Maan ulkopuolista elämää aurinkokunnassamme?

Omassa aurinkokunnassamme elämää voi löytyä esim. Jupiterin kuista. Jo ensi vuonna lähetetään robottiluotain tutkimaan Europan (Jupiterin kuu) mahdollista elämää.

Koko tuntemassamme maailmankaikkeudessa on erittäin todennäköisesti elämää. Onhan tähtiä olemassa enemmän kuin hiekanjyviä maapallolla. Planeettoja tietenkin vielä paljon enemmän.

Kun halutaan tutkia elämän kehittymisen mahdollisuuksia maailmankaikkeudessa, pitäisi tietysti ensiksi määritellä, mitä elämä oikein on. Tieteiskirjallisuus on täynnä mitä erikoisimpia elämänmuotoja ihmisen kaltaisista olennoista kokonaisiin elollisiin planeettoihin ja tähtienvälisen aineen pilviin. Todellisuudessa tunnemme vain omalle maapallollemme syntyneen elämän ominaisuudet, ja täysin yleisen määritelmän muodostaminen onkin lähes toivoton tehtävä. Jotta voisimme sanoa elämän kehittymisestä yhtään mitään, joudumme heti alkuun rajoittumaan sellaisiin elämän muotoihin, jotka jollakin tavoin muistuttavat omaamme.
Yhtään helpompaa ei ole määritellä, mitä on älyllinen elämä. Ihmisen käyttämät määritelmät perustuvat lähinnä siihen, että niiden perusteella ihminen itse voidaan määritellä älylliseksi olennoksi.

Jos tarkastellaan vain omamme kaltaista elämää, sen kehittymiseen tarvitaan myös samankaltaisia olosuhteita kuin maapallolla. Kyseeseen tulevat siis kiinteistä aineista muodostuneet planeetat, joiden pinnalla lämpötila on veden jäätymis- ja kiehumispisteiden välillä. Tähden ekosfääri on alue, jolla vallitsevat sopivat olosuhteet.

Maailmankaikkeuden alkuräjähdyksessä syntyi vetyä ja heliumia, mutta ei juuri lainkaan raskaampia alkuaineita. Ensimmäisillä tähdillä ei siten voinut vielä olla maankaltaisia planeettoja. Muut alkuaineet kehittyivät tähtien ydinreaktioissa. Kun ensimmäisen sukupolven tähdet elämänsä lopulla räjähtivät hajalle supernovina, niissä syntyneet aineet levisivät tähtienväliseen avaruuteen ja edelleen seuraavien tähtisukupolvien rakennusaineiksi. Jos laskuista jätetään eksoottiset pelkästä vedystä ja heliumista rakentuvat oliot, voidaan olettaa, että elämää ei voinut esiintyä maailmankaikkeuden muutaman ensimmäisen vuosimiljardin aikana.

Tähtienvälinen aine esiintyy pilvinä. Joskus pilven tiheys kasvaa niin suureksi, että pilvi alkaa kutistua oman vetovoimansa vaikutuksesta. Pilven pyörimisnopeus kasvaa pilven luhistuessa kokoon, samaan tapaan kuin taitoluistelijan piruetin nopeus kiihtyy hänen vetäessä kätensä lähemmäs vartaloaan. Pyörimisliike vastustaa kutistumista, ja tuloksena on pyörimisakselia vastaan kohtisuora kaasu- ja pölykiekko. Sen keskiosat tiivistyvät edelleen tähdeksi, jonka sisällä paine ja lämpötila nousevat, kunnes vety alkaa muuttua heliumiksi fuusioreaktioissa.

Kiekon ulompien osien hiukkaset törmäilevät keskenään ja muodostavat tihentymiä, jotka sitten kasvavat planeetoiksi. Tähden lähellä lämpötila on niin korkea, että kevyimmät aineet haihtuvat avaruuteen, ja jäljelle jää maankaltaisia planeettoja. Niistä mahdollisesti muutama sijaitsee vyöhykkeellä, jolla lämpötila on elämälle sovelias. Tähden säteilytehosta riippuu, millä etäisyydellä ja kuinka laaja tämä alue on.

Tämän mallin mukainen kehitys johtaa luontevasti planeettojen syntyyn, jota siksi pidetään aivan tavanomaisena ilmiönä. Jos aurinkokunta on yhtään tyypillinen tapaus, planeetoista ehkä 1-2 kappaletta voi osua etäisyydelle, jossa elämä on mahdollista.

Planeettoja on hyvin vaikea havaita suoraan. Koska ne vain heijastavat hyvin lähellä näkyvän tähden valoa, ne ovat erittäin himmeitä ja hukkuvat tähden loisteeseen. Selvimpiä todisteita planeettajärjestelmien synnystä ovat nuorten tähtien ympärillä havaitut pölykiekot. Havainnot tuntuvat tukevan sitä, että käsityksemme tähtien ja planeettojen synnystä on likimain oikea, vaikka aivan kaikkia yksityiskohtia ei vielä tunnetakaan. (jatkuu)

Linnunradassa samanaikaisesti esiintyvien sivilisaatioiden määrää kuvataan usein Frank Draken esittämällä kaavalla

N = N0 p1 p2 p3 p4 p5

Tässä N0 on Linnunradan tähtien lukumäärä, joka on luokkaa 1011. Muut luvut ovat todennäköisyyksiä (ja siis nollan ja ykkösen välillä olevia lukuja), jotka kuvaavat eri kehitysvaiheiden mahdollisuuksia.

