Hepimiz Goldilocks ve Üç Ayı çocuk hikayesini hatırlarız. Ayı Baba'nın lapasının çok sıcak olduğunu, Anne Ayı'nın lapasının çok soğuk olduğunu, ancak Bebek Ayı'nın lapasının ne kadar soğuk olduğunu çocuklarımıza ve torunlarımıza anlatmaktan zevk alıyoruz peynir sağ. O halde, bilim adamlarının yaşamın devam etmesi için Dünya'nın okyanuslarının milyarlarca yıl boyunca sıvı halde kalması gerektiği gerçeğini düşünmeye başladıklarında -gezegenin sıcaklığının ne çok sıcak ne de çok soğuk değil, tam da doğru olması gerekiyordu- şaşırtıcı değil onu ilk Goldilocks gezegeni olarak vaftiz etti.
Olaya şu şekilde bakın: Kendi türündeki tüm yıldızlar gibi, Güneşimiz de oluşumundan bu yana geçen 4,5 milyar yıl içinde giderek daha parlak hale geldi. Yaklaşık 4 milyar yıl önce, Dünya'da okyanuslar ilk oluştuğunda, Güneş şimdi olduğundan yaklaşık yüzde 30 daha sönüktü, bu nedenle gezegen, okyanuslarını donmaktan korumak için gelen güneş enerjisini çok daha fazla tutmak zorunda kaldı. Zaman geçtikçe ve Güneş Dünya'ya daha fazla enerji döktükçe, gezegenin atmosferinin yapısı da değişti ve sera etkisi yoluyla sıcaklığı etkiledi. Ancak tüm bunlara rağmen, okyanusların Dünya'nın tarihi boyunca donma noktasının sadece birkaç derece üzerinde kaldığı görülüyor. Ne çok soğuk ne de çok sıcak.
Atmosferik değişime sadece bir örnek vermek gerekirse, 3.5 milyar yıl önce Dünya'nın okyanuslarının gelişen siyanobakteri kolonilerine ev sahipliği yaptığını biliyoruz - yeşil gölet pisliği dediğimiz şeye çok benzer. O zamanlar atmosferde neredeyse hiç serbest oksijen yoktu, ancak bakteriler fotosentezin atık ürünü olarak oksijen veriyorlardı (bugün bitkilerin hala yaptığı gibi). İlk başta, bu oksijen, yüzey kayalarındaki demirin paslanması gibi kimyasal reaksiyonlarla çıkarıldı, ancak yaklaşık 2.5 milyar yıl önce, bazı bilim adamlarının Büyük Oksidasyon Olayı dediği şeyde bolluğu artmaya başladı. Muhtemelen, gezegenin oksijene tahammül edemeyen birçok orijinal sakini daha sonra soyu tükendi, kendi atık ürünlerinde boğuldu. Ancak diğerleri, sizi ve gezegendeki diğer tüm hayvanları bugün hayatta tutan solunum döngüsünü sürdürmek için oksijeni uyarladı ve kullanabildi.
1978'de, daha sonra Teksas'taki Trinity Üniversitesi'nde bulunan astrofizikçi Michael Hart, Dünya atmosferinin tarihini tanımlayan bir bilgisayar modeli yayınladı. Bu modelde, erken Güneş'in zayıf sıcaklığına, atmosferdeki amonyak ve metan tarafından üretilen bir sera etkisi yardımcı oldu (bunların her ikisi de, daha bilinen karbondioksit, CO2 gibi, sera gazlarıdır). Güneş daha parlak hale geldikçe, canlı organizmalar tarafından üretilen oksijen bu bileşikleri yok ederek sera etkisini azalttı ve böylece Güneş'ten gelen artan radyasyonu telafi etti. Sonunda, karbondioksit ve su buharı tarafından yönlendirilen bir sera etkisine sahip mevcut atmosferimiz ortaya çıktı. Özünde, Dünya bir tarafta kaçak bir sera olmak ve diğer tarafta donmuş katı olmak arasında bir bıçak sırtında yürüdü.
