Eksoplaneettojen elämän täyttämät meret
Yksi eksoplaneettatutkimuksen kiinnostavimmista päämääristä on löytää esimerkkejä toisista elävistä planeetoista, tai ainakin planeetoista, joiden olosuhteissa elämän esiintyminen on mahdollista. Vaikka tunnemmekin jo monta kandidaattia elinkelpoisiksi planeetoiksi, emme ole onnistuneet selvittämään täyttyvätkö elinkelpoisuuden kriteerit niistä ainoankaan pinnalla. Voimme mainiosti arvioida ja jopa havaita suoraan planeettojen kokoja ja massoja, jotka antavat tietoa niiden keskitiheydestä ja koostumuksesta, sekä siitä, onko niillä kivinen pinta. Arvioimme rutiininomaisesti tähdestä planeetan pinnalle saapuvan säteilyn määrää ja siten planeetan laskennallista pintalämpötilaa. Voimme jopa huomioida kasvihuoneilmiön vaikutuksen ja mitata karkeasti jodenkin planeettojen kaasukehän koostumusta ja siten todellisia olosuhteita. Emme kuitenkaan saa juuri tietoa edes tärkeimmästä elinkelpoisuutta määrittävästä tekijästä: onko planeetan pinnalla nestemäistä vettä.
Veden olemassaolosta voi saada suoria havaintoja, jos on mahdollista havaita planeetan kaasukehän koostumusta transmissiospektroskopiaksi kutsutulla menetelmällä. Siinä tähden valo suodattuu sen editse kulkevan planeetan kaasukehän läpi tuottaen havaittavia muutoksia teleskooppeihimme saapuvaan valoon. Vesihöyry planeetan kaasukehässä voidaan siten havaita suoraa, joskin sen merkkien kaivaminen esiin havainnoista on jo itsessään matemaattisen datankäsittelyn taidonnäyte. Havainnoissa on kuitenkin jo onnistuttu ja esimerkiksi planeetan K2-18 b kaasukehässä on vesihöyrystä koostuvia muodostelmia — niitä kutsutaan meille tutummin pilviksi. Joidenkin planeettojen pintaa kuitenkin peittää jopa tuhansien kilometrien paksuinen valtameri ohuen, pelkistävän pääosin vedystä koostuvan kaasukehän alla. Niiden merissä voi olla runsaasti elämää, jota emme voi koskaan päästä tarkastelemaan lähemmin.
Omalla planeetallamme meret pysyvät nestemäisessä olomuodossaan, koska Auringon säteily ja ilmakehämme kaasujen tuottama kasvihuoneilmiö pitävät pinnan lämpötilan sopivana, jotta vesi pysyy nestemäisessä olomuodossaan. Koemme sääilmiöitä kuten sadetta sen eri muodoissaan, koska vesi voi höyrystyä planeettamme pinnalla tiivistyäkseen taas pisaroiksi ylempänä kaasukehässä, jossa lämpötila on alhaisempi. Lämpötilan lisäksi oleellisia ovat paine ja kaasukehän koostumus, joka Maassa on muuttanut muotoaan useaan otteeseen planeettamme historian aikana. Primitiivinen, pelkistävä ja vetypitoinen kaasukehä on ollut mennyttä jo neljä miljardia vuotta. Toisilla planeetoilla sellainen alkuperäinen kaasukehä voi olla paksumpi ja siksi paljon pitkäikäisempi.
Supermaapalloja, joiden pintaa peittää paksu vetypitoinen kaasukehä, on kutsuttu nimellä hyseaaninen planeetta. Ne ovat eksoplaneettojen luokka, jonka olemassaolo on vasta hiljattain selvinnyt uusien avaruusteleskooppien tekemien havaintojen myötä. Kiinnostavaa on, että niiden kaasukehä kykenee ylläpitämään alapuolellaan paksua nestemäisen veden merta, jopa olosuhteissa, joissa tähden säteily ei riitä lämmittämään tarpeeksi. Liian lähellä tähtiä primitiiviset kaasukehät katoavat ja korvautuvat Aurinkokunnastakin tutummilla hiilidioksidipitoisilla kaasukehillä, koska tähden säteilyenergia saa keveimmät vetyatomit karkaamaan avaruuteen jättäen jäljelle vain raskaammat molekyylit. Jos lisänä on sopivasti geotermistä lämpöä, hyseaanisten supermaapallojen meret voivat pysyä nestemäisessä muodossaan kymmenien vuosimiljarden ajan jopa kaukana tähtien lämmittävästä vaikutuksesta.
