Vores univers burde vrimle med liv, alligevel er vi indtil nu alene i universet. Dette er den første af to artikler, der undersøger det store spørgsmål. Vi starter med at se på de leveforhold, der muliggør livet på Jorden
Vores univers burde vrimle med liv, alligevel er vi indtil nu alene i universet. Dette er den første af to artikler, der undersøger det store spørgsmål. Vi starter med at se på de leveforhold, der muliggør livet på Jorden
Fem milliarder års ensomhed er beretningen om, hvorledes Jorden og livet har udviklet sig, og om det paradoks, at vi tilsyneladende er meget ensomme i et univers, der burde vrimle med liv.
Paradokset kaldes Fermis Paradoks. Det fik sit navn efter den italienske fysiker Enrico Fermi (1901-1954), der under en frokost med fysikerkolleger i 1950 stillede spørgsmålet ’Where is everybody’? – et spørgsmål, vi stadig ikke har svaret på. Fermi sagde selv:
»Universets tilsyneladende størrelse og alder tyder på, at mange teknologisk avancerede udenjordiske civilisationer burde eksistere. Imidlertid synes denne hypotese ikke at være i overensstemmelse med manglen på observationsbeviser til støtte for den.«
Det er stadig så sandt, som det er sagt, og i denne artikel vil vi prøve at se på, hvor vi står i dag ved først at se på Jordens udvikling til den blå planet, vi kender i dag, og på hvor i universet vi kan forvente at finde liv.
Derefter ser vi på de mange forsøg på at forklare, hvorfor vi til dato ikke har set sikre tegn på liv – hverken encellet eller intelligent – nogen steder udenfor Jorden.
Helle og Henrik Stub er begge cand.scient’er fra Københavns Universitet i astronomi, fysik og matematik.
I mere end 50 år har parret beskæftiget sig med at formidle astronomi og rumfart gennem radio, fjernsyn, bøger og foredrag og kurser.
De skriver om aktuelle astronomiske begivenheder for Videnskab.dk, hvor de går under kælenavnet ‘Stubberne’.
Da Solsystemet blev dannet for 4,6 milliarder år siden, var Mælkevejen allerede 7-8 milliarder år gammel, så dannelse af nye stjerner og planeter var ikke nogen sjælden begivenhed.
Og hvert eneste år blev der dannet nye stjerner, hvor langt de fleste var omgivet af planeter.
Det var også tilfældet for vores egen sol. Da Solen blev dannet, var den omgivet af en skive af støv og gas, som så senere blev til planeterne.
Ny forskning antyder, at det var lige ved at gå galt. For analyser af radioaktivt aluminium fundet i meteoritter viser, at Solsystemet ved sin dannelse har været lige lovlig tæt på en supernova.
Den intense stråling kunne have ødelagt skiven af støv og gas og dermed have forhindret dannelsen af planeter og dermed også Jorden!
Måske har tætte skyer af gas og støv beskyttet os – men begivenheden viser, at universet kan være et ganske farligt sted.
På ét punkt var vi meget heldige. Solen bevæger sig i en cirkelbane om Mælkevejens centrum, godt 26.000 lysår fra det sorte hul i centret.
Det betyder, at hvis det sorte hul en gang imellem er blusset voldsomt op, fordi det sluger store mængder gas eller måske store stjerner, så har vi været beskyttet mod den dødbringende stråling både af afstanden og den kendsgerning, at hullet normalt er skjult af tætte skyer af gas og støv.
En gang imellem har udbruddet måske været så voldsomt, at der var direkte udsigt ind til det sorte hul, og så har det bestemt ikke været sundt at opholde sig på Jorden – det var i begyndelsen ikke det store problem, da Jorden endnu var uden liv.
Da Jorden blev dannet, var den meget varm med en voldsom vulkanisme, ligesom vores planet med korte mellemrum blev ramt af store og små asteroider.
Jordens første atmosfære var dannet af vulkanudbrud, og det førte til en giftig atmosfære med svovlbrinte, metan og især store mængder CO2. Der var ingen blå himmel eller kølige oceaner, og det var dengang umuligt at forudse, at Jorden en dag ville komme til at vrimle med liv.
