciepła z jądra. To właśnie dlatego najlepszymi światami do podtrzymania życia są superziemie dwa razy większe od naszej planety. Niemal na pewno występuje na nich tektonika płyt, rzutująca na utrzymanie cykli geologicznych kilka miliardów lat dłużej niż na Ziemi. Szacuje się, że egzoplaneta dwa razy większa od naszej miałaby jakieś 56 proc. więcej powierzchni dla organizmów żywych.

Za układy oferujące największą życiodajność należy uznać planety skaliste większe od Ziemi, okrążające gwiazdy mniejsze i słabsze od Słońca. To właśnie ich powinniśmy poszukiwać w przestrzeni międzygwiezdnej. Co ciekawe, łatwiej je wykryć niż systemy bliźniacze układu Ziemia-Słońce. Statystyki oparte na dotychczasowych poszukiwaniach obcych globów pokazują, że superziemie okrążające małe gwiazdy są w Drodze Mlecznej znacznie liczniejsze niż odpowiedniki naszego układu.

Kandydatem idealnie pasującym do przedstawionego opisu jest planeta Kepler-186f o średnicy o 11 proc. większej od Ziemi. Obiekt ten, prawdopodobnie o skalistej budowie, znajduje się w ekosferze gwiazdy karłowatej typu M. Jest to świat starszy od Ziemi, na którym mogą licznie występować archipelagi. Jest jednak oddalony od nas o 500 lat świetlnych, więc nie wiadomo, czy kiedykolwiek uda się stworzyć jego bardziej szczegółową charakterystykę.

Nie oznacza to jednak, że superziemi nie ma bliżej nas. Już wkrótce mogą one zostać odkryte dzięki licznym misjom kosmicznym, spośród których największe nadzieje wiąże się z misją PLATO (Planetary Transits and Oscillations of Stars), której start ESA zaplanowała na 2024 r.

Superziemie będą także na celowniku Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, który ma zostać wyniesiony na orbitę w 2018 r. Wszystko to sprowadza się do prostej konkluzji: nie żyjemy na najlepszym z możliwym światów! Ale jak wszystko pójdzie po naszej myśli, to już wkrótce będziemy w stanie wskazać go na nocnym niebie.