Arviot hyseaanisten supermaapallojen elinkelpoisuudesta perustuvat tietokonesimulaatioihin, joissa on tutkittu planeettojen fysiikkaa erilaisilla ominaisuuksilla. Koska emme voi vain havaita erilaisia planeettoja ja tutkia niiden koostumusta suurimmillakaan teleskoopeilla, jäävät tietokonesimulaatiot ainoaksi tavaksi koettaa ymmärtää eksoottisten planeettojen fysiikkaa. Tulokset ovat kuitenkin yllättäviä vain omassa rajoittuneessa kontekstissamme. Se, että Aurinkokunnassa ei ole ainuttakaan hyseaanista, primitiivisen kaasukehän omaavaa supermaapalloa, on ehkä vain sattumaa, eikä kerro mitään niiden yleisyydestä maailmankaikkeudessa. Ne vaikuttavat kuitenkin olevan jopa maankaltaisia planeettoja yleisempiä, joten vetykehien alla syvissä merissä esiintyvä elämä saattaa olla oman planeettamme matalien merien ja mantereiden täyttämää elämää yleisempää. Mielenkiintoista on sekin, että joidenkin hyseaanisten planeettojen meret ja siten elinkelpoisuus voivat säilyä jopa siinäkin tilanteessa, että ne sinkoutuvat tähtensä kiertoradalta avaruuteen tähtienvälisiksi planeetoiksi.
Kysymysmerkkejä kuitenkin riittää ja hyseaanisten supermaapallojen elinkelpoisuuteen vaikuttaa monta muutakin tekijää. Kriittistä on esimerkiksi se, kuinka paksu primitiivinen kaasukehä sattuu olemaan. Pisimpään nestemäistä vettä kykenevät ylläpitämään jopa kymmenen kertaa Maata massiivisemmat supermaapallot, joiden kaasukehä on massaltaan kymmenesosan Maapallon massasta. Sellaisen massiivisen vetykehän suojissa meret voivat periaatteessa virrata korkeassa paineessa vapaana jopa yli 50 miljardia vuotta. On silti selvää, että olosuhteet ovat silloin täysin poikkeavat siitä, mitä Maapallolla esiintyy ja emme tiedä voiko sellaisissa olosuhteissa esiintyä eläviä organismeja. Asiaa saattavat lähitulevaisuudessa valaista James Webb -avaruusteleskoopin havainnot hyseaanisista planeetoista.
Voisi ajatella, että hyseaanisen tai muunkinlaisen planeetan meren syvyydellä on suuri merkitys elämää etsittäessä. Niin hyvä kuin veden riittävyys onkin sen täytyy olla myös sopivan matalaa.
Vaikka Maan merissä löytyy elämää syvänteiden pohjallakin, elämä niissä on voimakkasti kuitenkin keskittynyt mataliin vesiin, jossa paine on vähäisempää ja valon määrä suurempaa. Siellä on maapallon elämän ja nykyisen pitkän ravintoketjun alku. Kuten tiedetään, elämän monimuotoisuus maapallolla on nimenomaan pitkän ravintoketjun seurausta. Ravintoa löytyy toki syvänteistäkin, mutta se vähäinenkin on tavalla tai toisella merten matalien, valoisien pintavesien tuottamaa.
Olenko ihan väärässä, jos väitän ettei eksoplaneettojen merten suuresta syvyydestä, siis veden suuresta määrästä, ole sinänsä hyötyä elämän synnylle ja olemassaololle, koska syvänteistä puuttuu valon puutteen ja suuren paineen vuoksi ravintoa. Planeettojen merissä pitää siisi olla myös matalikkoja. Ilman ravintoa, siis energiaa, kun eksoottinenkaan elämä ei voine kehittyä yksisoluista monimuotoisemmaksi, jos sellaiseksikaan.
Merten mataluus on yksi Maan uniikin, monimuotoisen elämän monista perusedellytyksistä. Miten ihmeellä pystyttäisiin selvittämään eksoplaneetoilla esiintyvän veden soveltuvuus myös elämän synnylle ja ylläpitämiselle eikä vain veden olemassaolo sinänsä?
On voimakasta spekulaatiota koettaa päätellä jotakin muiden hypoteettisten planeettojen elämästä perustuen siihen, mitä näemme omalla planeetallamme. Kuitenkin, vaikkapa mikrobit pärjäävät aivan mainiosti oman planeettamme merissä pinnalta syvänteisiin. Niitä esiintyy runsain mitoin jopa kilometrien syvyydessä merenpohjien alapuolella peruskallion sisällä. Vaikka kova paine saattaakin asettaa reunaehtoja erityisesti monisoluisille organismeille, ei se tunnu vaivaavan mikrobeja kovinkaan voimakkaasti. En siis itse olisi valmis spekuloimaan sillä, että elämän esiintymisen mahdollisuudet tällaisten vetisten supermaapallojen olosuhteissa olisivat kovinkaan rajoitettuja, vaikka ne toki poikkeavat siitä, mihin omalla planeetallamme olemme tottuneet.
Elämä tarvitsee vettä, ravinteita ja energialähteen. Pohjan lähellä on ravinteita ja vettä, mutta energialähteen pitäisi olla vulkaaninen. Pinnassa on vettä ja valoa, mutta lämpötilakerrostuneisuuden takia ravinteita puuttuu, paitsi mahdollisen napajäätikön lähellä missä vesipatsas on tasalämpöinen ja siten sekoittuva. Ehkäpä siis syvänkin meren planeetta voisi kelvata elämälle, jos se on riittävän viileä jotta navoilla on kelluvat jäätiköt.
Voisin kuvitella että kirkkaat valkoiset jäätiköt olisi yksi ensimmäisistä jutuista jotka pystyisi tunnistamaan, jos saadaan iso teleskooppi jolla nähdään eksoplaneetan heijastusvalokäyrä edes karkeasti.