For nu ikke hele tiden at tale om millioner og milliarder af år, så vil vi her bruge en anden tidsenhed, nemlig det såkaldte galaktiske år
Det er den tid, det tager Solen at kredse en gang rundt om Mælkevejens centrum, nemlig 230 millioner år.
Målt i denne meget praktiske enhed er Jorden nu 20 galaktiske år gammel sammenlignet med Mælkevejens alder på mindst 60 galaktiske år.
Jorden var mindre end 3 galaktiske år gammel, da de første oceaner blev dannet, og derefter gik der ikke mere end 1-2 galaktiske år før, livet var dukket op.
Vi ved ikke hvordan, men den kendsgerning, at livet kom så hurtigt, bliver taget som et tegn på, at hvor der er mulighed for liv, opstår der liv.
Af de 20 galaktiske år, Jorden har eksisteret, har der altså været liv i de 15 galaktiske år, men i langt det meste af denne tid var der ikke andet end encellet liv, der svømmede rundt i havene.
Kontinenterne var øde og tomme uden planter og dyr. Der var dog en afgørende begivenhed, nemlig udviklingen af fotosyntese, der skabte Jordens nuværende iltrige atmosfære.
Først da Jorden var omkring 17 galaktiske år gammel begyndte livet at bevæge sig fra havet op på land, og gradvist fyldtes kontinenterne med dyr og planter.
Da Jordens alder kun er 20 galaktiske år, er det altså sket ret sent – fortiden har således ikke været domineret af dinosaurer, men bare af encellede organismer - så små, at man næsten skulle bruge mikroskop for at se dem.
I al denne tid har der været mulighed for, at vi har haft besøg udefra, af rumskibe fra langt ældre civilisationer, der udforskede Mælkevejen på samme måde, som vi i dag udforsker vores eget solsystem.
I hvert fald i de sidste par galaktiske år har det været tydeligt, at her var en af universets måske sjældne planeter med liv – men hvis de har besøgt os dengang, hvorfor er de så aldrig vendt tilbage?
Når vi skal diskutere vores kosmiske ensomhed, så er der to sider af universet, vi skal være opmærksomme på:
Det er ingen overdrivelse at sige, at naturlovene er så livsvenlige, at det virker mærkeligt.
Man kan ikke klare sig med argumentet om, at hvis naturlovene ikke var, som de er, så ville vi ikke eksistere – rent logisk må vi jo befinde os i et univers med livsvenlige naturlove. Ellers ville vi ikke være til.
Problemet er, at der skal meget små ændringer til, før liv ikke vil kunne eksistere. Her er et eksempel:
I baggrundsstrålingen fra Big Bang er der nogle meget små temperaturforskelle, som måles i tusindedele af grader.
Uden disse små temperaturforskelle ville der ikke være dannet galakser. Havde temperaturforskellene bare været lidt større, ville det meste af stoffet have samlet sig i sorte huller – med det resultat, at der ikke var dannet galakser.
Et andet eksempel er, at tyngdekraften er virkelig svag. Det mest imponerende fysikforsøg, man kan udføre, er at løfte en blyant – selv om blyanten skal løftes mod hele Jordens tyngdekraft.
Havde tyngdekraften været bare lidt stærkere, ville stjernerne lyse stærkere og derfor kun leve i så kort tid, at liv ikke kunne nå at opstå og udvikle sig.
Et andet eksempel er Hoyles opdagelse af en bestemt energitilstand i kulstofatomet, der gør det muligt for stjerner at danne det kulstof, som er grundlaget for alt liv.
Hoyle brugte argumentet, at når der nu engang er kulstofbaseret liv i universet, så måtte energitilstanden eksistere – hans teori blev senere bekræftet.
Det måske mest berømte eksempel handler om den mørke energi, der får universet til at udvide sig stadig hurtigere.
Man har forsøgt at beregne styrken af den mørke energi, men det er ikke gået ret godt.
Beregningerne har nemlig vist, at den mørke energi er en 'bagatel' af 10123 gange svagere, end den burde være ifølge vores teorier. Det er ikke uden grund blevet kaldt fysikkens største regnefejl nogensinde.
