Existuje život na jiných planetách? Pokud jiné planety mohou chemicky podporovat život, jak ho známe zde na Zemi, jak to souvisí se vznikem samotného života?
Vědci již dlouho spekulují o teorii, že život ve své nejprimitivnější formě může být dalším krokem ve vesmírném vývoji po vzniku planet. I když se stále jedná pouze o teorii, nové představy o vzniku planet a nedávné objevy v oblasti chemie jí dávají podporu.
Například čtyřicet milionů kilometrů od Země se v době psaní tohoto článku nachází Mars, planeta chladnější než Země, bez kyslíku v atmosféře a s malým množstvím vody na povrchu. Člověk přenesený na Mars by se zadýchal a zemřel – a většina ostatních známých organismů by také zahynula.
Přesto astronomové již více než půl století pozorují na planetě mírné sezónní barevné změny; změny se zřejmě shodují s dostupností vody. Ty byly interpretovány jako důkaz existence rostlinného života na Marsu, života specificky přizpůsobeného náročným podmínkám marsovského prostředí. Pokud jsou hlášené barevné změny skutečné, zdá se, že jiná rozumná interpretace neexistuje.
Další, okrajová spektroskopická pozorování W. M. Sintona naznačují, že na povrchu Marsu se mohou vyskytovat molekuly s vazbami C-H. Na základě těchto pozorování lze usuzovat, že se na povrchu Marsu vyskytují molekuly s vazbami C-H. Uhlík a vodík jsou základními prvky pro všechny pozemské organismy a chemická vazba, která je spojuje, je nezbytná pro strukturu bílkovin, nukleových kyselin a dalších biologických stavebních prvků. Je tedy možné, že stejný druh života, podobný svým základním chemickým složením, vznikl dvakrát ve stejné sluneční soustavě? I když jsou některé detaily spekulativní, obecný vzorec kosmické evoluce je poměrně dobře známý.
Kosmická evoluce začíná obrovským oblakem kosmického prachu, jaký dnes existuje mezi hvězdami. Takový oblak má „kosmické“ množství prvků, je složen především z vodíku a helia, pouze s malou příměsí těžších prvků. Hmota bude tu a tam poněkud hustší než v blízkých oblastech. Rozptýlenější oblasti budou gravitačně přitahovány k hustší oblasti, která v důsledku toho poroste na velikosti a hmotnosti. Jak bude hmota proudit směrem ke kondenzujícímu centrálnímu jádru, bude zachování momentu hybnosti způsobovat, že se celá oblast, jádro i proudící hmota, bude otáčet stále rychleji.
Kromě toho bude s pokračujícími srážkami velkého množství hmoty s jádrem neustále stoupat jeho teplota. Možná po sto milionech let se teplota ve středu mraku zvýší asi na patnáct milionů stupňů. To je zápalná teplota pro termonukleární reakce (například přeměna vodíku na helium ve vodíkové bombě). V té době se z jádra mraku stane hvězda, která se „zapne“ a bude vyzařovat světlo a teplo do blízkého vesmíru. Pokud je rotace dostatečně rychlá, formující se hvězda se za určitých podmínek rozdělí na menší části, čímž vznikne dvojhvězdný nebo vícenásobný hvězdný systém.
Teď, když se hvězda formuje, je kolem ní stále velký oblak prachu, který rotuje spolu s ní. V tomto oblaku, sluneční mlhovině, začnou malé hustší oblasti přitahovat okolní hmotu, podobně jako při vzniku hvězdy. Protoplanety, které z těchto oblastí vyrostou (v gravitačním poli blízké hvězdy), však nikdy nevzniknou kolizním ohřevem na teplotu termonukleárního vzplanutí, a tak se stanou planetami, a nikoli hvězdami.
Gerard P. Kuiper, profesor astronomie na Yerkesově observatoři, v posledních letech popsal, jak tímto způsobem vznikají planety. Ve vznikajících protoplanetách by měla být tendence těžších prvků klesat do středu a ponechat mnohem hojnější vodík a helium jako hlavní složky atmosféry obklopující nové planety. Když se nově vzniklá hvězda „zapne“, tlak záření bude mít tendenci tuto atmosféru odfouknout.
