A Föld nevű bolygó és lakhatósága

A legújabb modellek alapján bolygónk nem a Naprendszer lakható zónájának kényelmes belsejében kering, hanem annak peremén egyensúlyoz, ami számos kérdést vethet fel a földi élet jövőjével kapcsolatban is. 

A Föld nevű bolygó és lakhatósága

1. oldal

Gottfried Leibniz 18. század elején megfogalmazott tézise, miszerint az ésszerűség jegyében ennek a világnak a lehetséges világok legjobbikának kell lennie érdekes színezetet kap, ha az eltelt évtizedek bolygókutatási törekvéseinek tükrében szemléljük. Az elmúlt húsz évben mindent megtettünk annak érdekében, hogy távoli csillagok körül a miénkhez hasonló világokra bukkanjunk rá, remélve, hogy egy napon esetleg igazolhatjuk, nem mi vagyunk az egyedüli életformák az univerzumban.

Mivel csak abból tudunk kiindulni, amit már ismerünk, az élet fellelésének reményében a földihez hasonló körülmények után kutatunk. Jelenlegi feltevéseink szerint az általunk ismert életet olyan kőzetbolygókon érdemes kutatni, amelyek felszínükön folyékony vizet tartalmaznak, vagyis csillaguk úgynevezett Goldilocks-zónájában, avagy az élhető (lakható) sávban keringenek. (Az elnevezés egy régi gyermekmeséből ered, ahol az aranyhajú főhősnek a történet során több alkalommal is két szélsőséges – túl nagy vagy túl kicsi, túl hideg vagy túl meleg stb. −, illetve egy köztes lehetőség közül kell választania, és persze mindig a középút mellett dönt.)

Visszatérve az alapproblémára, most, hogy már rengeteg különféle extraszoláris bolygót láttunk, felmerülhet a kérdés, hogy jól tesszük-e, hogy a saját bolygónkhoz hasonló égitesteken remélünk életet találni. Valóban a Föld a lehetséges világok legjobbika, ha a lakhatóságot nézzük? A bolygónk „tökéletességébe” vetett hitet gyakorlatilag egyetlen tényre alapozzuk: a Föld tele van élettel. A földi életformák kivétel nélkül szénalapúak, és túlélésükhöz valamilyen mennyiségben vízre van szükség. Mivel a víz és a szén a körülöttünk lévő világegyetemben is bőségesen jelen van, logikus feltételezésnek tűnik, hogy más helyeken is ezek alkothatják az élet alapját.

Ahhoz, hogy egy égitesten folyékony állapotú víz létezhessen, a bolygónak központi csillagához képest egy jól meghatározható zónán belül kell keringenie. Ha túl messze van, akkor a vízkészletek megfagynak, ha túl közel, akkor pedig elgőzölögnek. Az élhető zóna aktuális határai az adott csillag tömegétől és korától függnek, hiszen ezek a tényezők határozzák meg, hogy mennyi fény- és hőenergiát bocsát ki az égitest magából. Látszólag egyszerű tehát a képlet, valójában azonban egyáltalán nem az.

Pusztán a Nap energiakibocsátását és a Föld pozícióját figyelembe véve bolygónk átlagos felszíni hőmérsékletére egy jelentősen fagypont alatti szám jönne ki eredményül, tehát pusztán az említett adatok alapján világunk nem esik a lakható zónába. A tényleges, életet lehetővé tevő körülményeket a légköri üvegházhatásnak köszönhetjük, amely csapdába ejti és tárolja a Napból származó hőenergiát, jóval melegebb felszíni környezetet biztosítva annál, mint amilyet bolygónk pályája önmagában eredményezne. A jelenleg elfogadott bolygókeletkezési modellek szerint a kőzetbolygók formálódása során valamiféle légkör mindenképp kialakul, egyáltalán nem mindegy azonban, hogy az a „védőtakaró” mennyire vastag, ahogy az sem, hogy az adott légkörű égitest hol helyezkedik el.