Ancak bizim açımızdan Hart'ın hesaplamasının en önemli kısmı, Dünya Güneş'ten gerçekte olduğundan farklı bir mesafede olsaydı ne olacağına bakmaktan geldi. Onun modeline göre, Dünya Güneş'e yüzde bir daha uzak veya yüzde beş daha yakın olsaydı, okyanusların sıvı halde kalmasına izin veren hassas denge kaybolacaktı. Böylece, gezegenimizin atmosferinin evrimine ilişkin düşünceler, bir yıldızın çevresinde, yüzey okyanuslarının milyarlarca yıl boyunca sıvı kalabileceği bir bant olduğu fikrine yol açtı. Bu grup, çevresel yaşanabilir bölge (CHZ) olarak adlandırılıyor ve bilim adamlarının ötegezegenlerdeki yaşam hakkındaki düşüncelerini yönlendiren temel fikirlerden biri haline geldi.
Hayali Yaşam: Akıllı Uzaylılar, Buz Yaratıkları ve Süper Yerçekimi Hayvanları Arayışındaki Ötegezegenler Arasında Spekülatif Bir Bilimsel Yolculuksatın al
Kendi türündeki tüm yıldızlar gibi, Güneşimiz de oluşumundan bu yana geçen 4,5 milyar yıl içinde giderek daha parlak hale geldi. Yaklaşık 4 milyar yıl önce, Dünya'da okyanuslar ilk oluştuğunda, Güneş şimdi olduğundan yaklaşık yüzde 30 daha sönüktü, bu nedenle gezegen, okyanuslarını donmaktan korumak için gelen güneş enerjisini çok daha fazla tutmak zorunda kaldı.(Getty Images aracılığıyla John Greim/LightRocket)
Circumstellar Yaşanabilir Bölgeler ve Yaşanabilirlik
CHZ'ler hakkında söyleyebileceğimiz ilk şey, her yıldızın bir tane olacağıdır. Başka bir deyişle, enerji dengesinin gezegen yüzeyinin sıcaklığını suyun donma ve kaynama noktaları arasında tutabileceği bir yıldız çevresinde her zaman bir bant olacaktır. Küçük, sönük yıldızlar için bant dar ve yakındır. Örneğin, yıldızlarının CHZ'sindeki bilinen ötegezegenlerin çoğu, o yıldıza Merkür'ün Güneş'e olduğundan daha yakındır. Benzer şekilde, büyük, parlak yıldızların CHZ'si daha geniştir ve daha uzaktadır. Ayrıca, yukarıda belirtildiği gibi, bir yıldızın enerji çıkışı zamanla artar, dolayısıyla yıldız yaşlandıkça yaşanabilir bölge aslında dışa doğru hareket eder. Ancak önemli olan nokta, her yıldızın bir yerde CHZ'si olduğu için, tesadüfen bu bölgelerde bazı gezegenlerin oluşmasını bekliyoruz.
Bununla birlikte, bu noktaya değindikten sonra, son on veya iki yılda bilim adamlarının CHZ'nin basit bir sıcaklık dengesi hesaplamasının izin verdiğinden çok daha dikkatli bir şekilde ele alınması gerektiğini fark ettiklerini eklemeliyiz. MIT astrofizikçisi Sara Seager'ın işaret ettiği gibi, yaşanabilir bölgede bulunan bir gezegenin aslında yaşanabilir olma garantisi yoktur. Aslında, bir CHZ'deki dünyalar üzerinde yaşam olasılığını etkileyebilecek birçok faktör vardır.
Dış gezegenlerin keşfi ilerledikçe, bir CHZ'de Dünya tipi bir gezegen bulmak, astronomik toplulukta kutsal bir kâse haline geldi. Ancak bugün, bir gezegenin yaşanabilirliğinin yörüngesinin konumundan daha fazlası olduğunu fark ettik. Örneğin, araştırmacılar yıldızlarının CHZ'sinde olmayan, yüzeyde sıvı su okyanusları olmayan ve yine de yaşam için olası evler ve hatta gelişmiş medeniyetler olan dünyalara baktılar. Bu gibi düşünceler, bilim adamlarını yaşamın ortaya çıkması için gerekli koşullara çok daha geniş bir açıdan bakmaya yöneltmiştir.
