Kuvan luotto: NASA
Olemme tuomittuja. Eräänä päivänä maapallo on palanut tuhka, joka kiertää turvonnutta punaista tähteä.
Tämä on jokaisen planeetan lopullinen kohtalo, joka elää lähellä pääsarjatähteä, kuten aurinkoamme. Pääsarjan tähdet toimivat vedyllä, ja kun tämä polttoaine loppuu, ne muuttuvat heliumiksi ja niistä tulee punainen jättiläinen. Vaikka auringon muuttuminen punaiseksi jättiläiseksi on surullinen uutinen maapallolle, aurinkokuntamme kaukaisimpien alueiden jäiset planeetat paistattelevat auringon lämmössä ensimmäistä kertaa.
Aurinko on kasvanut hitaasti mutta tasaisesti kirkkaammaksi ja kuumemmaksi elämänsä aikana. Kun auringosta tulee punainen jättiläinen noin 4 miljardissa vuodessa, tuttu keltainen aurinkomme muuttuu kirkkaan punaiseksi, koska se säteilee pääasiassa infrapuna- ja näkyvän punaisen valon alemman taajuuden energiaa. Se kasvaa tuhansia kertoja kirkkaammaksi ja silti sen pintalämpötila on viileämpi, ja sen ilmakehä laajenee ja nielaisee hitaasti Merkuriuksen, Venuksen ja mahdollisesti jopa Maan.
Auringon ilmakehän ennustetaan saavuttavan 1 AU:n kiertoradan, mutta punaisilla jättiläisillä on taipumus menettää paljon massaa, ja tämä poistuneiden kaasujen aalto saattaa työntää Maan kantaman ulkopuolelle. Mutta onko maapallo kulutettu tai vain laulettu, kaikki elämä maan päällä on unohdettu.
Silti olosuhteet, jotka mahdollistavat elämän, voivat ilmaantua muualle aurinkokunnassa, Astrobiology-lehdessä julkaistun artikkelin mukaan S. Alan Stern, Southwest Research Instituten avaruustutkimusosaston johtaja Boulderissa, Coloradossa. Hän sanoo, että 10–50 AU:n kokoiset planeetat tulevat olemaan punaisen jättiläisauringon asuttavalla vyöhykkeellä. Aurinkokunnan asuttava vyöhyke on alue, jossa vesi voi pysyä nestemäisessä tilassa.
Asuttava vyöhyke siirtyy vähitellen 10–50 AU:n alueen läpi auringon kirkastuessa ja kirkkaampana, kehittyen punaisen jättiläisvaiheensa kautta. Saturnus, Uranus, Neptunus ja Pluto sijaitsevat kaikki 10–50 AU:n sisällä, samoin kuin niiden jäiset kuut ja Kuiperin vyöhykkeen objektit. Mutta kaikilla näillä maailmoilla ei ole yhtäläisiä mahdollisuuksia elämään.
Punaisen jättiläisen siirtymä ei välttämättä vaikuta paljoakaan Saturnuksen, Neptunuksen ja Uranuksen kaasumaisten planeettojen asumisnäkymiin. Tähtitieteilijät ovat löytäneet kaasumaisia planeettoja, jotka kiertävät hyvin lähellä emotähdeään muissa aurinkokunnissa, ja nämä 'kuumat Jupiterit' näyttävät pitävän kiinni kaasumaisesta ilmakehästä huolimatta voimakkaan säteilyn läheisyydestä. Elämä sellaisena kuin sen tunnemme, ei todennäköisesti esiinny kaasumaisille planeetoille.
Stern uskoo, että Neptunuksen kuulla Tritonilla, Plutolla ja sen kuulla Charonilla sekä Kuiperin vyöhykkeen esineillä on parhaat mahdollisuudet elämään. Nämä kappaleet sisältävät runsaasti orgaanisia kemikaaleja, ja punaisen jättiläisauringon lämpö sulattaa niiden jäiset pinnat valtameriksi.
'Kun aurinko on punainen jättiläinen, aurinkokuntamme jäämaailmat sulavat ja muuttuvat valtamerten keitaiksi kymmeniksi - useiksi sadoiksi miljooniksi vuosiksi', Stern sanoo. 'Aurinkokuntamme ei sisällä silloin yhtä maailmaa, jossa on pintavaltameriä, kuten nyt, vaan satoja, sillä kaikki jättiläisplaneettojen jäiset kuut ja Kuiper-vyöhykkeen jäiset kääpiöplaneetat kantavat silloin myös valtameriä. Koska lämpötila Plutossa ei ole kovin erilainen kuin Miami Beachin nykyinen lämpötila, kutsun näitä maailmoja mielelläni 'lämpimiksi Plutoiksi' vastaavasti kuin monet kuumat Jupiterit, jotka on löydetty kiertävästä aurinkoa muistuttavia tähtiä viime vuosina.
