24 kloder er superbeboelige: Jordens overmenn

I alle størrelser og former kryper, kravler, klatrer og kretser mystiske dyr overalt. Selv naturstridig store vesener svever høyt over de lilla trekronene.

Forskerne som valgte ut målet for menneskehetens første interstellare ekspedisjon, hadde rett. Det finnes planeter som er mye bedre egnet for liv enn jorden, og denne er absolutt en av dem.

Det vrimler av liv

Jorden er det eneste stedet i universet der vi med sikkerhet vet det er liv. Bare Amazonas er hjemsted for minst tre millioner arter. Likevel valgte astrobiologene René Heller og John Armstrong i 2013 å spørre seg hva livet ville foretrekke hvis det hadde fritt valg på øverste hylle.

Ville jorden være mer mangfoldig hvis den boblende biologiske gryta ikke bare kokte i Sør-Amerikas regnskog, men over hele kloden?

Tankeeksperimentet preget seg i en banebrytende teoretisk artikkel der alle mulige parametere for en mulig planet ble optimert.

I 2020 tok astronomiprofessoren Dirk Schulze-Makuch fra Technische Universität i Berlin opp spørsmålet. Sammen med kollegaen René Heller og astronomen Edward F. Guinan modellerte han andre planeters utvikling og skrudde på et utall av parametere som stjernetype, planetstørrelse og klimaforhold.

Med bakgrunn i modellene pekte forskergruppen på 24 mulige superbeboelige planeter som de oppfordret astronomene til å se nærmere på.

Forskernes kunnskap om planetene er fortsatt relativt begrenset. Selv solens nærmeste nabostjerne, Proxima Centauri, befinner seg 40 208 000 000 000 kilometer unna, omtrent 268 770 ganger strekningen fra jorden til solen. Avstanden gjør det umulig å observere planetene direkte.

Størrelsen på planetene er imidlertid en av de tingene forskerne med rimelig presisjon kan måle, og alle de 24 planetene er større enn jorden. Jo større en planet er, desto større overflate har den, og kraftigere tyngdekraft, noe som gir livet flere fordeler.

For det første vil det få et større areal å spre seg på og utvikle seg i ulike retninger. For det andre vil en planet med et sterkere gravitasjonsfelt holde på mer av atmosfæren sin. Lufttrykket i atmosfæren vil derfor være markant høyere enn på jorden, noe som øker bæreevnen, slik at større og tyngre vesener kan holde seg i luften tross den økte tyngdekraften.

Stjernen er stjernen

Når forskerne leter etter livgivende planeter, begynner de med å se på stjerner. Den lokale solen har nemlig helt avgjørende betydning for hvor gode sjanser livet har.

For at en planet kan bli superbeboelig, bør den befinne seg i den optimale avstanden av stjernen. Med andre ord bør den befinne seg noenlunde midt i den såkalte beboelige sonen, som er definert ved en maksimal og en minimal avstand.

Den maksimale avstanden er der hvor atmosfæren blir så kald at drivhusgassen karbondioksid felles ut, og planeten ender som en frossen isklump låst i en evig istid. Den minimale avstanden er der hvor drivhuseffekten løper løpsk, slik at hydrogen og dermed vann koker bort til verdensrommet.

I begge scenarier mister planeten sitt frie og flytende vann, som astrobiologene betrakter som sentralt for liv. I det henseendet er jorden faktisk ikke optimalt plassert, for den ligger veldig tett på den indre grensen i forhold til solen.

Faktisk ville en bane med bare en prosent mindre diameter antagelig ha resultert i at jorden hadde endt opp som Venus, som nettopp er preget av galopperende drivhuseffekt.

I tillegg til avstanden er også selve stjernen slett ikke optimal i jordens tilfelle. Solen er en dvergstjerne av G-typen, og forskerne mener at levetiden er for kort til at planeter rundt den kan rekke å utvikle seg til å være superbeboelige.

Fra en type G-stjerne fødes – i en kosmisk sky av gass – til den kollapser og i dødskramper sluker de innerste planetene, går det bare ti milliarder år. Reelt sett er det bare halvparten av den tiden det kan være avansert, flercellet og landlevende liv på planetene rundt stjernen.

Solen er for eksempel beregnet til å leve enda fem milliarder år, og den stadig stigende stråling vil antagelig gjøre jorden ubeboelig for liv allerede om én milliard år.

Stråling steker DNA

Fem eller seks milliarder år er det livet har til å utvikle seg på jorden. Det kan høres mye ut, men det vil i de fleste tilfeller neppe være nok. Det understreket de to fysikerne Robert A. Rohde og Richard A. Muller i 2005 i tidsskriftet Nature.

Rohde og Muller samlet alle tilgjengelige paleontologiske data og forsøkte å fastslå antallet dyreslekter på kloden i løpet av de geologiske tidsaldrene. Og konklusjonen var klar.

Siden det komplekse, flercellede livet oppsto for omtrent 700 millioner år siden, har biologisk mangfoldet eksplodert, bare avbrutt av korte episoder med masseutryddelse. Faktisk er biologisk mangfold i dag det doble av nivået på slutten av krittiden for 66 millioner år siden, da en meteor utryddet dinosaurene.

Med andre ord er økosystemene fortsatt under utvikling og vil antagelig være det i milliarder av år framover – hvis de får lov. Og jo lenger stjernen skinner, desto mer vil livet utvikle seg.