Dünya, Güneş'e yüzde bir daha uzak veya yüzde beş daha yakın olsaydı, okyanusların sıvı halde kalmasına izin veren hassas denge kaybolacaktı.(Evrensel Tarih Arşivi/Getty Images aracılığıyla Evrensel Görüntüler Grubu)
İlgili Yıldızın Türü
Bir gezegenin etrafında döndüğü yıldız türü, CHZ'deki gezegenler için bile yaşamın gelişimi için önemli sonuçlar doğurabilir. Örneğin, kırmızı cüceler olarak adlandırılan ve Samanyolu'ndaki yıldızların en büyük bölümünü oluşturan küçük, sönük yıldızlar genellikle aşırı hareketlilik dönemlerinden geçerler. Yıldız patlamaları ve büyük miktarlarda yüklü parçacıkların fırlatılması, gezegen CHZ'de olsun ya da olmasın, herhangi bir gezegen yüzeyinde yaşamı çok zorlaştıracaktır. Bu tür sistemlerde, yaşamın hayatta kalmak için okyanus tabanında veya yeraltında kalması muhtemeldir. Bu gibi durumlarda, CHZ basitçe alakasız hale gelir.
Bilim adamları, yaşamın gezegenlerin yüzeyinde evrimleşmesi ve devam etmesi gerektiği fikrini terk etmeye başlıyor. Örneğin birçok güncel argüman, Mars'taki herhangi bir canlı organizmanın yüzeyin altında bulunacağı sonucuna varıyor. Ayrıca, Europa ve Enceladus okyanuslarında olduğu gibi, dış güneş sistemindeki yer altı okyanuslarında yaşam varsa, bu, tanımı gereği, yüzeyin altında olacaktır. Dünya'da bile, gezegen yüzeyinin altında, üzerinde olduğundan daha büyük bir biyokütle olabileceği görülüyor. Bu nedenle, küçük yıldızlarla ilişkili yoğun radyasyon ortamının, yaşamın gelişimini engellemesine gerek yoktur, her ne kadar mevcut teknolojimizle yaşamı doğrudan tespit etmek muhtemelen imkansız olsa da.
Daha büyük kütleli yıldızlar ise daha iyi huylu bir radyasyon ortamı sağlar, ancak nispeten kısa ömürleri olabilir. Bazı durumlarda, 30 milyon yıl kadar az yaşayabilirler. Bu kadar kısa sürede bir gezegende basit mikrobiyal yaşam dışında herhangi bir şeyin evrimleşmesi olası değildir. Ek olarak, bu tür yıldızlar yaşamlarına, yakındaki tüm gezegenleri kesinlikle yok edecek bir süpernova adı verilen büyük bir patlama ile son verirler. Böylece, böyle bir yıldızın CHZ'sinde yaşam gelişmeyi başarsa bile, yıldız öldüğünde bunun tüm izleri silinecektir.
Bu kısıtlamalar nedeniyle, ötegezegen avcıları dikkatlerini Güneş gibi orta büyüklükteki yıldızların CHZ'sindeki gezegenlere yoğunlaştırmışlardır.
MIT astrofizikçisi Sara Seager, yaşanabilir bölgede bulunan bir gezegenin aslında yaşanabilir olma garantisinin olmadığına dikkat çekiyor.(Win McNamee/Getty Images)
Atmosferin Evrimi
Yaşanabilirlik tartışmasındaki ikinci karmaşıklık kaynağı, gezegensel atmosferlerin sabit, değişmeyen sistemler olmayıp zamanla evrim geçirmesinden kaynaklanmaktadır. Dünyanın Büyük Oksidasyon Olayı, bu tür bir sürecin sadece bir örneğidir.
Mars gibi küçük gezegenler için atmosferin yerçekimsel kaçışı büyük bir rol oynar. İşte nasıl çalışır: Bir gezegenin atmosferini oluşturan moleküller her zaman hareket halindedir ve sıcaklık ne kadar yüksek olursa o kadar hızlı hareket ederler. Bununla birlikte, sıcaklıktan bağımsız olarak, her zaman ortalamadan daha hızlı hareket eden ve bazıları daha yavaş hareket eden bazı moleküller olacaktır. Daha hızlı hareket eden moleküller yeterli hız kazanırsa ve gezegenin yüzeyine dik bir yönde hareket ediyorsa, gezegenin yerçekimini yenebilir ve uzaya kaçabilirler.
