24 kloder er superbeboelige: Jordens overmænd

Vi bryster os af vores flydende vand, iltfyldte atmosfære og en perfekt placering i forhold til vores stjerne, men nu har et hold af forskere regnet på det og konkluderet, at Jorden langtfra er universets mest egnede sted til at huse liv.

Vi bryster os af vores flydende vand, iltfyldte atmosfære og en perfekt placering i forhold til vores stjerne, men nu har et hold af forskere regnet på det og konkluderet, at Jorden langtfra er universets mest egnede sted til at huse liv.

Shutterstock

En efter en besværer astronauterne sig måbende ud af landingsfartøjet.

Hvor end gruppen af kosmiske nybyggere vender sig hen, er overfladen dækket af en urskov af fremmedartede vækster i blålige nuancer, der grådigt fortærer den lokale sols orange lys.

Hvert et skridt er anstrengende. Selvom det er flere måneder siden, astronauterne vågnede fra deres hundredårige dvale, er musklerne stadig ikke fuldt genopbyggede.

Det hjælper heller ikke ligefrem, at den fremmede planets stærkere tyngdefelt får selv den letteste af astronauterne til at veje langt over 100 kg – et nødvendigt onde for at opleve det scenarie, der udspiller sig omkring dem.

Superbeboelige planeter er større end Jorden. Det giver planeterne en stærkere tyngdekraft og dermed en tykkere atmosfære, som tillader mange og større dyr at leve i luften.

© Netflix

I alle størrelser og former kryber, kravler, klatrer og kredser mystiske dyr overalt. Selv naturstridigt store væsener svæver forbi højt over de lilla trækroner.

Forskerne, der udvalgte målet for menneskehedens første interstellare ekspedition, havde ret. Der findes planeter, som er langt bedre egnet for liv end Jorden, og denne er absolut en af dem.

Superplaneter vrimler med liv

Jorden er det eneste sted i universet, hvor vi med sikkerhed ved, der er liv. Alene Amazonas er hjemsted for mindst tre millioner arter. Alligevel valgte astrobiologerne René Heller og John Armstrong i 2013 at spørge sig selv, hvad livet ville foretrække, hvis det havde frit valg på alle hylder.

Ville Jorden være mere mangfoldig, hvis den boblende biologiske gryde ikke kun kogte i Sydamerikas regnskov, men over hele kloden?

Tankeeksperimentet udmøntede sig i en banebrydende teoretisk artikel, hvor Jorden blev vendt og drejet, og alle interessante parametre blev optimeret.

I 2020 samlede astronomiprofessoren Dirk Schulze-Makuch fra Technische Universität i Berlin spørgsmålet op. Sammen med kollegaen René Heller og astronomen Edward F. Guinan modellerede han på andre planeters udvikling og skruede på et utal af parametre som stjernetype, planetstørrelse og klimaforhold.

Med baggrund i modellerne pegede forskergruppen på 24 mulige superbeboelige planeter, som de opfordrede astronomer til at kigge nærmere på.

Forskernes viden om planeterne er fortsat relativt begrænset. Selv Solens nærmeste nabostjerne, Proxima Centauri, befinder sig 40.208.000.000.000 km væk eller omtrent 268.770 gange strækningen fra Jorden til Solen. Afstanden gør det umuligt at observere planeterne direkte.

Størrelsen af planeterne er dog en af de ting, forskerne med rimelig præcision kan måle, og fælles for de 24 planeter er, at de alle er større end Jorden. Jo større en planet er, des større overflade har den, og des kraftigere tyngdekraft, hvilket giver livet flere fordele.

Planeter kan være helt forskellige fra Jorden, men stadig tilbyde bedre vilkår for opståen og udvikling af liv. Astrobiologerne René Heller og John Armstrong

For det første vil det få et større areal at sprede sig på og udvikle sig i forskellige retninger. For det andet vil en planet med et stærkere tyngdefelt holde på mere af sin atmosfære. Lufttrykket i atmosfæren vil derfor være markant højere end på Jorden, hvilket øger bæreevnen, så større og tungere væsener kan holde sig i luften trods den øgede tyngdekraft.

