Miten voisimme asuttaa kaukaisia exoplaneettoja
Pari vuotta sitten astrobiologian kokouksessa Vilnassa tutkija nimeltä Claudius Gros piti puheen, jossa hän esitti uudenlaisen mahdollisuuden läheisimmän galaktisen ympäristön asuttamiseksi: kaikista kestävimpiä eliölajeja kuten Bacillus tai Deinococcus lajisia bakteereita, ehkä myös karhukaisia, ja erityisesti, omavariaisten fotosynteettisten eliöiden kuten syanbakteereiden tai kasvien lisääntymisyksiköitä pakattaisiin automaattisiin mikrosatelliitteihin, jotka sitten ammuttaisiin kohti lähimpiä eksoplaneettakuntia. Matkattuaan avaruudessa joitakin kymmeniä tuhansia vuosia nämä elämää kuljettavat luotaimet voisivat joko osua tai ohjautua jollekin eksoplaneetalle. Jos olosuhteet olisivat suotuisat, nämä elämän siemenet lähtisivät lisääntymään. Luonnonvalinnan lempeän ohjauksen avulla orastava elämä sopeutuisi vallitseviin olosuhteisiin ja kehittyisi eliökunnaksi.
Yleisön reaktiot ilmaisivat lähinnä teknistä kiinnostusta. Muistaakseni oli jonkin verran puhetta tuollaisten mikrosatelliittien kiihdytys- ja jarrutusvoimasta, samoin tuli useitakin kysymyksiä siitä millaiset eliöt, ja miten pakattuna, kestäisivät noin pitkän matkustusjan avaruudessa. Kyseinen puhuja oli erityisen vakuuttunut siitä että syanobakteereiden lepoitiöt, sekä kasvien paksuseinäiset, tummia pigmenttejä sisältävät siemenet voisivat hyvinkin säilyä elävinä perille.
Itse olin puheesta vain hyvin hämmentynyt. Tämä elämän levitys -ajatus ei ainakaan sovi yhteen minkään planeettojen suojeluperiaatteiden kanssa. Lisäksi, itse en oikein millään ymmärtänyt mikä olisi tällaisen levittäytymis-hankkeen syy, tarkitus tai motiivi. Olisiko elämä nyt jokin sellainen itseisarvo jota meidän pitäisi kaikin keino yrittää levittää eteenpäin – samaan tapaan kuin kirkkokunnat levittävät uskontoja. Käytäväkeskustelussa joku ilmaisi asian niinkin että elämä on vain kärsimystä ja taistelua, ja sen tarkoituksellinen levittäminen olisi mitä epäeettisin teko.
Moraalisiin ja eettisiin kysymyksiin ei kokousesitelmässä virallisesti otettu kantaa. Claudius Gros on kuitenkin samoihin aikoihin julkaissut samaan aiheeseen liittyvän artikkelin ”Developing ecospheres on transiently habitable planets: the genesis project” Astrophysics and Space Science, 2016, 361:324, https://link.springer.com/article/10.1007/s10509-016-2911-0, missä hän tarkemmin selittää suunnitelmaansa: Elämän siemeniä kuljettavat mikrosatelliitit suunnattaisiin lähialueella (100 valovuoden säteellä ) havaituille elinkelpoisille planeetoille. Luotaimen matka voisi edetä esimerkiksi Maasta tai Maan kiertoradalta ammutun lasersäteen ajamana, ja jarrutus taas jonkinlaisen magneettipurjeen avulla.
Kohdeplaneetan radalle saavuttuaan luotaimen keino-älykkäät vastaanottimet ensin tarkkalisivat planeetan pintaa havaitakseen siellä mahdollisesti jo olemassa olevat elämän muodot. Jos luotain ei havaitse planeetan pinnalle mitään pidemmälle kehittyneitä elämänmuotoja, se alkaisi syntetoida eläviä soluja. Se voisi tuottaa jonkinlaisen valikoiman erilaisia lajeja, sellaisia jotka oletettavasti selviytyisivät alhaalla vallitsevissa olosuhteissa. Se kapseloisi elävät keino-solut johonkin sopivaan ravintoliemeen ja pudottaisi ne planeetan pinnalle. Inokuloinnin onnistuminen voitaisiin varmistaa sillä että luotain jatkaisi saastutusta niin kauan kuin sen virtapiireissä riittäisi voimaa, ja pulloissa solujen kokoamiseen tarvittuja raaka-aineita.