Auringon vaikutus ei kuitenkaan ole koko tarina – planeetan ominaisuudet vaikuttavat pitkälle asuttavuuden määrittämisessä. Tällaisia ominaisuuksia ovat planeetan sisäinen aktiivisuus, planeetan heijastavuus tai 'albedo' sekä ilmakehän paksuus ja koostumus. Vaikka planeetalla olisi kaikki asutusta edistävät elementit, elämää ei välttämättä synny.
'Emme tiedä, mitä tarvitaan elämän aloittamiseen', sanoo Don Brownlee, Washingtonin yliopiston tähtitieteilijä Seattlessa ja kirjan 'The Life and Death of Planet Earth' toinen kirjoittaja. Brownlee sanoo, että jos lämpimät märät sisätilat ja orgaaniset materiaalit ovat kaikki mitä tarvitaan, niin Plutossa, Tritonissa ja Kuiperin vyön esineissä voisi olla elämää.
'Varoituksen sanana kuitenkin, että hiilipitoisia kondriittimeteoriitteja tuottaneiden asteroidien sisätilat olivat lämpimiä ja märkiä ehkä miljoonien vuosien ajan aurinkokunnan alkuhistoriassa', Brownlee sanoo. 'Nämä kappaleet ovat erittäin runsaasti sekä vettä että orgaanisia materiaaleja, mutta silti ei ole vakuuttavia todisteita siitä, että missään asteroidimeteoriiteissa olisi koskaan ollut eläviä olentoja.'
Myös planeetan kiertorata vaikuttaa sen mahdollisuuksiin elää. Esimerkiksi Plutolla ei ole mukavaa, säännöllistä kiertorataa kuin maapallolla. Pluton kiertorata on suhteellisen eksentrinen, ja sen etäisyys auringosta vaihtelee. Tammikuusta 1979 helmikuuhun 1999 Pluto oli lähempänä aurinkoa kuin Neptunus, ja sadan vuoden kuluttua se on lähes kaksi kertaa kauempana kuin Neptunus. Tämän tyyppinen kiertorata aiheuttaa Pluton äärimmäisen kuumenemisen vuorotellen äärimmäisen jäähtymisen kanssa.
Tritonin kiertorata on myös erikoinen. Triton on ainoa suuri kuu, joka kiertää taaksepäin eli 'takapäin'. Tritonilla voi olla tämä epätavallinen kiertorata, koska se muodostui Kuiperin vyöhykkeen objektina ja sen jälkeen Neptunuksen painovoima vangitsi sen. Se on epävakaa liitto, koska retrogradinen kiertorata luo vuorovesivuorovaikutuksia Neptunuksen kanssa. Tiedemiehet ennustavat, että jonakin päivänä Triton joko törmää Neptunukseen tai hajoaa pieniksi paloiksi ja muodostaa renkaan planeetan ympärille.
'Tritonin kiertoradan vuoroveden rappeutumisen aikataulu on epävarma, joten se voi olla noin tai se on saattanut jo kaatua, kun aurinko muuttuu punaiseksi jättiläiseksi', Stern sanoo. 'Jos Triton on lähellä, se todennäköisesti näyttää samalta orgaanisesti rikkaalta valtamerimaailmalta kuin Pluto.'
Aurinko palaa punaisena jättiläisenä noin 250 miljoonaa vuotta, mutta riittääkö se aika, että elämä saa jalansijaa? Suurimman osan punaisen jättiläisen elinajasta aurinko on vain 30 kertaa kirkkaampi kuin sen nykyinen tila. Punaisen jättiläisen vaiheen loppua kohti aurinko kasvaa yli 1000 kertaa kirkkaammaksi ja vapauttaa toisinaan energiapulsseja, jotka saavuttavat 6000 kertaa nykyisen kirkkauden. Mutta tämä voimakkaan kirkkauden jakso kestää muutaman miljoonan vuoden tai korkeintaan kymmeniä miljoonia vuosia.
Punaisen jättiläisen kirkkaimpien vaiheiden lyhyys viittaa Brownleelle, että Plutolla ei ole paljon lupauksia elämälle. Pluton keskimääräisen 40 AU:n kiertoradan vuoksi auringon täytyisi olla 1600 kertaa kirkkaampi, jotta Pluto saisi saman säteilyn, jota tällä hetkellä saamme Maahan.
'Aurinko saavuttaa tämän kirkkauden, mutta vain hyvin lyhyen ajan - vain miljoona vuotta', Brownlee sanoo. 'Pluton pintaa ja ilmapiiriä 'parannetaan' meidän näkökulmastamme, mutta se ei ole mukava paikka mihinkään merkittävään aikaan.'
Punaisen jättiläisen vaiheen jälkeen aurinko himmenee ja kutistuu Maan kokoiseksi muuttuen valkoiseksi kääpiöksi. Kaukaisista planeetoista, jotka paistattelivat punaisen jättiläisen valossa, tulee jälleen jäämaailmoja.
Joten jos elämän on määrä ilmestyä punaiseen jättiläiseen järjestelmään, se tarvitsee nopean alun. Elämän maapallolla uskotaan syntyneen 3,8 miljardia vuotta sitten, noin 800 miljoonaa vuotta planeettamme syntymän jälkeen. Mutta se johtuu luultavasti siitä, että sisäisen aurinkokunnan planeetat kokivat 800 miljoonaa vuotta raskaan asteroidipommituksen. Vaikka elämä olisi alkanut heti, varhainen asteroidisade olisi pyyhkinyt maapallon puhtaaksi elämästä.