Men kritikken av solen – eller rettere sagt stjernetypen gule dverger – slutter ikke med den korte levetiden. Gule dverger sender ut også altfor mye av både røntgenstråling og energirik ultrafiolett stråling i sin ungdom. Begge deler gjør det vanskelig for livet å etablere seg fordi den veldig energirike strålingen ødelegger komplekse molekyler som DNA.

Strålingen kan være en del av forklaringen på at flercellet liv først utviklet seg da jorden var 3,7 milliarder år gammel.

For å finne den optimale stjernen sorterer Dirk Schulze-Makuch og kollegene også ut de typene av dvergstjerner som er litt større enn solen, nemlig type B, A og F. De kaster også ut de mindre M-dvergstjernene som kalles røde dverger.

Her ligger den beboelige sonen så tett på stjernen at en planet som går i bane ville bli utsatt for langt flere partikler i den såkalte solvinden enn vi opplever på jorden, noe som på sikt ville kunne skade eller ødelegge atmosfæren.

Dermed sitter vi igjen med stjerner av K-typen kalt oransje dverger med mellom 0,5 og 0,8 solmasser. Som i eventyret om Gullhår er de oransje dvergene akkurat som de skal være: stabile, med få problematiske energiutladninger og med en lang levetid på opptil 45 milliarder år.

En av solens nærmeste naboer, Alfa Centauri, er nettopp en oransje dverg, og faktisk er stjernetypen tre ganger mer utbredt i vår del av Melkeveien enn de gule dvergstjernene som solen.

24 aspiranter utfordrer jorden

Kravet til stjernen var bare det første som forskerne etablerte ut fra modellene sine. Neste skritt var å gjennomgå de over 5000 fremmede planetene som har blitt oppdaget de siste 30 årene.

Forskerne har fastlagt omtrentlige masse, størrelse, sammensetning og avstand til den lokale stjernen for mange av planetene. For andre er den mest detaljerte informasjon bare at «de antagelig eksisterer».

Ut fra de opplysningene ble 24 av planetene utvalgte til nærmere studier. Hovedkriteriet for forskergruppen var at planetene lå i den beboelige sonen og gikk i bane rundt en oransje dvergstjerne.

Deretter så de på planetenes størrelser. Ifølge Schulze-Makuch er en superbeboelig planet om lag 10 prosent større enn jorden. Dermed er planeten om lag 50 prosent tyngre og har en 25 prosent sterkere tyngdekraft på overflaten.

Temperatur er en annen viktig parameter som er fastlagt for en hel del planeter. Her valgte forskergruppen ut planeter som har en fem grader høyere gjennomsnittstemperatur enn jorden, slik at livet kan utfolde seg hele kloden rundt.

For at livet får de mest optimale betingelsene, bør atmosfæren inneholde 30 prosent oksygen og ikke 21 prosent, som jordens atmosfære i dag. Dessuten bær land og hav være fordelt slik at planeten har massevis av grunne kystsoner, der biologisk mangfoldet kan bli høyt, og bare få ørkener.

Men astronomene kan med den nåværende teknologien verken si noe om superplanetenes atmosfære eller overflaten.

De manglende dataene ga til gjengjeld forskerne muligheter for å teoretisere videre og peke på enda flere aspekter ved en planet som vil gjøre den superbeboelig – for eksempel et sterkt magnetfelt.

Jordens magnetfelt blir skapt av en jernholdig kjerne som oppsto fordi planeten under fødselen var tilstrekkelig varm og flytende til at grunnstoffene skilte seg i en jernrik kjerne og en silikatrik mantel og skorpe. En superbeboelig planet bør derfor være født under lignende forhold.

Oppdelingen i lag bidrar dessuten til den kanskje aller viktigste parameteren for en superbeboelig planet: platetektonikk. Før en planet kan bli levende, bør skorpe hele tiden oppstå og gå til grunne i en syklus.

Jorden er fortsatt enestående

På jorden oppstår platetektonikken på grunn av langsomme bevegelser i den tyktflytende mantelen mellom skorpen og kjernen, som trekker og skyver rundt skorpeplater i platetektoniske bevegelser. Det er slik de største havdypene, de høyeste fjellene og alt derimellom oppstår.

Platetektonikken sikrer tusener av unike levesteder hver sin temperatur, fuktighet og jordbunn, slik at livet har muligheter for å utvikle seg i utallige retninger.

Dessuten er platetektonikken motor i den såkalte karbonsyklusen, der karbonholdige mineraler sirkulerer ned i mantelen og kommer opp igjen gjennom vulkansk aktivitet. Syklusen balanserer atmosfærens innhold av karbondioksid og dermed klimaet over millioner av år. Uten denne innebyggede termostaten kan ikke en planet være superbeboelig.

Selv om de 24 utvalgte planetene på papiret er enda mer velegnet for liv enn jorden, kan de vise seg å være steindøde. Det skyldes først og fremst at biologene fortsatt ikke vet akkurat hvilke forhold liv oppstår under.

Planetene er med andre ord superbeboelige i den forstand at hvis det er liv der, så vil det ha optimale forhold – ikke i den forstand at det er større sannsynlighet for at livet vil oppstå der.

Listen på de 24 planetene er også bare forskernes første utkast. I de kommende årene forventer astronomene at data om både kjente og nye eksoplaneter velter inn fra en hel flokk av nye teleskoper.

Dermed blir listen over superbeboelige planeter ikke bare lengre, men også mye mer detaljert. Imidlertid understreker forskerne én ting: Riktignok kan de superbeboelige planetene være mer velegnet for liv, men aldri for livet, som vi kjenner det. Her vil jorden for alltid være enestående.

Artikkelen ble utgitt første gang i 2021.