Tässä artikkelissa Gros antaa myös perusteluja sille miksi tällaiseen hankkeeseen pitäisi ryhtyä. Hänen tavoitteenaan on varmistaa että jossakin tuolla suhteellisen lähellä olevilla elinkelpoisilla planeetoilla eliökunta lähtisi käyntiin, ja kehittyisi monimuotoiseksi, ja mieluiten Maan eliökuntaa muistuttavaksi ekosysteemiksi, joka pitäisi yllä hapekasta ilmakehää. Maan esimerkin perusteella eräs ongelma tällaisen eliökunnan kehityksessä on kuitenkin se, että elämän synty on epävarmaa. Jos se syntyykin, niin edelleen, myös sen varhaiset kehitysvaiheet ja kompleksisuuden lisääntyminen etenevät hyvin hitaasti. Maassa kesti aikoinaan noin miljardi vuotta ennenkuin bakteerien ja arkkien lajisto oli kehittynyt täyteen geneettiseen mittaansa. Samoin kesti noin miljardi vuotta ennenkuin syanobakteerit keksivät happea tuottavan fotosynteesin. Tämän jälkeen kesti joitakin satoja miljoonia vuosia ennenkuin happi oli hapettanut planeetan pinnan vedet ja mineraalit, ja alkoi kertyä ilmakehään. Tämän jälkeen tarvittiin taas joitakin satoja miljoonia vuosia ja yksi syvä, myös satoja miljoonia vuosia kestänyt jäätiköitymisten aika, ennekuin kuvaan ilmesyivät ensimmäiset tumalliset eukaryoottisolut. Tämän jälkeen ilmakehän happipitoisuus nousi hitaasti. Tarvittiin vielä toinenkin syvän jäätiköitymisen aika, ja happipitoisuuden nousu lähes nykyiselle tasolleen, ennenkuin monisoluiset eläimet ilmestyivät planeetan merien lajistoon. Tämä taas tapahtui evolutiivisessa aikaskaalassa räjähdysmäisen nopeasti, ja tapahtumaa kutsutaankin kambrikauden räjähdykseksi (=,54-0,52 miljardia vuotta sitten).
Gros arvelee, että planeetalle voidaan synnyttää monimutkainen eliökunta merkittävästi nopeammin, jos tuo eliökunnan hidas kehitysvaihe ohitetaan, ja kehitys aloitetaan suoraan sellaisesta mikrobilajistosta joka vastaa Maan lajistoa juuri ennen kambrikauden räjähdyksen tapahtumista. Tällä tavalla nopeuttettu kehitys varmistaisi sen että planeetalle ehtisi kehittyä monimuotoinen isojen lajien eliökunta sen rajallisen ajan kuluessa, mitä kyseinen planeetta säilyy elinkelpoisella vyöhykkeellä emotähtensä kiertoradalla. Gros antaa myös ymmärtää (joskaan ei ihan suoraan sano) että siinä vaiheessa kun ihmisten siirtokunnat pakenevat pois Maapallolta ja etsivät uutta kotia, tuolle eksoplaneetalle olisi ehkä kehittynyt jo hapellinen ilmakehä, ja ehkä myös ihmisen kanssa yhteensopiva lajisto. Hän siis tarkoittaa, että nuo etujoukkoina lähetetyt mikrobit ja kasvit käynnistävät eksoplaneetalla prosessin jota kutsutaan sanalla terraforming, eli Maan kaltaistaminen.
Huh sentään. Näyttää kyllä varsin epävarmalle hankkeelle. Yksi este ainakin on se että kukaan ei pysty ennustamaan evoluution suuntaa, ei edes siinäkään tapauksessa että olosuhteet olisivat varsin samankaltaiset, saati sitten jos ne ovat ihan erilaiset esimerkiksi gravitaation, säteilytason, ilmakehän ja ympäristön koostumuksen osalta. Kukaan ei pysty ennustamaan mitä tuollaisella planeetalla kehittyisi – vai kehittyisikö mitään. Todennäköisesti, jos tällainen kokeilu tehtäisiin useammalle planeetalle, kaikilla niillä se etenisi aivan eri tavoilla.
Kuitenkin, Gros itse on sitä mieltä että “If we want, we can do it. And we have to discuss and think about our place in the cosmos. Do we want to observe or do we want to be active?” (https://cosmosmagazine.com/space/genesis-project-a-plan-to-seed-life-on-other-planets). Siinäpä kysymystä kerrakseen.