Brownlee sanoo, että uusi pommituksen aikakausi saattaa alkaa ulkoplaneetoilla, koska punainen jättiläinen aurinko voi häiritä Kuiperin vyöhykkeen suurta määrää komeettoja.
'Kun punainen jättiläinen aurinko on 1000 kertaa kirkkaampi, se menettää lähes puolet massastaan avaruuteen', Brownlee sanoo. 'Tämä saa kiertävät kappaleet liikkumaan ulospäin. Kaasun menetys ja muut vaikutukset voivat horjuttaa Kuiperin vyöhykettä ja luoda uuden mielenkiintoisen pommituksen ajan.
Mutta Stern sanoo, että punaisen jättiläisen auringon tekemiä planeettoja ei pommiteta niin usein kuin varhaista Maata, koska muinaisessa asteroidivyöhykkeessä oli paljon enemmän materiaalia kuin Kuiperin vyöhykkeellä nykyään.
Lisäksi ulkoplaneetat eivät koe samoja ultravioletti (UV) tasoja, joita Maa on joutunut kestämään, koska punaisten jättiläisten UV-säteily on erittäin alhainen. Pääsekvenssitähden voimakkaampi UV-säteily voi vahingoittaa elämän syntymiseen tarvittavia herkkiä proteiineja ja RNA-säikeitä. Elämä maapallolla voisi syntyä vain veden alla, syvyyksissä, jotka ovat suojassa tältä valon intensiteetiltä. Elämä maapallolla on siksi erottamattomasti yhteydessä nestemäiseen veteen. Mutta kuka tietää, millaista elämää voi syntyä planeetoille, joilla ei ole tarvetta UV-suojalle?
Sternin mielestä meidän pitäisi etsiä todisteita elämästä Pluton kaltaisissa maailmoissa, jotka kiertävät punaisten jättiläisten ympärillä tänään. Tällä hetkellä tiedämme Linnunradan galaksissa 100 miljoonaa aurinkotyyppistä tähteä, jotka palavat punaisina jättiläisinä, ja Stern sanoo, että kaikissa näissä järjestelmissä voi olla asuttavia planeettoja 10-50 AU:n sisällä. 'Se olisi hyvä testi ajasta, joka tarvitaan elämän luomiseen lämpimiin, vesirikkaisiin maailmoihin', hän sanoo.
'Ajatus siitä, että punainen jättiläinen tähti leipoisi orgaanisia kaukaisia kappaleita, on kiehtova, ja se voisi tarjota erittäin mielenkiintoisia, jos lyhytikäisiä elinympäristöjä elämään', Brownlee lisää. 'Mutta olen iloinen, että auringollamme on hyvä aikavara jäljellä.'
Mitä seuraavaksi
Vaikka suuri osa siitä, mitä tiedämme ulommasta aurinkokunnasta, perustuu maapallolla sijaitsevista kaukoputkesta tehtyihin etämittauksiin, tiedemiehet näkivät 2. tammikuuta 2004 lähikuvan Kuiperin vyön objektista. Stardust-avaruusalus ohitti 136 kilometrin säteellä komeetta Wild2, valtavan lumipallon, joka vietti suurimman osan 4,6 miljardin vuoden elinajastaan Kuiperin vyöhykkeellä. Wild2 kiertää nyt enimmäkseen Jupiterin kiertoradan sisällä. Brownlee, joka on Stardust-tehtävän periaatetutkija, sanoo, että Stardust-kuvissa näkyy upeita pintayksityiskohtia kehosta, joka on muotoiltu sen muinaisen ja lähihistorian perusteella. Stardust-kuvissa näkyy kaasu- ja pölysuihkut, jotka ampuvat pois komeetta, kun Wild2 hajoaa nopeasti sisäisen aurinkokunnan voimakkaassa aurinkolämmössä.
Saadaksemme lisätietoja ulkoisesta aurinkokunnasta, meidän on lähetettävä avaruusalus sinne tutkimaan. Vuonna 2001 NASA valitsi New Horizons -operaation juuri tähän tarkoitukseen.
Stern, joka on New Horizons -operaation päätutkija, raportoi, että avaruusalusten kokoonpanon on määrä alkaa tänä kesänä. Avaruusaluksen on määrä lähteä laukaisuun tammikuussa 2006 ja saapua Plutolle kesällä 2015.
New Horizons -tehtävä antaa tutkijoille mahdollisuuden tutkia Pluton ja Charonin geologiaa, kartoittaa niiden pintoja ja mitata niiden lämpötiloja. Myös Pluton ilmakehää tutkitaan yksityiskohtaisesti. Lisäksi avaruusalus vierailee Kuiperin vyöhykkeen jäisissä kappaleissa tehdäkseen vastaavia mittauksia.
Alkuperäinen lähde: Astrobiology Magazine