Stjernen er stjernen

Når forskerne søger efter livgivende planeter, begynder de med at kigge stjerner. Den lokale sol har nemlig altafgørende betydning for, hvor gode chancer livet har.

Normalt bliver planeter om fremmede stjerner opdaget, ved at de forårsager et dyk i lysstyrken, når de kredser ind foran stjernen set fra Jorden. Men med en ny tyngdekraftbaseret teknik kaldet radialhastighedsmetoden kan andre planeter også opdages.

© Lasse Lund-Andersen

Stjernen slingrer

Radialhastighedsmetoden kigger på den lillebitte roterende bevægelse, en stjerne udsættes for, når en planet kredser omkring den. Bevægelsen påvirker bølgelængderne i stjernens lys.

© Lasse Lund-Andersen

Stjerne på vej væk lyser rødt

Når stjernen bevæger sig væk fra Jorden i den lille roterende bevægelse, bliver bølgelængderne i lyset strukket ud. De længere bølgelængder betyder, at lyset fra stjernen bliver mere rødligt.

© Lasse Lund-Andersen

Imødekommende stjerne lyser blåt

Bevæger stjernen sig imod Jorden i den lille roterende bevægelse, bliver bølgelængderne i lyset komprimeret. De kortere, bølgelængder betyder, at lyset fra stjernen bliver mere blåligt.

For at en planet kan blive superbeboelig, skal den befinde sig i den optimale afstand af sin stjerne. Med andre ord skal den kredse nogenlunde midt i den såkaldte beboelige zone, som er defineret ved en maksimal og en minimal kredsløbsafstand.

Den maksimale afstand er der, hvor atmosfæren bliver så kold, at drivhusgassen kuldioxid sner ud, og planeten ender som en frossen isklump låst i en evig istid. Den minimale afstand er der, hvor drivhuseffekten løber løbsk, så brint og dermed vand koger bort til verdensrummet.

I begge scenarier mister planeten sit frie og flydende vand, som astrobiologerne betragter som centralt for liv. I den henseende er Jorden faktisk langtfra optimalt placeret, da den ligger meget tæt på den indre grænse i forhold til Solen.

Faktisk ville et kredsløb med blot en procent mindre diameter formentlig have resulteret i, at Jorden var endt som Venus, der netop er præget af galoperende drivhuseffekt.

Livet kan kun opstå i den såkaldte beboelige zone. Planeter på indersiden af zonen er for varme, og planeter på ydersiden for kolde.

© Ken Ikeda Madsen

Ud over afstanden er også selve stjernen langtfra optimal i Jordens tilfælde. Solen er en dværgstjerne af G-typen, og forskerne vurderer, at dens levetid er for kort til, at planeter omkring den kan nå at udvikle sig til at være superbeboelige.

Fra en G-typestjerne fødes i en kosmisk sky af gas, til den kollapser og i dødskramper opsluger de inderste planeter, går der blot ti milliarder år. Reelt set er det kun halvdelen af den tid, stjernen understøtter avanceret, flercellet og landlevende liv.

Solen er fx beregnet til at leve endnu fem milliarder år, men dens stadig stigende udstråling vil formentlig gøre Jorden ubeboelig for liv allerede om én milliard år.

Stråling rister dna

De fem eller seks milliarder år, som livet ender med at have haft til at udvikle sig på Jorden, kan lyde af meget, men det vil i de fleste tilfælde næppe være tid nok. Det understregede de to fysikere Robert A. Rohde og Richard A. Muller i 2005 i tidsskriftet Nature.

Rohde og Muller samlede alle tilgængelige palæontologiske data og forsøgte at fastslå antallet af dyreslægter på kloden i løbet af de geologiske tidsaldre. Og deres konklusion var klar.