Ehhez elég, ha egy pillantást vetünk a Vénuszra, amely valószínűleg a Földhöz nagyon hasonló, óceánokban gazdag, vastag légkörrel rendelkező bolygónak indult. A Nap közelsége mindezen áldásokat azonban hamar a visszájára fordította, hiszen a vastag légkör tovább fokozta a forróságot, az egyre intenzívebben gőzölgő óceánok pedig még több üvegházhatású vízgőzt juttattak a levegőbe, erősítve az atmoszféra hőcsapda-jellegét. A végeredmény egy terméketlen világ lett, amelyben a kéreg teljes széndioxid-tartalma átkerült a légkörbe. A Vénusz atmoszférája mára gyakorlatilag tisztán szén-dioxidból áll, felszínének hőmérséklete pedig eléri a 460 °C-ot, vagyis az ón, az ólom és a cink is megolvad rajta.

2. oldal

1993-ban a Pennsylvaniai Állami Egyetem kutatója, James Kasting volt az első, aki megkísérelte számszerűleg meghatározni a lakható zóna határait. Kollégáival elemezték a földi felszínt elérő napsugárzás intenzitását, illetve a benne található hullámhosszakat, és megvizsgálták, hogyan hatnának bizonyos változtatások a légköri hőmérsékletre. Úgy találták, hogy 10 százalékkal erősebb napfény esetén – ez egyenértékű azzal, mintha 5 százalékkal csökkentenénk a bolygó pályájának sugarát – olyan mértékben megemelkedne a hőmérséklet, hogy a felszíni víz lassan elforrna, aztán a felső légkörből elszivárogna az űrbe, hogy végül egy Vénuszhoz hasonló, szikkadt, halott világot hagyjon maga után. Kasting a lakható zóna külső határát is megállapította: ez értelmezése szerint 1,67 csillagászati egységre húzódik a Naptól, vagyis valamivel a Mars pályáján túlra esik. Kiderült tehát, hogy bolygónk korántsem a Goldilocks-zóna kényelmes középső részében kering, hanem inkább annak belső peremének mentén, a határ közvetlen közelében halad.

Kasting éghajlati modellje bizonyos szempontból meglehetősen kezdetleges volt, hiszen rendkívüli módon leegyszerűsítette az légkör szerkezetét és az abban zajló folyamatokat, ugyanakkor olyan tekintetben nagyon is kidolgozottnak tekinthető, hogy figyelembe vette például a légkörbe kerülő vízgőz hosszú távú hatásait. A kutató modell alapján képes volt megállapítani több különféle típusú csillag Goldilocks-zónájának határait is, és az exobolygóvadászok a következő két évtizedben ezeket a zónákat vették alapul, amikor egy újonnan felfedezett égitest lakhatóságáról beszéltek.

Egészen mostanáig. Ennek az évnek az elején ugyanis Kasting és kollégái húsz év után először felülvizsgálták modelljüket, a legfrissebb tudományos eredményeket használva fel annak átalakítására. Ahogy a kutatók elmondták, rengeteg dologról változott a tudásunk az eltelt időszakban. Kiderült például, hogy a vízgőz és a szén-dioxid sokkal hatékonyabban nyel el bizonyos infravörös hullámhosszakat, mint korábban gondoltuk, és ez a tény érdemileg befolyásolja ezen gázok üvegházhatásának mértékét. Az új számítások alapján elkészített modell nagyon érdekes módon alakította át a korábbi képet: minden vizsgált csillagtípus esetében egy kicsivel távolabbra tolódott az élhető zóna, mint ahogy azt az előző modell sugallta.

Az eredmények láncreakciószerű változásokat indítottak be a potenciálisan élhető bolygók megítélésében. Néhány korábban igen biztosnak tűnő jelölt lekerült a listáról, míg más égitestek jóval előrébb kerültek a lakhatósági rangsorban. Az új modell értelmében ráadásul a nagyon gyakori, Napnál kisebb, úgynevezett M törpe kategóriájú csillagok lakható zónájának határai úgy módosultak, hogy abba immár beleesik az a tartomány is, ahol valóban sikerült néhány kőzetbolygóra ráakadni. A következő évek bolygóvadászati projektjei ezért különösen nagy figyelmet fordítanak majd erre a csillagtípusra. A kutatók szerint könnyen megeshet, hogy három-négy Goldilocks-bolygó is akad a közvetlen szomszédságunkban.