Ensimmäinen niistä, p1, on todennäköisyys, että tähdellä on elinkelpoisia planeettoja. Tämä on kaavan ainoa tähtitieteeseen liittyvä todennäköisyys, ja se on myös helpoimmin arvioitavissa. Edellä esitetyn perusteella tämä todennäköisyys on verraten suuri.

Toinen todennäköisyys, p2, ilmoittaa kuinka usein elinkelpoiselle planeetalle syntyy elämää. Kolmas todennäköisyys p3 kertoo, kuinka usein alkuun päässyt elämä kehittyy älylliselle tasolle.

Kahdessa viimeisessä todennäköisyydessä mukaan tulee myös yhteiskunnallinen kehitys. Luku p4 on todennäköisyys, että elämä saavuttaa sellaisen tason, jolla se pystyy kommunikoimaan muiden sivilisaatioiden kanssa. Viimeinen tekijä p5 on todennäköisyys, että kehittynyt sivilisaatio on olemassa annetulla hetkellä. Tämä kuvaa sitä, kuinka kauan kommunikoinnin tason saavuttanut sivilisaatio keskimäärin pysyy hengissä.

Tarkastellaan kahta esimerkkiä. Optimistisessa tapauksessa oletetaan kaikki todennäköisyydet kohtuullisen suuriksi.

Oletetaan, että elinkelpoisia planeettoja on syntynyt joka toisen tähden ympärille, eli p1 = 0.5. Tämä todennäköisyys tuskin voinee olla yhtään suurempi, koska ainakin vanhimmat tähdet on suljettava pois laskuista. Edelleen oletetaan, että älyllistä elämää kehittyy kaikkialle, missä se on mahdollista ja että se saavuttaa kommunikoinnin vaatiman teknisen tason. Valitaan siis p2 = p3 = p4 =1. Rajoittavaksi tekijäksi muodostuu nyt sivilisaatioiden ikä, josta emme tietenkään tiedä yhtään mitään. Oletetaan kuitenkin, että sivilisaatio säilyisi hengissä keskimäärin 100 000 vuotta. Koska maailmankaikkeuden ikä on luokkaa 1010 vuotta, todennäköisyys, että satunnaisesti valittu sivilisaatio olisi hengissä satunnaisella hetkellä on p5 = 105/1010 = 10-5. Kun kaikki nämä luvut sijoitetaan kaavaan, saadaan tällä hetkellä esiintyvien sivilisaatioiden määräksi Linnunradassa N ~ 500 000.

Vaikka tämä tuntuu suurehkolta määrältä, se ei vielä tarkoita kovin suurta tungosta. Yritetäänpä arvioida naapurisivilisaatioiden keskimääräistä välimatkaa.

Linnunrata on suunnilleen kiekko, jonka säde on karkeasti ottaen 50 000 valovuotta. Tällaisen kiekon pinta-ala on 8 × 109 neliövalovuotta. Kun tämä jaetaan sivilisaatioiden määrällä, jää kullekin 16 000 neliövalovuoden suuruinen alue. Vierekkäisten sivilisaatioiden keskimääräinen välimatka on sama kuin tällaisen neliön sivun pituus eli 125 valovuotta.

Toisena esimerkkinä tarkastellaan hieman pessimistisempää tilannetta, jossa kaikki todennäköisyydet ovat edellistä pienempiä. Oletetaan, että vain joka kymmenennellä tähdellä on elinkelpoisia planeettoja, siis p1 = 0.1. Näistä taas joka kymmenennelle syntyy elämää (p2 = 0.2) ja vain joka sadannessa tapauksessa elämän kehitys johtaa älylliseen elämään (p3 = 0.01). Näistä taas joka kymmenes keksii radioteleskoopin (p4 = 0.1). Edelleen oletetaan, että valtakunnat ovat keskimäärin tuhatvuotisia, jolloin p5 = 1000/1010 = 10-7. Näillä arvoilla saamme sivilisaatioiden määräksi N ~ 0.1. Tämä tarkoittaa, että keskimäärin joka kymmenennessä Linnunradan kokoisessa galaksissa on yksi sivilisaatio. Tässäkin elämään liittyvät todennäköisyydet ovat vielä melko suuria. Ne voivat aivan hyvin olla vielä paljon, paljon pienempiä, jolloin elolliset olennot ovat varsinaisia keräilyharvinaisuuksia.

Mitä tästä sitten opimme? Emme oikeastaan mitään muuta kuin, miten äärimmäisen epävarmoja kaikki arviot ovat. Toinen havainto on, että sivilisaation ikä saattaa olla hyvin rajoittava tekijä. Vaikka älyllisten kulttuurien synty olisikin tavanomainen ilmiö, maailmankaikkeuden aikaskaalassa niiden kukoistuskaudet voivat olla vain lyhyitä välähdyksiä, jotka osuvat kaikki eri aikaan.