Siden det komplekse, flercellede liv opstod for omtrent 700 millioner år siden, er biodiversiteten eksploderet i voldsom grad kun afbrudt af korte episoder med masseuddøen. Faktisk er biodiversiteten i dag dobbelt så høj som i slutningen af kridttiden for 66 milloner år siden, hvor en meteor udryddede dinosaurerne.

Med andre ord er økosystemerne fortsat under udvikling og vil formentlig være det i milliarder af år fremover, hvis de får lov. Og jo længere stjernen skinner, des mere vil livet udvikle sig.

Men kritikken af Solen – eller rettere stjernetypen gule dværge – slutter ikke med den korte levetid. Gule dværge udsender også alt for meget både røntgenstråling og hård ultraviolet stråling i deres ungdom. Begge dele gør det svært for livet at etablere sig, fordi den meget energirige stråling ødelægger komplekse molekyler som dna.

Strålingen kan være en del af forklaringen på, hvorfor flercellet liv først udviklede sig, da Jorden var 3,7 milliarder år gammel.

Stjernen længe leve

Til trods for at Jorden har eksisteret i 4,2 milliarder år, er det avancerede liv kosmisk set stadig kun ved at få fodfæste. Derfor vurderer astronomerne, at en superbeboelig planet på bedste guldlokmanér skal kredse om en stjerne med en lang levetid og en bred beboelig zone.

For at finde den optimale stjerne frasorterer Dirk Schulze-Makuch og kollegerne også de typer af dværgstjerner, som er lidt større end Solen, nemlig type B, A og F. Ud ryger også de mindre M-dværgstjerner kaldet røde dværge.

Her ligger den beboelige zone så tæt på stjernen, at en planet i kredsløb ville blive udsat for langt flere ladede partikler i den såkaldte solvind, end vi oplever på Jorden, hvilket på sigt ville kunne skade eller helt ødelægge atmosfæren.

Tilbage i puljen er kun stjerner af K-typen kaldet orange dværge med en masse på mellem 0,5 og 0,8 gange Solens. Som i eventyret om Guldlok er de orange dværge lige præcis, som de skal være: stabile, med få problematiske energiudladninger og med en lang levetid på op til 45 milliarder år.

En af Solens tætteste nabostjerner, Alfa Centauri, er netop en orange dværg, og faktisk er stjernetypen tre gange mere udbredt i vores del af Mælkevejen end de gule dværgstjerner som Solen.

24 aspiranter udfordrer Jorden

Kravet til stjernen var blot det første, som forskerne opstillede ud fra deres modeller. Næste skridt var at gennemrode de over 4600 planeter om fremmede stjerner, som er blevet opdaget de seneste 30 år.

Nogle af planeterne har fået fastlagt deres omtrentlige masse, størrelse, sammensætning og afstand til den lokale stjerne. For andre er den mest detaljerede information blot, at “de formentlig eksisterer”.

Ud fra de informationer blev 24 af planeterne udvalgt til nærmere undersøgelse. Hovedkriteriet for forskerholdet var, at planeterne lå i den beboelige zone om en orange dværgstjerne.

© Shutterstock

3 planeter er særlig interessante

Tre af de 24 planeter, Schulze-Makuch og hans to kolleger har udvalgt, er tæt på at kunne opfylde samtlige kriterier for en superbeboelig klode.

Derefter kiggede de på planeternes størrelser. Ifølge Schulze-Makuch er en superbeboelig planet ca. 10 pct. større end Jorden. Dermed er planeten ca. 50 pct. tungere og har en 25 pct. stærkere tyngdekraft.

Temperatur er en anden vigtig parameter, som er fastlagt for en hel del planeter. Her udvalgte forskerholdet planeter, der har en fem grader højere gennemsnitstemperatur end Jorden, så livet kan udfolde sig hele kloden rundt.

For at livet får de mest optimale betingelser, skal atmosfæren indeholde 30 pct. ilt og ikke 21 pct., som Jordens gør i dag. Derudover skal land og hav være fordelt, så planeten har masser af lavvandede kystzoner, hvor biodiversiteten kan blive høj, og kun få ørkener.