Gezegen ne kadar büyükse, yerçekimi kuvveti o kadar güçlü ve atmosferi tutmak o kadar kolay olur. Örneğin Dünya'da bir molekülün kaçabilmesi için saniyede yaklaşık yedi mil (11 km/sn) hareket etmesi gerekir. Ağır molekülleri yüksek hıza çıkarmanın hafif olanları hızlandırmaktan daha zor olduğunu belirtmek önemlidir. Bu, daha hafif moleküllerin yerçekimi kaçışında kaybolma olasılığının ağır olanlardan daha yüksek olduğu anlamına gelir. Örneğin Dünya, atmosferinin en hafif üyeleri olan orijinal hidrojen ve helyumunun büyük bir miktarını kaybederken, Mars oksijen ve nitrojen gibi daha da ağır gazları kaybetti.
Fotoayrışma adı verilen ilgili bir kayıp mekanizması, su molekülleri için özellikle önemlidir. Bir gezegenin yüzeyinde su varsa, atmosferde bir miktar su buharı olacaktır. Gezegenin yıldızından gelen ultraviyole radyasyon, kendilerini atmosferin üst kısımlarında bulan su moleküllerini parçalayacaktır. Ortaya çıkan hafif olan hidrojen, yerçekimi kaçışıyla kaybolacak ve oksijen, çeşitli oksitlenmiş mineraller oluşturmak için yüzeydeki atomlarla birleşecektir. Örneğin, Mars'ın tarihinin başlarında sahip olduğu okyanusu bu şekilde kaybettiğine ve gezegenin kırmızı renginin yüzey kayalarındaki demirin oksidasyonunun (paslanmasının) bir sonucu olduğuna inanıyoruz.
Bir diğer önemli değişiklik türü, Dünya atmosferinde önemli bir sera gazı (su buharı ile birlikte) olan karbondioksit ile ilgilidir. Dünya'da bir yanardağ patladığında, mantonun derinliklerinden karbondioksit salınır ve atmosfere pompalanır. Derin karbon döngüsü olarak bilinen karmaşık bir süreçte, karbon dioksit okyanusa alınır ve kireçtaşı gibi malzemelere dahil edilir, ardından diğer şeylerin yanı sıra Dünya'nın iç kısımlarına geri alınabilir. Bu nedenle, bir gezegendeki genel jeolojik süreçler, atmosferindeki karbondioksit miktarını etkileyebilir ve bu da sıcaklığını etkileyecektir. Venüs'te tarihinin başlarında var olan herhangi bir yüzey okyanusunun, Güneş'e olan yakınlığının bir sonucu olarak gezegenin yüksek sıcaklığı nedeniyle buharlaşacağına inanıyoruz. Bu nedenle, Venüs'ün atmosferinden karbondioksiti uzaklaştırmanın hiçbir yolu yoktu ve derin bir karbon döngüsünden yoksun olan gezegen, kaçak sera etkisi olarak bilinen şeyde bu gazın birikmesine maruz kaldı.
Bu örnekler, bir ötegezegenin atmosferinde meydana gelen değişikliklerin (şimdiki teleskopik araçlarla gözlemleyemeyeceğimiz, işaret etmemiz gereken) değişikliklerin, onun yaşanabilirliği üzerinde derin etkileri olabileceğini göstermektedir. Sadece bir örnek vermek gerekirse, yıldızının CHZ'sinde bulunan ancak çok az suya sahip olan bir gezegen, kaçak bir sera etkisine maruz kalabilir ve Venüs gibi son bulabilir. Uzaktan, bunun olup olmadığını bilmek çok zor olurdu.