Jeli však protoplaneta velmi hmotná nebo velmi vzdálená od Slunce, gravitační přitažlivost protoplanety pro molekulu plynu může být větší než síla záření, které se ji snaží odfouknout, a protoplaneta si může atmosféru zachovat. Tato atmosféra může být zbytkem protoatmosféry nebo může být způsobena plynnými exhalacemi z nitra planety. Například současná atmosféra Země je důsledkem exhalací; současná atmosféra Jupiteru je zbytková.
Takto lze obecně chápat atmosféry planet této sluneční soustavy:
- Merkur: Venuše: Není hmotná, je blízko Slunce, zachovává si zanedbatelnou atmosféru.
- Venuše:
- Země: hmotnější než Merkur, dále od Slunce, zachovává si pouze těžký plyn, oxid uhličitý: Zachovává si lehčí plyny, dusík, kyslík a vodní páru, ale ztratila téměř všechen vodík a helium.
- Mars:
- Jupiter, Saturn, Uran, Neptun:
Jedním z faktů o naší sluneční soustavě, který zazvonil umíráček mnoha kosmogoniím, je skutečnost, že ačkoli více než 99 % hmotnosti sluneční soustavy je ve Slunci, více než 98 % úhlového momentu hybnosti soustavy je v planetách. Je to, jako by se rotační setrvačnost přenesla ze Slunce na planety. H. Alfven to vysvětlil jako magnetické brzdění rotace Slunce v důsledku interakce „jeho magnetického pole s ionizovanou sluneční mlhovinou. Na základě toho existence sluneční mlhoviny, z níž vznikají planetární systémy, způsobí, že centrální hvězda rotuje stále pomaleji.
Nyní musí být vznik planet závislý na teplotě centrální hvězdy. Pokud je příliš chladná, atmosféra protoplanety nebude odfouknuta, což možná povede ke vzniku soustavy planet podobné Jupiteru, ale ještě větší a hmotnější. Na druhou stranu, pokud je hvězda příliš horká, tlak záření sluneční mlhovinu rychle rozptýlí a zůstane po ní, pokud vůbec, malá planeta bez atmosféry nebo soustava milionů malých planetek. Aby mohly vzniknout planety, musí se teplota hvězdy pohybovat mezi těmito extrémy.
Existuje ještě jeden důvod, proč se domníváme, že horké hvězdy nemají planety. Jestliže vznik planetárních systémů i zpomalení rotace hvězd vyplývá z existence slunečních mlhovin, pak bychom měli očekávat, že horké hvězdy, které rozptylují své sluneční mlhoviny a nevytvářejí planety, budou rotovat rychleji. To je přesně to, co je pozorováno! Čím žhavější hvězda, tím rychlejší rotace. Chladnější hvězdy rotují pomaleji, než bychom jinak očekávali.
Při teplotě kolem 7 000 stupňů, která je charakteristická pro tzv. hvězdy F, dochází k náhlému velkému poklesu průměrných rotačních rychlostí a je snad možné, že pod touto teplotou si všechny hvězdy zachovávají dostatek slunečních mlhovin pro vznik planet (za předpokladu, že nevyčerpaly své sluneční mlhoviny při tvorbě systémů dvojitých nebo vícenásobných sluncí).
Počet takových hvězd se pohybuje mezi jedním a deseti procenty celkového počtu hvězd, což naznačuje, že jen v naší galaxii existuje až deset miliard slunečních soustav. Z nich možná jedno procento, tedy 100 milionů, má planety podobné Zemi. Jaká je pravděpodobnost, že na těchto světech existuje život?“
Jelikož je z kosmického hlediska nejrozšířenějším prvkem vodík, musí atmosféra raných protoplanet jakéhokoli systému obsahovat velké množství vodíku a jeho sloučenin. Vodíkové sloučeniny uhlíku, dusíku a kyslíku jsou pravděpodobně nejhojnějšími sloučeninami vodíku v protoatmosféře. Jsou to v tomto pořadí metan, CH4, amoniak, NH3, a vodní pára, H20.