Az eredeti modell alapján lakhatónak ítélt bolygók esete még cifrább, és közülük is kiemelten érdekes a Föld esete. A Nap lakható zónája ugyanis a legújabb számítások értelmében 0,99 csillagászati egységnyi távolságban kezdődik központi csillagunktól, vagyis ha a Föld pályájának sugara egy százalékkal rövidebb lenne, már beindulnának azok a folyamatok, amelyek egy fokozott, öngerjesztő üvegházhatásban csúcsosodnának ki, lassan kiszárítva a felszínt. Bolygónk tehát a szó szoros értelmében a lakható zóna peremén egyensúlyoz, ami fontos következményekkel járhat a jövőre nézve is.

Ahogy már említettük, a csillagok energiakibocsátását tömegük és aktuális koruk is meghatározza. Ahogy a Nap öregszik, egyre fényesebb lesz, aminek eredményeként még távolabbra tolódik a lakható zóna. Bolygónk lakható státusza tehát jelentősen rövidebb életű lehet, mint korábban gondoltuk, azt azonban, hogy pontosan mennyi időről is van szó, nem igazán tudni. Kasting szerint elviekben bármelyik pillanatban kicsöppenhetünk a Goldilocks-zónából, és megkezdődhet a „vízvesztés” fázisa, ez esetben is azonban legalább tízmillió, de inkább több százmillió évig fog tartani, amíg teljesen eltűnik a víz a felszínről és a légkörből. Ez is egy eshetőség tehát, de a kutató szerint jóval valószínűbb, hogy minderre csak jóval később kerül sor. Korábban úgy számolták, hogy a földi élet még mintegy másfél milliárd évig tartható fenn, az új modell értelmében ez a szám akár harmadával is megrövidülhet.

Raymond Pierrehumbert, a Chicagói Egyetem klimatológusa mindazonáltal óvatosságra int. A szakértő szerint míg a számítások kétségkívül hasznosak az exobolygók potenciális lakhatóságát illetően, messzemenő következtetéseket nem szabadna levonni belőlük saját otthonunkra, és annak jövőjére vonatkozóan. A Kasting által felvázolt forgatókönyv ugyanis nem az egyetlen lehetséges végkimenetele egy bolygó felmelegedésének. A légkörbe kerülő több víz ugyanis vastagabb felhőrétegek kialakulásához is vezethet, amelyek viszont visszaverik a beérkező napfény nagy részét, így a felszín összességében hűlni kezd. Lehetetlen megjósolni, hogy egy közel ötven százalékban vizet tartalmazó légkör hogyan viselkedik, és egyáltalán mennyire képes állandó maradni.

3. oldal

Amennyiben azonban feltételezzük, hogy a felszínen található nagy mennyiségű víz felmelegedés esetén az élet szempontjából katasztrofális folyamatok beindítója lehet, úgy a „legszívósabb” lakható bolygóknak a kevés vizet hordozó planéták tekinthetők. Sara Seager, az MIT asztrofizikusa és kollégái éppen ezért kifejezetten „sivatagos” bolygókra koncentrálnak, vagyis olyan égitestekre, amelyeken nincs annyi víz, hogy globális óceánok vagy vízgőzben gazdag légkör alakuljon ki. Számításaik szerint egy olyan égitest, amelynek légköre mindössze egy százalék vízgőzt tartalmaz, élhető felszíni hőmérséklettel bírhat még a csillagához viszonylag közel is. A Napot véve példaként, egy ilyen bolygó lakható zónája fél csillagászati egységre kezdődne, vagyis még a Vénusz pályáján belül is életre alkalmas hőmérsékleti viszonyok uralkodnának a felszínén.

Kasting, Pierrehumbert és munkatársaik nemrégiben támogatást kaptak a NASA-tól egy még realisztikusabb, háromdimenziós éghajlati modell kidolgozására, amely már a bolygók felhőtakaróját és víz légköri-felszíni körforgását is figyelembe fogja venni az égitestek lakhatóságának megállapításakor. Közben más kutatócsoportok, köztük a párizsi Pierre és Marie Curie Egyetem, illetve a hamburgi Max Planck Meteorológiai Intézet tudósai is hasonló projekteken munkálkodnak.