Dış gezegenlerin keşfi ilerledikçe, bir CHZ'de Dünya tipi bir gezegen bulmak, astronomik toplulukta kutsal bir kâse haline geldi. Ancak bugün, bir gezegenin yaşanabilirliğinin yörüngesinin konumundan daha fazlası olduğunu fark ettik.(Getty Images aracılığıyla LIFE Resim Koleksiyonu)
Zeka ve Teknoloji
Bir Goldilocks dünyasında (Dünya) yaşamın nasıl ve ne zaman geliştiğine dair oldukça iyi bir anlayışa sahip olmamız, bu tür gezegenlerdeki yaşamın gelişimine ilişkin tartışmaların bazı tahminlerini ortadan kaldırıyor. Yabancı yaşamın kimyasının Dünya'daki yaşamda işleyen aynı sisteme dayanması gerekmese de, diğer Goldilocks dünyalarındaki yaşam formlarının benzer şekilde büyük, karbon içerikli karmaşık bilgilere bağlı olacağını varsaymak çok da büyük bir sıçrama sayılmaz. tabanlı moleküller. Karbon, bilgi taşıyan biyomoleküller olarak kullanım için ideal olan güçlü, kararlı zincirler ve atom halkaları oluşturabilir.
Ayrıca, doğal seçilimin diğer Goldilocks dünyalarında nasıl işleyebileceğini anlamak için İngilizce konuşan iki ayaklı hominidlerin yaşadığı standart bilim kurgu galaksisini varsaymamıza gerek yok. Dünya üzerindeki zeka ve teknolojinin gelişimine bakabilir ve galaksideki benzer Goldilocks gezegenlerine olası benzetmeler yapabiliriz.
Doğal seçilimle ilgili dikkat etmemiz gereken kilit nokta şudur: Bu, güzelliğe ya da ahlaki değere göre seçim yapan bir süreç değildir. Eski bir şaka bu noktaya değiniyor:
Dağlarda iki yürüyüşçü bariz bir şekilde aç bir adamla karşılaşır.
Boz ayı. Yürüyüşçülerden biri sırt çantasını atmaya başlar.
Diğeri ne yapıyorsun diyor. daha hızlı koşamazsın
o ayıdan daha.
Ayıdan daha hızlı koşmam gerekmiyor - sadece koşmam gerekiyor
senden daha hızlı.
Daha yavaş koşucunun yaşlı bayanlara karşıdan karşıya geçmesine yardım eden kibar bir adam olması fark etmez. Doğal seçilimin umurunda değil. Önemli olan tek şey arkadaşının daha hızlı olmasıdır. Bir sonraki nesle aktaracak genler bunlar.
Bilim adamları, yaşamın gezegenlerin yüzeyinde evrimleşmesi ve devam etmesi gerektiği fikrini terk etmeye başlıyor. Örneğin birçok güncel argüman, Mars'taki herhangi bir canlı organizmanın yüzeyin altında bulunacağı sonucuna varıyor.(NASA/JPL-Caltech/Malin Uzay Bilimi Sistemleri)
Goldilocks Dünyalarında Yaşam Formları
Peki bu bize Goldilocks dünyalarında gelişecek yaşam formları hakkında ne söylüyor? Cevabın pek cesaret verici olmadığından korkuyoruz, çünkü en olası sonuç, muhtemelen Homo sapiens'ten daha nazik ve kibar olmayacakları. Türümüzün tarihine ve fosil kayıtlarında keşfedilen 20'den fazla hominid türünün yok oluşuna baktığımızda, bizden daha barışçıl, ileri teknolojik bir türle karşılaşacağımız ihtimaline karşı umutlu bir tavır besleyemeyiz. Orada bulduğumuz kimse muhtemelen bizden daha ahlaklı ya da daha az savaşçı olmayacak. Korkunç!
Şu açıdan bakın: Evrenin tarihini tek bir yıla sıkıştırırsak, Dünya ve güneş sistemimiz İşçi Bayramı etrafında şekillendi ve bilimin gelişimi son birkaç saniyeden fazlasını kaplamıyor. Homo sapiens ortaya çıkmadan önceki tüm yıl boyunca başka hiçbir canlının bilimi geliştirmemiş olması son derece olası değildir. Fizik ve kimya yasaları belirsiz veya gizli değildir - orta düzeyde zeki herhangi bir uygarlık onları keşfedebilir. En azından bu Goldilocks uygarlıklarından bazıları bunu yapmak zorunda kalacaktı. Bazı dünya dışı Isaac Newton, bir yerlerde gelişmiş bir teknolojik uygarlığa doğru hamleyi hızlandırmış olmalı. En rahatsız edici gerçek ise, böyle bir uygarlığa dair hiçbir kanıt bulamamamızdır. Işıktan daha hızlı bir warp sürücüsü olmasa ve teknolojide büyük bir ilerleme kaydetmemiş olsak bile, hesaplamalar 30 milyon yıl içinde - evrensel yılımızda bir günden az bir süre içinde - insan ırkının tüm galaksiye yayılabileceğini gösteriyor. Biz bunu yapabiliyorsak, o zaman bizim kadar gelişmiş diğer uygarlıklar da yapabilir.
