Létezik-e élet más világokon? Ha más bolygók kémiailag képesek fenntartani az életet, ahogyan mi itt a Földön ismerjük, hogyan függ ez össze magának az életnek az eredetével?
A tudósok már régóta találgatják azt az elméletet, hogy az élet a legprimitívebb formájában a bolygók kialakulása után a kozmikus evolúció következő lépése lehet. Bár ez még mindig csak elmélet, a bolygók eredetéről szóló új elképzelések és a kémia legújabb felfedezései alátámasztják.
Ezekben a percekben például negyven millió mérföldre van a Földtől a Mars, egy olyan bolygó, amely hidegebb, mint a Föld, nincs oxigén a légkörében, és kevés víz található a felszínén. A Marsra szállított ember zihálna és meghalna – és a legtöbb más ismert élőlény is elpusztulna.
Mégis, több mint fél évszázada a csillagászok enyhe évszakos színváltozásokat figyeltek meg a bolygón; a változások nyilvánvalóan egybeesnek a víz elérhetőségével. Ezeket úgy értelmezték, mint a marsi növényi élet bizonyítékát, amely kifejezetten a marsi környezet viszontagságaihoz alkalmazkodott. Ha a jelentett színváltozások valósak, úgy tűnik, nincs más ésszerű értelmezés.
Továbbá W. M. Sinton marginális spektroszkópiai megfigyelései arra utalnak, hogy a Mars felszínén C-H kötéssel rendelkező molekulák lehetnek. A szén és a hidrogén minden földi szervezet számára alapvető elemek, és az őket összekötő kémiai kötés elengedhetetlen a fehérjék, nukleinsavak és más biológiai építőelemek szerkezetéhez. Lehetséges tehát, hogy ugyanaz a fajta, alapvető kémiai felépítésében hasonló élet kétszer is keletkezett ugyanabban a Naprendszerben? Bár egyes részleteiben spekulatív, a kozmikus evolúció általános mintája meglehetősen jól megalapozott.
A kozmikus evolúció egy hatalmas kozmikus porfelhővel kezdődik, amilyen ma is létezik a csillagok között. Egy ilyen felhő “kozmikus” elembőséggel rendelkezik, elsősorban hidrogénből és héliumból áll, és csak kis mértékben tartalmaz nehezebb elemeket. Itt-ott az anyag valamivel sűrűbb lesz, mint a közeli régiókban. A diffúzabb régiók gravitációsan vonzódnak a sűrűbb régióhoz, amely ennek következtében mérete és tömege nőni fog. Ahogy az anyag a sűrűsödő központi mag felé áramlik, a szögnyomaték megőrzése miatt az egész régió, a mag és az áramló anyag egyre gyorsabban fog forogni.
Emellett, ahogy a nagy mennyiségű anyag továbbra is ütközik a maggal, annak hőmérséklete folyamatosan emelkedni fog. Talán százmillió év múlva a felhő középpontjában a hőmérséklet körülbelül tizenötmillió fokra emelkedik. Ez a termonukleáris reakciók (mint például a hidrogén héliummá alakulása a hidrogénbombában) gyulladási hőmérséklete. Ekkor a felhő magja csillaggá válik, “bekapcsol”, és fényt és hőt sugároz a közeli űrbe. Ha a forgás elég gyors, a formálódó csillag bizonyos körülmények között kisebb részekre válik szét, kettős vagy többszörös csillagrendszert hozva létre.
Most, amikor a csillag kialakul, még mindig egy nagy porfelhő veszi körül a csillagot, és vele együtt forog. Ebben a felhőben, a napködben a csillagkeletkezéshez hasonlóan kis, sűrűbb régiók kezdik vonzani a közeli anyagot. Az ezekből a régiókból kinövő protobolygók azonban (a közeli csillag gravitációs terében) az ütközéses felmelegedés révén soha nem emelkednek a termonukleáris gyulladási hőmérsékletre, és így bolygókká válnak, nem pedig csillagokká.
Gerard P. Kuiper, a Yerkes Obszervatórium csillagászprofesszora az elmúlt években leírta, hogyan keletkeznek a bolygók ilyen módon. A formálódó protobolygókban a nehezebb elemek hajlamosak lennének a középpontba süllyedni, így az új bolygókat körülvevő légkör fő alkotóelemei a sokkal nagyobb mennyiségben előforduló hidrogén és hélium maradnának. Amikor az újonnan keletkezett csillag “bekapcsol”, a sugárzás nyomása hajlamos lesz elfújni ezt a légkört.