En näe asiassa eettistä ongelmaa, eloton maailmankaikkeus ei tarvitse suojelua koska se on rajaton ja muuttuu (jossain mielessä tuhoutuu) koko ajan muutenkin. Elottomalla maailmankaikkeudella on vain välinearvoa elämälle. Kun suojelemme luontoa maapallolla, suojelemme sitä elämän ympäristönä, emme geofysiikan takia.
Teknisesti ehdotus kuulostaa ennenaikaiselta, mutta on silti hyvä että asiaa pohditaan. Kuitenkin se mitä tarvittaisiin ensin olisi iso kaukoputki jolla näkisi eksoplaneettoja suoraan. Maan päälle riittävän ison teleskoopin rakentaminen olisi vaikeaa, mutta painoton avaruus olisi helpompi ympäristö.
10-15 vuotta sitten puhuttiin paljon Darwin- ja TPF-avaruusteleskoopeista. Ne ovat jostain syystä poistuneet avaruusjärjestöjen ohjelmista, mutta tarve ei ole kadonnut mihinkään. En kuitenkaan välttämättä ehdottaisi Darwinin tyyppistä kuuden perinteisen teleskooppialuksen interferometriä, vaan ehkä ennemmin tuhansien pienalusten yhteenliittymänä muodostuvaa mosaiikkipeiliä.
Riittävän suurella kaukoputkella näkisimme millaisia eksoplaneet ovat. Kuinka paksuja ovat ilma- ja vesikehät, onko mantereita, onko napajäätiköitä. Onko tulivuoria ja laattatektoniikkaa. Millaisia ovat pyörimisakselin kallistuskulmat ja pyörimisajat. Onko joukossa planeettoja joilla elämä voisi pärjätä, mutta joissa elämää vain ei ole sattunut syntymään. Vai onko esimerkiksi niin että ilman elämää maankaltainen planeetta romahtaa joko Marsin tai Venuksen kaltaiseksi. Jos niin olisikin, silloin voitaisiin targetoida nuoria eksoplaneettoja.
Hyvät näkemykset…
Pekalla on hyviä pohdintoja, mutta näissä eksojutuissa on syytä muistaa sekin, että me näemme avaruudessa aina menneisyyteen. Voisihan olla niinkin, että jokin elämisen ”siemen” olisi nyt juuri putkahtanut esiin muutoin meille nyt elottomana näyttävässä eksossa. Miten se sitten mahtaisi kohdata meidän elämämme alkeiskehityksen? Tuhoaisimmeko silloin sattumoisin eksossa sellaisen uuden versoavan elämän, joka voisi noissa olosuhteissa kehittyä hyvinkin moninaiseksi ja pitkälle. Miten osaamme vielä varmistaa, millaista elämä kosmisissa mittasuhteissa on, jos sitä yleensä on… hmm
Niin kauan kuin pystymme havaitsemaan planeettoja vain omassa galaksissamme, tuo ”menneisyys” ei ole biologisessa mielessä kovin kaukana. Toisaalta on mielenkiintoista todeta, että sen ”galaktisen vuoden” aikana joka aurinkokunnaltamme kestää kiertää linnunratamme keskustan ympäri, maapallon elämässä on ehtinyt tapahtua jo isompiakin muutoksia: https://en.wikipedia.org/wiki/Galactic_year
Nämä mittakaavat mitä tässä keskustelette ovat kovin kiintoisia. Jos kuvitellaan tuollaisen robottisatelliitin kohdennettua matkan tekoa, niin se varmastikin rajoittuu lähimpiin planeettakuntiin. Samoin, elämän siemeniä kannattaa kylvää vain sellaiselle planeetalle missä olosuhteet ovat elämälle suotuisat. Siis esim. lähin proxima Centar b planeetta 4 valovuoden päässä ei käy, koska sen emotähti on liian roihuava. Paras kanditaatti lähietäisyydellä, vain 11 valovuoden päässä, olisi ilmeisesti Ross 128b. Tuolta tuleva visuaalinen signaali (valo) olisi vielä aika reaaliaikaista, eli se mitä nähdään täällä nyt on vain noin 10 vuotta vanhoja tilanteita. Matkan teko sinne päin olisi kuitenkin merkittävästi hitaanpaa. Parhaimmillaan mikroluotaimet voisivat matkustaa ehkä 0,01 – 0,001 valonnopeudella, ja matka kestäisi siis (kertaluokkeen) 1000 tai jopa 10000 vuotta. Nämäkään eivät ole mitenkään hirvittävän pitkiä aikoja – paitsi että tällaisessakin ajassa kohdetähti siirtyy jo jonkin verran toiseen kohtaan galaktisella kiertoradallaan. Niinpä meidän satelliitillemme voi olla aika vaikeaa osua koko tähdelle – ja vielä vaikeampaa osua juuri halutun kohdeplaneetan läheisyyteen. Sitten vielä vaikeampaa sen on jarruttaa juuri sopivasti niin että se voisi asettua sen kiertoradalle. Osumista vaikeuttaa se että tähtijärjestelmä heiluu myös paikallisesti. Osumiminen ja radalle asettuminen edellyttäisi että lenturilla olisi riittävästi polttoainevarastoja jolla se voi aktiivisesti ohjautua – ilman tällaisia toimenpiteitä sille kävisi samoin kuin Oumuamualle, eli se hujahtaisi ohi. Välimatkat jopa läheisimpiin tähtiin ovat niin kovin pitkiä, ja planeetat itse niin kovin pieniä, että seilaaminen tiettyihin kohteisiin lienee mahdotonta.