A Föld esetében persze még egy faktort számításba kell venni: az emberi tevékenység légkörre kifejtett hatásait. Az atmoszféra széndioxid-tartalma egyes helyeken már átlépte, és rövidesen mindenütt eléri a 400 ppm-es értéket. Az előrejelzések szerint a 21. század végére 3 °C-kal emelkedhet a globális átlaghőmérséklet, ami szintén elegendő lehet ahhoz, hogy a bolygó kikerüljön a lakható zónából. A szakértők többsége szerint azonban ennek kicsi az esélye, és ahogy már említettük, ha be is indul a Kasting által felvázolt folyamat, a végkifejlet még nagyon messze van, és a pontos kimenetel is meglehetősen bizonytalan.

A paleoklimatikus adatok alapján bolygónk múltjában már előfordult, hogy a légköri szén-dioxid mennyisége megemelkedett, a bolygó lakhatóságára ez azonban nem volt hatással. Az más kérdés, hogy az atmoszférikus viszonyok megváltozásából adódó éghajlati változások minden esetben tömeges kihalásokhoz, majd új fajok felemelkedéséhez vezettek. A klímaváltozás kapcsán tehát nem annyira a bolygó lakható státusza, hanem inkább a saját bőrünk miatt kellene aggódni. A Föld vélhetően még hosszú ideig alkalmas lesz az életre, de az egyáltalán nem biztos, hogy az emberi léthez is ideális marad.

A kutatók szerint a földi felszín hőszabályozásában jelentős szerep jut egy, a Naprendszeren belül egyedinek tekinthető jelenségnek, a karbonát-szilikát körforgásnak is. A feltevések szerint, ahogy a felmelegedő óceánok vize fokozottabb párolgásba kezd, a megnövekvő mennyiségű csapadék magával viszi a légköri szén-dioxid egy részét, és azt a felszín mélyének szikláiban köti meg. Ezek a készletek aztán csak több millió évvel később kerülnek vissza a légkörbe, a jelentkező vulkáni tevékenység nyomán.

Ez a természetes hőszabályozó rendszer lehet az oka annak, hogy – szűkebb környezetünkben legalábbis – a Föld mégiscsak a lehetséges világok legjobbikának tekinthető. Ironikus módon pontosan ennek a körforgásnak a megszakadása hozhatja el a leghamarabb a véget. Kasting és egy tanítványa, Ken Caldeira 1992-es számításai szerint nagyjából egymilliárd év múlva a bolygó belseje annyira lehűl, hogy a vulkáni tevékenység gyakorlatilag megszűnik. Ha pedig ez bekövetkezik, akkor idővel túl kevés szén-dioxid marad a légkörben a fotoszintézis fenntartásához.

Láthatjuk tehát, hogy a bolygók életre való alkalmasságának kérdése rendkívül összetett, és a probléma pontos részleteivel sokszor még saját otthonunk esetében sem vagyunk tisztában. Legjobb tudásunk szerint meghatároztunk egy olyan tartományt, amelyen belül lehetségesnek tartjuk az élet kialakulását, közben kiderült azonban, hogy saját magunk is alig férünk bele ebbe a zónába, arról pedig fogalmunk sincs, hogy mi lesz, ha kicsöppenünk belőle, és egyáltalán mikor kerülhet erre sor. Ahogy Colin Goldblatt, a téma kutatásában szintén otthonosan mozgó kanadai geokémikus megfogalmazta: a Goldilocks-zóna határvonala kicsit olyan, mintha egy ködös napon, egy sziklafal tetején fogócskáznánk. Eddig még senki sem zuhant le, de nem tudjuk, hogy hol kezdődik a szakadék.

Tesztek

{{ i }}
arrow_backward arrow_forward
{{ content.commentCount }}

{{ content.title }}

{{ content.lead }}
{{ content.rate }} %
{{ content.title }}
{{ totalTranslation }}
{{ orderNumber }}
{{ showMoreLabelTranslation }}
A komment írásához előbb jelentkezz be!
Még nem érkeztek hozzászólások ehhez a cikkhez!
Segíts másoknak, mond el mit gondolsz a cikkről.
{{ showMoreCountLabel }}

Kapcsolódó cikkek

Magazin címlap arrow_forward