Ha azonban a protobolygó nagyon nagy tömegű, vagy nagyon messze van a Naptól, akkor a protobolygó gravitációs vonzása egy gázmolekulára nagyobb lehet, mint a sugárzás ereje, amely megpróbálja elfújni azt, és a protobolygó megtarthatja légkörét. Ez a légkör lehet a protolégkör maradványa, vagy származhat a bolygó belsejéből származó gáznemű kilégzésekből. Például a Föld jelenlegi légköre kilégzésekből származik; a Jupiter jelenlegi légköre pedig maradványlégkör.
Így általánosságban megérthetjük a Naprendszer bolygóinak légkörét:
- Merkúr: Nem nagy tömegű, közel van a Naphoz, elhanyagolható légkört tart fenn.
- Vénusz: Nagyobb tömegű, mint a Merkúr, távolabb van a Naptól, csak a nehézgázt, a szén-dioxidot tartja meg.
- Föld: Megtartotta a könnyebb gázokat, a nitrogént, az oxigént és a vízgőzt, de szinte az összes hidrogént és héliumot elvesztette.
- Mars:
- Jupiter, Szaturnusz, Uránusz, Neptunusz: Bár távolabb van a Naptól, kisebb tömegű, mint a Föld vagy a Vénusz, és így főleg csak a nehéz gázokat, a szén-dioxidot tartja meg.
- Jupiter, Szaturnusz, Uránusz, Neptunusz:
Naprendszerünk egyik ténye, amely sok kozmogónia halálhírét kongatta meg, az a tény, hogy bár a Naprendszer tömegének több mint 99 százaléka a Napban van, a rendszer szögnyomatékának több mint 98 százaléka a bolygókban van. Mintha a forgási tehetetlenség a Napról a bolygókra szállt volna át. H. Alfven ezt a Nap forgásának mágneses fékezésével magyarázta, amely “a Nap mágneses mezejének és az ionizált napködnek a kölcsönhatásából ered. Ennek alapján a napköd létezése, amelyből bolygórendszerek alakulnak ki, a központi csillag egyre lassabb forgását eredményezi.”
A bolygók keletkezése tehát a központi csillag hőmérsékletétől kell, hogy függjön. Ha túl hideg, akkor a protobolygók légköre nem fog elszállni, ami talán a Jupiterhez hasonló, de még nagyobb és masszívabb bolygórendszer kialakulásához vezet. Másrészt, ha a csillag túl forró, a sugárzás nyomása gyorsan szétoszlatja a napködöt, és ha valami, akkor apró, légkör nélküli bolygók, vagy apró aszteroidák millióiból álló rendszer marad. Ahhoz, hogy bolygók alakulhassanak ki, a csillag hőmérsékletének e két véglet között kell lennie.
Van egy másik ok is arra, hogy a forró csillagokban nincsenek bolygók. Ha a bolygórendszerek kialakulása és a csillagok forgásának lelassulása egyaránt a napködök létezéséből ered, akkor azt kellene várnunk, hogy azok a forró csillagok, amelyek feloszlatják a napködöket, és nem képeznek bolygókat, gyorsabban forognak. Pontosan ez az, amit megfigyeltünk! Minél forróbb a csillag, annál gyorsabb a forgása. A hűvösebb csillagok lassabban forognak, mint egyébként várható lenne.
Az úgynevezett F-csillagokra jellemző 7000 fok körüli hőmérsékleten az átlagos forgási sebességek hirtelen nagymértékben csökkennek, és talán lehetséges, hogy e hőmérséklet alatt minden csillag elegendő napködöt tart meg a bolygók kialakulásához (feltéve, hogy nem használták fel napködüket a kettős vagy többszörös naprendszerek kialakításában).
Az ilyen csillagok száma a csillagok teljes számának egy és tíz százaléka között van, ami arra utal, hogy csak a mi galaxisunkban akár tízmilliárd naprendszer is lehet. Ezek közül talán egy százaléknak, azaz 100 milliónak van olyan bolygója, mint a Föld. Mekkora a valószínűsége, hogy ezeken a világokon élet van?
Mivel a kozmikusan leggyakrabban előforduló elem a hidrogén, bármely rendszer korai protobolygóinak légköre sok hidrogént és hidrogénvegyületet kell tartalmaznia. A szén, nitrogén és oxigén hidrogénvegyületei valószínűleg a legnagyobb mennyiségben előforduló hidrogénvegyületek a protolégkörben. Ezek a metán, CH4, az ammónia, NH3, és a vízgőz, H20.