Selv om vi ikke kan forklare det, så er det meget godt, at den mørke energi er så utrolig svag.
Hvis den havde været bare lidt stærkere, ville alt stof nemlig blive spredt så hurtigt, at der ikke kunne nå at dannes stjerner og galakser.
Det er netop sådanne eksempler, der viser at universet er i en balance, der på en eller anden måde gør det ’livsvenligt’.
Der er mange af den slags eksempler, og det er et stort problem at forklare denne ’livsvenlighed’ i den moderne kosmologi.
Man har forsøgt med forklaringer bygget på, at der er et utal af universer ud over vores eget, og at i langt de fleste universer kan der ikke eksistere liv på grund af naturlovene, og at det derfor bare er en tilfældighed, at vi bor i et af de meget sjældne, livsvenlige universer.
I sin nyeste teori har Stephen Hawking fremsat sine tanker om, at universet ikke er ’født’ med et sæt uforanderlige love, men at også de fysiske love har udviklet sig siden Big Bang, så det i dag er blevet til et livsvenligt univers, uanset hvordan det ellers er begyndt. Om han har ret, vil kun tiden vise.
Naturlovene åbner altså mulighed for liv, men det betyder ikke, at livet har det nemt.
Liv er et komplekst fænomen, der kræver, at det er muligt på et enkelt sted at samle en masse molekyler.
Det meste af universet er bare tynd gas, men på planeterne kan der samles så mange molekyler, at det åbner mulighed for det store spring til liv.
Vi ved stadig ikke hvordan, men ved at opbygge kompleksitet går livet tilsyneladende imod varmeteoriens anden hovedsætning, der siger, at entropien, altså uorden, altid vil vokse i et isoleret system.
Det er dog ikke tilfældet, for en planet er netop ikke et isoleret system, da den hele tiden modtager energi fra Solen.
Energien bruges til at opbygge det superkomplekse system, som selv en enkelt celle er. I sidste instans vinder entropien, for energien omdannes til varme, som planeten så kan stråle ud i rummet.
Planeter kan beskrives som universets oaser, hvor der er mulighed for kortvarigt at vinde over entropien og opbygge så komplekse strukturer, at vi kan tale om liv.
Når vi taler om liv i universet, er det en god sammenligning at beskrive universet som en ørken, hvor der nogle få steder findes oaser, hvor liv kan opstå og udvikle sig. Men ligesom i ørkenen kan der være ganske langt mellem oaserne.
Der er ingen tvivl om, at meget af vores Mælkevej kan betragtes som en ørken, når vi taler om muligheder for liv. Der er to grunde til, at liv kan være ganske sjældent:
Alle stjerner har en såkaldt beboelig zone. Hvis en planet kredser i denne zone, så vil den have en temperatur egnet for liv – især vil det være muligt at have oceaner, og vi ved jo fra Jorden, hvor vigtigt vand er for liv.
Men trods navnet er ikke alle beboelige zoner lige beboelige.
Liv har brug for tid til at opstå og udvikle sig, og hvis stjernen er stor, bare lidt større end Solen, lever stjernen ikke længe nok. Selv vores egen Sol er ganske tæt på grænsen.
Solen og Jorden er nu 20 galaktiske år gammel, men om bare 3-4 galaktiske år er Solens lysstyrke steget så meget, at havene vil fordampe, og Jorden vil forvandles til en varm ørken som på Venus.
Vi klarer den lige, men langt det meste af den tid, hvor Jorden er beboelig, er allerede gået.
Sammenlignet med Mælkevejens andre stjerner er Solen en storstjerne. Langt de fleste stjerner er såkaldte røde dværge, som er meget mindre og koldere end Solen.
Desværre er røde dværge ikke særligt velegnede til planeter med liv, og det er der flere grunde til.
For det første er langt det meste af den stråling, de udsender, infrarødt lys. Derfor er spørgsmålet, om infrarød stråling har nok energi til at understøtte en proces som fotosyntese.
For det andet er røde dværge så kolde, at den beboelige zone befinder sig så tæt på stjernen, at tidevandskræfter vil føre til, at planeten altid vender samme side mod stjernen.