Men astronomerne kan med den nuværende teknologi hverken sige noget om superplaneternes atmosfære eller overfladen.

De manglende data gav til gengæld forskerne mulighed for at teoretisere videre og pege på endnu flere aspekter ved en planet, som vil gøre den superbeboelig – fx et stærkt magnetfelt.

Pladetektonik er altafgørende for en høj grad af beboelighed. Schulze-Makuch, Heller og Guinan, Astrobiology, 2020

Jordens magnetfelt bliver skabt af en jernholdig kerne, som opstod, fordi planeten under sin fødsel var tilstrækkelig varm og flydende til, at grundstofferne adskilte sig i en jernrig kerne og en silikatrig kappe og skorpe. En superbeboelig planet skal derfor være født under lignende forhold.

Opdelingen i lag bidrager desuden til den måske allervigtigste parameter for en superbeboelig planet: pladetektonik. Før en planet kan blive levende, skal jordskorpe hele tiden opstå og gå til grunde i en cyklus.

Jorden er stadig enestående

På Jorden opstår pladetektonikken pga. langsomme bevægelser i den tyktflydende kappe mellem skorpen og kernen, som trækker og skubber skorpeplader rundt i pladetektoniske bevægelser. Det er sådan, de største havdyb, de højeste bjerge og alt derimellem opstår.

Pladetektonikken sikrer tusinder af unikke levesteder med bl.a. hver deres temperatur, fugtighed og jordbund, så livet har mulighed for at udvikle sig i utallige retninger.

Derudover er pladetektonikken motoren i den såkaldte kulstofcyklus, hvor kulstofholdige mineraler cirkulerer ned i kappen og kommer op igen gennem vulkansk aktivitet. Cyklussen balancerer atmosfærens indhold af kuldioxid og dermed klimaet over millioner af år. Uden denne indbyggede termostat kan en planet ikke være superbeboelig.

En lang række rumteleskoper står på spring til at undersøge de 24 potentielt superbeboelige planeter. I 2030’erne vil det endda blive muligt at observere jordlignende exoplaneter direkte og zoome ind på deres overflade.

© Shutterstock

Gigant søger efter vand

Rumteleskopet James Webb bliver sendt op i 2021 og er udstyret med et 6,5 m bredt spejl, der kan opfange varmestråling fra planeter. Analyser af lys, der passerer gennem planeternes atmosfære, kan afsløre, om de rummer vand.

©

Miniputter jagter nye jorde

Når PLATO bliver sendt op i 2026, består det af 34 små teleskoper, der kan undersøge et stort område af himlen. Målet er at finde over 1000 planeter, som er på størrelse med eller lidt større end Jorden og derfor velegnede til liv.

©

Kæmpespejl skal finde livets kemi

Med et spejl på hele 15 m bliver rumteleskopet LUVOIR’s opløsning 24 gange bedre end Hubbles. LUVOIR skal direkte observere planeter op til 160 lysår væk og lede efter kemiske tegn på liv. Teleskopet bliver sendt op i 2030’erne.

Selvom de 24 udvalgte planeter på papiret er endnu mere velegnede for liv end Jorden, kan de vise sig at være stendøde. Det skyldes først og fremmest, at biologerne endnu ikke ved, præcis hvilke forhold liv opstår under.

Planeterne er med andre ord superbeboelige alene i forståelsen, hvis der allerede er liv, så vil det trives optimalt, og ikke i forståelsen, her har livet med endnu større sikkerhed end på Jorden udviklet sig.

De 24 planeter er også kun forskernes første og foreløbige bud. I de kommende år forventer astronomerne, at data om både kendte og nye exoplaneter vælter ind fra en hel flok af nye teleskoper.

Dermed bliver listen over superbeboelige planeter ikke blot længere, men også langt mere detaljeret. Dog understreger forskerne én ting: Nok kan de superbeboelige planeter være mere velegnede for liv, men aldrig for livet, som vi kender det. Her vil Jorden for altid være enestående.