1953-ban Stanley Miller, PhD’54, aki akkoriban végzős diákként Harold C. Urey professzor mellett dolgozott, kimutatta, hogy amikor hidrogént, metánt, ammóniát és vízgőzt összekeverünk, és energiával látjuk el őket, néhány alapvető szerves vegyület keletkezik. (A protoatmoszférákban az energiaforrás valószínűleg a Nap ultraibolya fénye, amely körül a protobolygó kering.)
Ezek a vegyületek majdnem mind aminosavak, a biokémiai építőkövek, amelyekből a fehérjék felépülnek. Van némi okunk azt is feltételezni, hogy az aminosavakból purinok és pirimidinek képződnek, amelyek viszont a nukleinsavak építőkövei. A fehérjék és a nukleinsavak az általunk ismert földi élet két alapvető alkotóeleme; az örökítőanyagok, például a gének és a kromoszómák talán kizárólag nukleinsavakból és fehérjékből állnak. Ezenkívül az enzimek, amelyek lassú kémiai reakciókat katalizálnak, és ezáltal bonyolult életformákat tesznek lehetővé, mindig fehérjék.
A Milleréhez hasonló jelentőségű kísérleteket S. W. Fox végzett. Fox 100 és 200 Celsius-fok közötti hőt alkalmazott olyan egyszerű molekulákra, mint amilyeneket Miller szintetizált. Ezzel az egyszerű eljárással kis mennyiségű összetett szerves molekulákat állított elő, amelyek történetesen széles körben elterjedtek minden szárazföldi szervezetben. Fox különösen az ureidosuccinsavat állította elő, amely a nukleinsavak szintézisének egyik kulcsfontosságú köztes vegyülete. A Fox által megkövetelt hőmérséklet könnyen biztosítható a bolygó kérgének radioaktív felmelegítésével. Bizonyítékok vannak arra, hogy az ilyen radioaktív felmelegedés minden bolygó korai evolúciójának normális része.
Most tényleg feltűnő, hogy a Miller és a Fox által előállított molekulák pontosan azok a molekulák, amelyek az általunk ismert élet kialakulásához szükségesek. Szinte egyetlen olyan molekula sem keletkezett, amely alapvetően nem vesz részt a modern földi organizmusokban.
A Miller és Fox által leírt folyamatok valószínűleg minden közepes hőmérsékletű csillag legalább egy bolygóján előfordulnának. Mindössze arra van szükség, hogy az e folyamatok során keletkező molekulákat egy helyre gyűjtsük, ahol kölcsönhatásba léphetnek egymással. A bolygó felszínén lévő folyékony közeg kiválóan szolgálja ezt a célt. A légkörben keletkező molekulák beleesnének ezekbe a folyadéktestekbe, és a szárazföldön hő alkalmazásával keletkező molekulák is belemosódnának. Bár a folyékony ammóniából vagy fluorvíztartalmú savból álló tengerek is megfelelnének, kimutatható, hogy a víztengerek lennének a leghatékonyabbak a biomolekulák összegyűjtésében és megőrzésében.
Az általunk vizsgált rendszerek egy-egy bolygója valószínűleg történelme korai szakaszában rendelkezett folyékony víztengerekkel, és ezért az ilyen bolygókon fehérjék és nukleinsavak keletkezése várható.
A fehérjék és nukleinsavak most néhány szokatlan tulajdonsággal rendelkeznek; amennyire tudjuk, olyanokkal, amelyek más molekulákban nem fordulnak elő. Képesek olyan új molekulát alkotni, amely nemcsak más, azonos molekulákat képes felépíteni a körülötte lebegő anyagból, hanem amely, ha valamilyen módon megváltoztatják, a megváltozott szerkezetének másolatait is képes felépíteni. Egy ilyen mutálódó, önreprodukáló molekulának vagy molekulák gyűjteményének természetes kiválasztódáson kell átesnie. Ezen okok miatt az adott bolygó első élőlényeként kell azonosítani.”
Ezért csak ebben a galaxisban 100 millió olyan bolygó létezhet, amelyen legalább biokémiailag hozzánk hasonló élőlények virágoznak. Másrészt a természetes szelekciónak köszönhetően ezeknek az organizmusoknak jól kell alkalmazkodniuk, mindegyik a saját környezetéhez. Mivel a környezet legkisebb eltérései is szélsőséges különbségeket okoznak végül a szervezetek felépítésében, nem szabad elfogadnunk, hogy a földönkívüli életformák bármihez is hasonlítanak, ami ismerős. De van okunk azt hinni, hogy léteznek odakint.