Resultatet er, at vi får en planet med en meget varm ørken på dagsiden og et mere end arktisk klima på natsiden.
Det udelukker ikke liv, men gør det i hvert fald ikke lettere for liv at udfolde sig.
Der er også andre problemer med de utallige røde dværge, især at mange af dem har voldsomme udbrud, der kortvarigt giver en så kraftig stråling, at en planet i den beboelige zone let kan steriliseres.
Ligesom mange stjerner er uegnede til at have planeter med liv, så er der store områder i Mælkevejen, hvor det simpelthen er for farligt at opholde sig.
Vi har faktisk et begreb, der hedder Mælkevejens beboelige zone. Der er nogle krav til denne zone:
I vores nabolag er der flere lysår mellem stjernerne.
Det er noget af et problem, hvis man tænker på rejser mellem stjernerne, men det er i virkeligheden heldigt.
For hvis der er kort afstand mellem stjernerne, på lysuger i stedet for lysår, så er der én god mulighed for, at en stjerne pludselig kommer så tæt på, at den med sin tyngdekraft kan påvirke banen for en planet. Det behøver ikke at være værre, end at planeten så får en aflang bane. Astronomisk set er det kun en lille hændelse, men den kan få meget alvorlige følger for klimaet.
Bare tænk på, hvis Jorden fik en så aflang bane, at den kom både indenfor og udenfor den beboelige zone. Her er en video fra NASA om den bebolige zone:
Vi skal være glade for at bo i et tyndt befolket område i Mælkevejen - også fordi det betyder, at vi ikke har mange supernovakandidater tæt på.
Men i de områder af Mælkevejen hvor stjernedannelsen er intens, vil der komme mange supernovaer, og opholder man sig inden for en afstand på 100 lysår fra en supernova, så vil strålingen være nok til at sterilisere en hel planet.
Det er ikke bare ved Solsystemets dannelse, at vi har været tæt på en supernova. Ny forskning tyder nemlig på, at det er sket igen for 360 millioner år siden, hvor 75 procent af alle levende organismer på Jorden pludselig uddøde.
Vi slap med livet i behold, men der er altså områder i Mælkevejen, man skal holde sig fra!
Man skal også holde sig på afstand af det sorte hul i centret, som kan få voldsomme udbrud.
I en afstand på 26.000 lysår løber vi ikke den helt store risiko, men området inden for en afstand på måske 10.000 lysår fra hullet skal man nok ikke bevæge sig ind i.
Endelig skal problemet med ’tunge grundstoffer’ nævnes, hvilket er betegnelsen for alle grundstoffer tungere end brint og helium.
Mere end 98% af universets stof består af brint og helium, men tunge grundstoffer som kulstof, ilt, fosfor og mange andre er helt nødvendige for liv.
Disse grundstoffer er i tidens løb langsomt dannet i stjernerne, men de ældste stjerner i Mælkevejen vil ofte have for få af disse stoffer, til at de kan have planeter med liv.
Tunge grundstoffer er derfor sjældne i de områder, hvor stjernerne er ældst og desuden i områder mere 30.000 lysår fra Mælkevejens centrum.
Slutresultatet er en ’galaktisk beboelig zone’, hvor planeter med liv har en rimelig mulighed for at overleve længe nok til, at intelligent liv kan opstå.
Det er en forholdsvis smal zone, hvor det er svært at angive præcise grænser. Men mellem 13.000 lysår og omkring 33.000 lysår fra centret er nok et rimeligt bud.
Så i dette enorme univers af stof og stråling bliver vores udfordring at finde de måske få oaser, hvor liv kan eksistere – men vi er stadig langt fra at løse Fermis Paradoks.
Dette er første del i en miniserie om Fermis Paradoks. Klik dig videre til anden og sidste del, hvor vi vil se nærmere på mulighederne for at finde andet liv i rummet.
Bliv klar til solformørkelsen 12. august. Vind to par solformørkelsesbriller ved at abonnere på Videnskab.dk's gratis nyhedsbrev. Vi trækker lod blandt alle nyhedsbrevsmodtagere i juli.