Antin lähettämä linkki maailman tapahtumiin on mainio: galaktisen vuoden mittakaava on tosi havainnollinen. Tuo suuri galaktinen kierto on kovin rauhallinen prosessi, siitä huolimatta että tähtemme kiitää radallaan niinkin hurjaa vauhtia kuin 230 km/s. Eri prosessien mittakaavat eivät ole oikein yhteismitallisia.
Tähtiluotaimista puhuminen on viime vuosina arkipäiväistynyt, ja ilmeisenä syynä on Juri Milnerin 100 miljoonan lahjoitus alalle. Kuitenkin edelleen pätee että mikä tahansa tähtiluotain olisi nykytekniikan tasolta lähtien äärimmäisen vaikea toteuttaa. Gigawatin laserpatteristolla voitaisiin ehkä kiihdyttää neliömetrin kokoinen pyörivä ohut kalvo suureen vauhtiin, mutta mitään kommunikaatiovälinettä ei kalvon kyytiin voisi laittaa, koska sen kokema suunnaton kiihtyvyys repisi kalvon heti jos jokin kohta olisi muita paksumpi. Ei myöskään mikään tunnettu elektroniikkatyyppi kestä sitä suunnatonta säteilyrasitusta joka syntyy kun tähtienväliset vetyatomit osuvat laitteeseen relativistisella nopeudella eli muuttuneina hiukkaskiihdyttimen suihkuksi, ja elektroniikan suojaaminen vaatisi jotain materiaa, jonka lisääminen on mahdotonta edellämainitusta syystä.
Jos lähdetään siitä että luotain olisi paljon hitaampi, esimerkiksi kiihdytetty ”vain” 100 km/s nopeuteen sähköpurjeella, silloin matka 11 valovuoden päähän kestäisi 33000 vuotta. Sähköpurjeella voisi periaatteessa jarruttaa luotaimen käyttäen tähtienvälistä ainetta, ja sitten purjehtia halutun planeetan kiertoradalle käyttäen kyseisen tähden tähtituulta. Noin pitkäikäisen laitteen rakentaminen tuntuisi kuitenkin hyvin haastavalta.
Tähtiluotaimia kohti pitäisi edetä pienin askelin. Oman aurinkokuntamme ulko-osissa olisi paljon tutkittavaa, ja se alue on valtavan paljon helpommin saavutettavissa kuin tähdet, vaikka silti haastavaa. Asteroidien kaivostoiminta pitäisi saada käyntiin, jotta päästäisiin rakentamaan niitä avaruussaaria. Nämä ovat teknisesti paljon helpompia haasteita kuin tähtiluotaimet, ja niillä olisi valtava positiivinen vaikutus maailmantalouteen, ja, jos niin haluamme, Maan biosfäärin suojeluun.
