Julen er miraklenes tid
Du kan bare lese dette takket være et utall av usannsynligheter – det noen kaller mirakler. I juletiden gjenutgir vi historiene om noen av de forskerne fortsatt strever med å forstå: Jorden oppstod ved en serie lykketreff, så fikk en perfekt kombinasjon av byggematerialer livet til å blomstre. Og så vant du livets kappløp da en eggcelle ble befruktet, delte seg og formet din kropp.
Høyt over planetens nattside driver en sonde lydløst av sted med sensorene rettet mot det mørke landskapet tusen kilometer nede.
Sonden samler opp informasjon om atmosfærens sammensetning, speider etter eventuelle lyskilder på overflaten og lytter etter radiostøy i eteren. Alt sammen for å besvare spørsmålet: Er det liv der nede?
Svaret er et klart ja, for den planeten som sonden flyr over 8. desember 1990, er ingen annen enn vår egen klode, jorda. Sonden som leter etter jordisk liv, heter Galileo, og denne delen av prosjektet er ikke så pussig som man kunne tro.
1. Lykketreff: Supernova ga kloden varmen
5.000 millioner år siden: Sola, jorda og de andre planetene ble dannet av en sky av materiale. Hvis ikke en nærliggende stjerne tilfeldigvis hadde eksplodert som en supernova på samme tidspunkt, ville jorda endt som en isklump, viser ny forskning.
Supernovaen leverte en rekke radioaktive stoffer som ble en del av den nye planeten, blant annet aluminium 26A1. Energien fra den radioaktive nedbrytingen fikk overskytende vann til å fordampe og sørger for at jordas indre fortsatt er varm.
sannsynlighet: 10 %
Uten en supernova får planeter en sammensetning som antagelig gjør dem ubeboelige.
På grunnlag av Galileos observasjoner kan astronomen Carl Sagan og kolleger konkludere med at en beboelig planet sender ut avslørende spor som det er teknisk mulig å fange opp på lang avstand.
Fem år senere, i 1995, finner astronomene den første eksoplaneten som går i bane rundt en stjerne som minner om sola. Plutselig blir Galileos usedvanlige reise svært relevant.
Planeten, 51 Pegasi b, er riktignok en glovarm, Jupiter-lignende kjempe i veldig tett bane om stjernen sin, og dermed nesten med sikkerhet både livløs og ubeboelig, men oppdagelsen blir startskuddet til et nytt romkappløp – jakten på beboelige kloder i andre solsystemer og dermed svaret på et av vitenskapens største spørsmål: Finnes det liv på andre oaser i universet, eller er jorda resultatet av et ekstraordinært lykketreff?
2. Lykketreff: Saturn stanset Jupiters herjing
1. Jupiter reiser inn
Jupiter beveger seg innover i det unge solsystemet, der store steinplaneter går i bane tett på sola. Slik ser mange eksoplanetsystemer fortsatt ut.
2. Planeter kolliderer
Jupiter får de andre planetene til å kollidere og tvinger dem inn mot sola, helt til Saturns tyngdekraft bremser Jupiters reise innover i solsystemet.
3. Jupiter gjør plass
Etter at Jupiter er trukket utover, blir det plass til at jorda og andre nye planeter kan dannes av asteroidene. Bare noen få andre planetsystemer ser slik ut.
Forskerne jakter på en annen jord
I 2019 er antallet bekreftede planeter utenfor solsystemet vårt kommet opp i 4071. De er fordelt på 3043 stjernesystemer (659 av systemene har mer enn én planet). Men selv om forskerne altså nå har flere tusener planeter å velge imellom, kan de aller fleste allerede ved første øyekast avvises som kandidater til å være jordlignende.
Blant de planetene forskerne raskt kasserer, er gassgigantene, men også de fleste steinplanetene: Noen går i bane altfor langt fra eller altfor tett på stjernen, noen er altfor store eller altfor små, og noen går i bane rundt en stjerne av feil type.
I takt med at det blir oppdaget nye eksoplaneter, og astronomene lærer mer om noen av dem de allerede kjenner, blir listen over lovende kandidater oppdatert.
3. Lykketreff: Jorda endte i den smale gullhårsonen
1. Gammel Gullhår-sone
Ytre grense: En tykk atmosfære av drivhusgass holder temperaturen oppe, så vannet ikke fryser.
Indre grense: En svak drivhuseffekt og skyer holder temperaturen nede, så vannet ikke koker.
2. Ny Gullhårsone
Ytre grense: Drivhuseffekten går ikke i gang fordi CO2-en tidlig fryser ut av atmosfæren.
Indre grense: Ultrafiolett stråling bryter ned vanndamp til O og H, slik at alt vann forsvinner.