Peki nerede bu diğer medeniyetler? Bu soru, Fermi paradoksu (adını 20. yüzyılın önde gelen fizikçilerinden biri olan Enrico Fermi'den (1901 - 1954) almıştır) denilen şeyin bir ifadesidir. Bir keresinde biri ona galakside milyonlarca gelişmiş uygarlık olduğunu düşündüren hesaplamalardan bahsetmişti. Fermi bir an düşündü ve sonra sordu, Herkes nerede? Başka bir deyişle, neden burada değiller? Dünya dışı varlıklar söz konusu olduğunda, bilim adamlarının Büyük Sessizlik dediği şeyi neden deneyimliyoruz?
Bilim adamları ve bilimkurgu yazarları, oldukları gibi hayalperest ruhlar olarak, birçok olası açıklama üretmişlerdir. İşte en popüler olanlardan birkaçı:
- Hayvanat bahçesi hipotezi: Dünya dışı varlıklar, Dünya'yı korunan bir vahşi alan gibi bir şey ilan ettiler.
- Uzay Yolu hipotezi: Dünya dışı varlıklar, bizimki gibi gelişmekte olan uygarlıklara müdahale etmelerini önleyen bir Ana Yönerge benimsemiştir.
- Cennet hipotezi: Dünya dışı varlıklar ideal bir çevrede şişman ve mutludur ve keşifle ilgilenmezler.
- Yerine koyma hipotezi: Organik yaşamın yerini akıllı makineler almıştır (genellikle insan ırkı için tasavvur edilen bir gelecek) ve makinelerin organik yaşamla iletişim kurmakla hiçbir ilgisi yoktur.
Ancak sorun şu ki, bu senaryolardan herhangi birinin birkaç dünya dışı medeniyette gerçekleştiğini hayal edebiliyor olsak da, bunlardan herhangi birini yaşamın gelişiminin kaçınılmaz sonucu olarak düşünmek gerçekten zor.
Yıldızlarının CHZ'lerinde milyonlarca Dünya boyutunda gezegen olmalı, birkaç bin ötegezegenden oluşan küçük örneğimizde birkaç düzine tanesini zaten bulduğumuz gerçeğiyle desteklenen bir varsayım. Örneğin, hepsinin Star Trek'in Ana Yönergesi gibi bir şeyi benimsemesi pek olası değildir. Gelişmiş dünya dışı uygarlıkların varlığından neden haberdar olmadığımız sorusuna en mantıklı cevabın bu uygarlıkların olmamasından korkarız. Gördüğümüz kadarıyla, bunun doğa yasalarına bağlı olan tek açıklaması, doğal seçilimin işleyişine bağlı olan açıklamadır.
Bu bizi Goldilocks dünyalarındaki yaşamın kaderi hakkında çok karanlık bir olasılığa götürür. Doğal seçilimin saldırgan türler -Homo sapiens gibi türler- üretme eğilimi göz önüne alındığında, evrenin tüm tarihinin, yalnızca bu yaşamlar için bir Goldilocks gezegeninde birbiri ardına akıllı yaşam formları üreten evrim süreci tarafından kapsanmış olması mümkündür. Bilimi keşfettiklerinde kendilerini yok edecek formlar. Başka bir deyişle, orada bizim seviyemize ulaşan çok sayıda uygarlık olabilir, ancak hepsi yakındaki yıldızlarını kolonileştiremeden kendilerini yok ettiler. Bu kıyamet günü senaryosu, Fermi paradoksunun yaygın bir açıklamasıdır.
Bu ürpertici bir düşünce.
alıntı hayali hayat James Trefil ve Michael Summers tarafından © James Trefil ve Michael Summers, Smithsonian Books'tan.