Ehkä tulevaisuudessa löydetään uutta fysiikkaa, joka tekee tähtiluotaimetkin mahdollisiksi, ehkä jopa ”helpoiksi”. Esimerkiksi jos löydettäisiin negatiivisen massan hiukkasia ja pystyttäisiin luomaan ja kontrolloimaan niitä, voitaisiin rakentaa alus joka on 50-prosenttisesti negatiivista ja 50-prosenttisesti positiivista massaa. Sellaisen aluksen inertia ja liike-energia olisi nolla riippumatta siitä mitä vauhtia se kulkee. Alus voisi muuttaa liiketilaansa mielivaltaisen paljon (kunhan ei valon nopeutta ylitä) käyttämättä siihen lainkaan energiaa. Vähän samoin kuin helium tekee ilmapallosta painottoman ilmakehässä, negatiivinen massa ruumassa tekisi aluksesta inertiattoman maailmankaikkeudessa, jolloin se voi muuttaa paikkaansa helposti kuin ajatus, vaikka on fyysinen esine. Se että maailmankaikkeus laajenee kiihtyvästi antaa pientä toivoa että jotain tuontapaista uutta fysiikkaa saattaisi kenties ollakin olemassa, kunhan tarpeeksi tutkitaan.
Wau … hämmentäviä nuo futuristiset visiot. Ja tuo tämänhetkinen realistinen tilanne lienee se, että mikään suunnattu matkustaminen (tai luotaimen lähettäminen) mihinkään toiseen tähtijärjestelmään ei ole nykytekniikalla mahdollinen.
Aivan. On mahdollista lähettää luotaimia, jotka poistuvat aurinkokunnastamme pysyvästi eli joista tulee tähtienvälisiä kappaleita, mutta signalointi kaukaa ei onnistu, ja laitteen pysyminen ylipäätään hengissä hyvin pitkään on suuri kysymys.
Silloin tällöin joku ehdottaa että pannaan luotaimen matkaan pullopostia, ja niinhän Voyager-luotaimiin pantiinkin. Ajatus on nykyisen fysiikan tietämyksen nojalla järjetön, koska avaruus on niin iso että pientä passiivista murikkaa ei kukaan voi sen syövereistä löytää, paitsi jollain tähtitieteellisen pienellä todennäköisyydellä. Ainoa tapa havaita sitä olisi havaita sen heijastamia ja emittoimia fotoneja, mutta niitä on vain äärellinen määrä. Havaitsijan pitäisi osua kosmisesti ajatellen hyvin lähelle luotainta, jotta olisi teoriassa mahdollista että edes yksi fotoneista osuisi hänen detektoriinsa sinä aikana kun luotain kulkee ohi ja taas etääntyy.
Jos haluaa fiilistellä egyptiläisiä eli maksimoida todennäköisyyden että joku kaukaisessa tulevaisuudessa voisi saada nykyihmisestä arkeologista tietoa, en yhtäkkiä keksi tehokkaampaa tapaa kuin rakentaa geometrisia muotoja Kuun pinnalle. Maapallo näkyy kauas, ja katsoja huomaa että se on (tai ehkä on ollut) elämänvyöhykkeellä, ja sen geologisesti passiivisen kiertolaisen pinta on paikka, jonka vieras äly ensimmäisenä tarkistaa. Geologit ja matemaatikot osaisivat varmasti analysoida mikä kuvio olisi optimaalinen säilymisen ja havaittavuuden kannalta.
Maallikolle mielenkiintoista juttua, jota on mahtava lueskella, kiitos!
Mikäli maapallon elämä on saanut alkunsa asteroidin törmäyksestä ja sen seurauksena tapahtuneesta bakteerien siirtymisestä maapallon ilmakehään/maaperään, luulisi että asteroidien iskeymiä on tapahtunut miljardeja tai kymmeniä miljardeja kertoja aiemmin tässä suunnattomassa maailmankaikkeudessa ja sitä tapahtuu edelleen koko ajan.
Ihmisten idea bakteerien ampumisesta avaruuteen tuntuu tähän verrattuna melko vaatimattomalta.
”Astrobiologinen resiprositeetti eli vastavuoroisuusperiaate”
Usein näissä keskusteluissa käy niin että harhaudutaan kauas astrobiologiasta, kunnes havaitaan että aiheella onkin yllättävä yhteys astrobiologiaan, esimerkiksi vieraan teknologian etsintään. Ehkä takana on yleisempikin periaate, joka on jotain sukua sähkömagneettiselle resiprositeetti- eli vastaavuusperiaatteelle, eli (yksinkertaistaen) sille että samat kaavat pätevät jos lähetin ja vastaanotin vaihdetaan keskenään.
Asiaa voisi yrittää kiteyttää esimerkiksi seuraavasti: Jos keksii tavan jolla ihminen säilyy hengissä maailmankaikkeudessa pitkään, samalla löytää tavan etsiä muukalaisia, ja kääntäen.
Tai: Tavoilla joilla voi kuvitella tutkivansa heitä, he ovat voineet tutkia meitä.