V roce 1953 Stanley Miller, PhD’54, tehdy postgraduální student pracující pod vedením profesora Harolda C. Ureyho, ukázal, že při smíchání vodíku, metanu, amoniaku a vodní páry a dodání energie vznikají některé základní organické sloučeniny. (Zdrojem energie v protoatmosférách je pravděpodobně ultrafialové světlo ze Slunce, kolem kterého protoplaneta obíhá.)
Těmito sloučeninami jsou téměř všechny aminokyseliny, biochemické stavební kameny, z nichž se staví bílkoviny. Existují také určité důvody domnívat se, že aminokyseliny vedou ke vzniku purinů a pyrimidinů, které jsou zase stavebními kameny nukleových kyselin. Bílkoviny a nukleové kyseliny jsou dvě základní složky života, jak ho známe na Zemi; dědičné materiály, jako jsou geny a chromozomy, se skládají snad výhradně z nukleových kyselin a bílkovin. Kromě toho enzymy, které katalyzují pomalé chemické reakce a umožňují tak vznik složitých forem života, jsou vždy bílkoviny.
Experimenty srovnatelné s Millerovými provedl S. W. Fox. Fox aplikoval teplo v rozmezí 100 až 200 stupňů Celsia na jednoduché molekuly, jaké syntetizoval Miller. Tímto jednoduchým postupem vzniklo malé množství složitých organických molekul, které jsou shodou okolností široce rozšířeny ve všech pozemských organismech. Konkrétně Fox vyrobil kyselinu ureidosukcinovou, klíčový meziprodukt při syntéze nukleových kyselin. Teplotu, kterou Fox potřebuje, lze snadno zajistit radioaktivním ohřevem zemské kůry. Existují důkazy, že takové radioaktivní zahřívání je běžnou součástí raného vývoje všech planet.
Nyní je opravdu zarážející, že molekuly vyrobené Millerem a Foxem jsou přesně ty molekuly, které jsou nezbytné pro vznik života, jak ho známe. Nevznikly téměř žádné molekuly, které by se zásadně nepodílely na vzniku moderních pozemských organismů.
Procesy popsané Millerem a Foxem by pravděpodobně probíhaly alespoň na jedné planetě každé hvězdy s mírnou teplotou. Jediné, co je zapotřebí, je způsob, jak shromáždit molekuly vzniklé těmito procesy na jednom místě, kde by mohly vzájemně působit. K tomuto účelu výborně poslouží kapalné prostředí na povrchu planety. Molekuly vzniklé v atmosféře by padaly do těchto kapalných těles a molekuly vzniklé na pevnině působením tepla by se do nich také vyplavovaly. Ačkoli by posloužila i moře kapalného čpavku nebo kyseliny fluorovodíkové, lze ukázat, že nejúčinnější při shromažďování a uchovávání biomolekul by byla moře vody.
Jedna planeta v každé soustavě, o které uvažujeme, pravděpodobně disponovala moři kapalné vody již na počátku své historie, a proto lze na takových planetách očekávat produkci bílkovin a nukleových kyselin.
Bílkoviny a nukleové kyseliny mají některé neobvyklé vlastnosti; pokud víme, takové, které se nevyskytují u žádných jiných molekul. Mohou vytvářet novou molekulu, která nejenže může z hmoty plovoucí v moři kolem ní konstruovat další identické molekuly, ale která, je-li nějakým způsobem změněna, může také konstruovat kopie své změněné struktury. Taková mutující, samoreprodukující se molekula nebo soubor molekul musí projít přírodním výběrem. Z těchto důvodů musí být identifikována jako první živá bytost na dané planetě.
Jen v této galaxii tak může existovat 100 milionů planet, na nichž prosperují organismy přinejmenším biochemicky podobné nám. Na druhou stranu díky přírodnímu výběru musí být tyto organismy dobře přizpůsobeny, každý svému prostředí. Protože i nepatrné rozdíly v prostředí nakonec způsobí extrémní rozdíly ve struktuře organismů, neměli bychom připustit, aby se mimozemské formy života podobaly něčemu známému. Existuje však důvod se domnívat, že tam někde jsou.