I 2019 er eksoplaneten K04878.01 den som kommer tettest på å matche jorda. Den scorer 0,98 i såkalt ESI-verdi, Earth Similarity Index, der jorda er satt til 1. Planeten K04878.01 har nesten samme størrelse som jorda og befinner seg i en bane som gir den bare 3 prosent mer stråling fra en stjerne som også minner ganske mye om sola.
Andre studier, som ser på faktorer som ikke inngår i ESI-verdien, tyder imidlertid på at K04878.01 har en atmosfære med et ti ganger høyere trykk enn på jorda, og det gjør det usannsynlig at det kan finnes liv der.
En annen lovende kandidat, planeten TRAPPIST-1e, har nesten ingen atmosfære i det hele tatt. Selv om de to planetene på mange måter ligner jorda, ser de ut til å ha utviklet seg ganske annerledes enn planeten vår.
4. Lykketreff: Sammenstøt ga jorda den perfekte størrelsen
4.520 millioner år siden: Opprinnelig var jorda mindre enn i dag, men få millioner år etter at den ble dannet, kolliderte den med en mindre planet, Theia, som var på størrelse med Mars.
Ved sammenstøtet sank Theias jernkjerne til bunns i jorda, mens det lettere materialet ble slynget ut i verdensrommet og dannet månen. Jorda har derfor en usedvanlig stor kjerne i forhold til størrelsen, og det er med på å gi planeten et magnetfelt som beskytter livet mot stråling. Planeter med en så stor kjerne er normalt en del større enn jorda og sannsynligvis ubeboelige.
Det skyldes at en planet trolig går over fra steinplanet til gassplanet når den er dobbelt så stor som jorda. Planeten vil enten være dekket av en tykk atmosfære av hydrogen og helium, med et trykk på opp til flere tusen ganger det vi har på jorda, eller, hvis den er nærmere stjernen, vil atmosfæren fordampe og etterlate en glovarm klode.
Planeten vil enten være dækket af en tyk atmosfære af brint og helium med et tryk på op til flere tusind gange det, vi har på Jorden, eller hvis den er tættere på stjernen, vil atmosfæren fordampe og efterlade en glohed klode.
sannsynlighet: 0,5 %
Jordas kjerne er antagelig usedvanlig stor i forhold til klodens størrelse.
Hvis liv skal ha tid til å oppstå og utvikle seg, er det også avgjørende at både planetens bane og stjernens utstråling er konstante over flere milliarder år. Kilden til en planets beboelighet finnes imidlertid ikke bare i ytre forhold, men også i planetens indre.
En aktiv undergrunn er avgjørende for livet på jorda og antagelig også på andre kloder. Platebevegelsene stabiliserer forholdene på planetens overflate ved å justere atmosfærens innhold av drivhusgasser.
Det såkalte karbonkretsløpet tilfører for eksempel CO2 til atmosfæren ved vulkanutbrudd, mens gammel skorpe transporterer karbonet ned igjen i planetens indre.
5. Lykketreff: Månen stabiliserer årstidene på jorda
Med månen: Bred stabil sone
Så lenge jorda har månen som satellitt, kan planeten opprettholde en stabil orientering i rommet og dermed faste årstider, så lenge rotasjonsaksen heller mellom 0° og 60°.
Uten månen: Smal stabil sone
Hvis jorda hadde mistet månen, ville den stabile sonen bli mindre. Jorda ville bare opprettholde en stabil orientering hvis rotasjonsaksens helning holdt seg mellom 85° og 90°.
Et japansk forskerteam ledet av geologen Takehiro Miyagoshi simulerte i 2015 det indre av steinplaneter som er større enn jorda.
Det viste at skorpen blir for tykk og trykket i planetens indre for høyt til at platetektonikk fungerer.
Andre analyser har vist at platetektonikk er vanskelig å starte selv på steinplaneter med riktig størrelse, temperatur og sammensetning. Faktisk vet ikke forskerne helt hvordan prosessen ble satt i gang på jorda.
6. Lykketreff: Aktiv geologi er klodens termostat
For varm
Når jorda blir varmere, faller det mer nedbør. Regnvannet løser opp CO2 og sender den ned i bakken. Mindre CO2 i atmosfæren får temperaturen til å falle.
For kald
Når jorda blir kaldere, faller det mindre nedbør. Dermed blir det ikke oppløst så mye CO2 i regnvann, så mengden av CO2 i atmosfæren vokser. Det får klodens temperatur til å stige.
Superteleskop skal finne oksygen
I dag kan astronomene bare observere eksoplanetenes størrelse og avstand til stjernen, men nye teleskoper vil gi et mye mer detaljert bilde av dem.
Det gjelder ikke minst Extremely Large Telescope, ELT, som blir verdens største når det rettes mot universet for første gang i 2025. Teleskopet blir en del av Europas sørlige observatorium i Chiles Atacamaørken og får en diameter på 39 meter.
Til sammenligning er diameteren til de største jordbaserte teleskopene i dag om lag 10 meter. ELT vil levere bilder som er 16 ganger skarpere enn Hubble-teleskopet.
7. Lykketreff: Fri ilt banede vejen for avanceret liv
850 millioner år siden: Oksygen er nødvendig for alt avansert dyreliv på jorda. I jordas ungdom var alt oksygen bundet i kjemiske forbindelser, men det endret seg da forfedre til dagens blågrønnalger fant opp fotosyntesen.
Ny forskning tyder på at det skjedde for 3.400 millioner år siden. I flere milliarder år ble oksygenet fanget opp av for eksempel jern, men for 850 millioner år siden begynte oksygennivået å stige i havet og i atmosfæren og banet veien for flercellet liv.
Sannsynlighet: : 5 %
Fritt oksygen krever at flere betingelser er oppfylt. Vi har ikke funnet det på eksoplaneter.
En av teleskopets sentrale oppgaver blir å sette tall på hvor mange jordlignende systemer i ulike grader av utvikling det finnes i solsystemets galaktiske nabolag.
Det skjer blant annet ved analyse av protoplanetariske skiver rundt nyfødte stjerner. Astronomene er spesielt interessert i fordelingen av grunnstoffer, molekyler og masse.
De opplysningene kan fylle ut hull i historien om jordas fødsel og avsløre om solsystemets barndom var normal eller helt spesiell. ELT kan også levere data om eksoplaneters masse.
8. Lykketreff: Jupiter forhindrer meteornedslag
750 millioner år siden: Meteorer var gunstige i jordas ungdom, da de var med på å forme den planeten vi kjenner. De økte for eksempel jordas masse og leverte mye av vannet. Kanskje tok de faktisk med seg noen sentrale byggeklosser til livets tilblivelse. Men i dag er meteorer et alvorlig problem for jorda.
Helt siden det høyerestående livet oppsto for om lag 750 millioner år siden, har det vært truet av store nedslag. Blant annet det som utryddet dinosaurene for 66 millioner år siden.
Heldigvis har jorda en kosmisk beskytter i Jupiter. Simuleringer viser at langt flere store himmellegemer ville ramme de indre planeter hvis ikke gassgiganten fungerte som en støvsuger for steiner og isklumper med sin enorme tyngdekraft.
Sannsynlighet: 50 %
Mange solsystemer har en gassgigant, men ofte for tett på stjernen til å beskytte andre planeter.
Siden astronomene kjenner planetenes diameter fra romteleskopene, kan de regne ut tettheten og dermed komme med si noe om hva de er sammensatt av.
Med den kunnskapen kan forskerne kanskje avsløre om det er sjanse for at planeten har et beskyttende magnetfelt og aktiv geologi med platetektonikk, akkurat som jorda.
Dessuten håper astronomene at ELT blir så kraftig at det kan analysere atmosfærene på mange av de kjente jordlignende planetene – ikke minst toppkandidatene K04878.01 og TRAPPIST-1e.
9. Lykketreff: Magnetfeltet ble reddet i siste sekund
Oppvarming
Jorda har en fast indre kjerne og en flytende ytre kjerne. Den faste indre kjernen varmer opp den ytre kjernen.
Bevegelse
Varmen setter kjernen i bevegelse. Strømningene bøyes av jordas rotasjon og danner parallelle spiraler.
Magnetisme
Spiralene skaper jordens magnetfelt, akkurat som en dynamo, der mekanisk rotasjon blir til strøm.
Aller helst vil forskerne finne fritt oksygen. Gassen reagerer veldig lett med andre forbindelser, så den forblir bare i atmosfæren på en steinplanet der oksygen løpende blir produsert.
Og det skjer antagelig bare ved komplekse biokjemiske prosesser som fotosyntese, som er grunnlaget for alt dyreliv.
ELT og andre nye instrumenter vil i løpet av de neste ti årene bringe oss tett på å besvare spørsmålet: Har livet utviklet seg andre steder, eller er jorda universets heldigste planet?
0,0000000000078125 %* …
… så lav er sannsynligheten for at jorda skulle bli til en planet der livet kunne utvikle seg. Statistisk sett er det bare én av 25 billiarder planeter det skjer med. Vi er resultatet av ni usannsynlige lykketreff.
*Metode: Tallet er beregnet ved å gange sannsynlighetene for de ni lykketreffene som er beskrevet i artikkelen. Alle er basert på kvalifisert gjetning.