24 superbeboeliga planeter – jordens övermän

Vi bröstar oss över vårt flytande vatten, vår syrerika atmosfär och vårt perfekta avstånd till vår stjärna, men nu har en forskargrupp kommit fram till att jorden är långt ifrån universums bäst lämpade plats för liv.

Vi bröstar oss över vårt flytande vatten, vår syrerika atmosfär och vårt perfekta avstånd till vår stjärna, men nu har en forskargrupp kommit fram till att jorden är långt ifrån universums bäst lämpade plats för liv.

Shutterstock

En efter en tar sig astronauterna mödosamt ut ur landningsfarkosten.

Vart än de kosmiska nybyggarna vänder sig är ytan täckt av en urskog av märkliga växter i blåaktiga nyanser, som girigt slukar den lokala solens orange ljus.

Varje steg är jobbigt att ta. Det är flera månader sedan astronauterna vaknade från sin hundraåriga sömn, men deras muskler är fortfarande inte helt återuppbyggda.

Det hjälper inte att den främmande planetens avsevärt starkare gravitationsfält får till och med den lättaste av astronauterna att väga långt över 100 kilo, ett pris som de tvingas betala för att få uppleva denna främmande miljö.

© Netflix

Egendomliga djur i alla former och storlekar kryper, krälar, klättrar och svävar överallt. Närmast onaturligt stora varelser kretsar högt ovanför de lila trädkronorna.

Forskarna som valde ut mänsklighetens första interstellära expeditions destination fick rätt; det finns planeter som är ännu bättre lämpade för liv än jorden. Och den här planeten är definitivt en av dem.

Superplaneter myllrar av liv

Jorden är den enda plats i universum som vi säkert vet har liv. Bara i Amazonas finns det över tre miljoner arter. Ändå valde astrobiologerna René Heller och John Armstrong år 2013 att fråga sig själva vad livet egentligen hade föredragit om det hade fått välja fritt.

Hade jorden uppvisat en större mångfald om den bubblande biologiska grytan inte bara sjöd i Sydamerikas regnskogar, utan på precis hela planeten?

Deras tankeexperiment utmynnade i en banbrytande teoretisk artikel i vilken de vände och vred på jorden och optimerade alla relevanta parametrar.

År 2020 sammanställde professor Dirk Schulze-Makuch vid Technische Universität i Berlin det hela. Tillsammans med sin kollega René Heller och astronomen Edward F. Guinan tog han fram modeller för andra planeters utveckling och skruvade på en rad olika parametrar som stjärntyp, planetens storlek och klimatförhållanden.

Med hjälp av modellerna pekade forskargruppen ut 24 tänkbara superbeboeliga planeter, som de uppmanade fler astronomer att studera närmare.

Forskarnas vet fortfarande relativt lite om de 24 planeterna. Till och med solens närmaste grannstjärna Proxima Centauri befinner sig hela 40 208 000 000 000 kilometer bort, ungefär 268 770 gånger avståndet mellan jorden och solen. Det gör det omöjligt att observera de här planeterna direkt.

Planeternas storlek är emellertid en av de saker som forskarna faktiskt kan mäta med relativt hög precision, och gemensamt för alla de 24 planeterna är att de är större än jorden. Ju större en planet är, desto större yta och starkare gravitation har den, vilket ger livet flera fördelar.

Planeter kan vara helt annorlunda än jorden, men ändå ge bättre villkor för livets uppkomst och utveckling. Astrobiologerna René Heller och John Armstrong

För det första får livet en större yta att sprida ut sig på och kunna utvecklas på olika sätt. För det andra håller en planet med ett starkare gravitationsfält kvar mer av sin atmosfär. Lufttrycket i atmosfären är därmed väsentligt högre än på jorden, vilket ökar lyftkraften, så att större och tyngre varelser kan hålla sig upp i luften, den ökade gravitationen till trots.

Stjärnan är central

När forskarna letar efter livgivande planeter börjar de med att studera stjärnor. Den lokala stjärnan har nämligen en avgörande betydelse för livets förutsättningar.

Normalt upptäcks planeter runt främmande stjärnor genom att de ger upphov till en minskning av ljusstyrkan när de passerar framför stjärnan ur jordens synvinkel. Med en ny gravitationsbaserad teknik, radialhastighetsmetoden, kan dock även andra planeter upptäckas.

© Lasse Lund-Andersen

Stjärnan rör på sig

Med radialhastighetsmetoden tittar man på den pyttelilla roterande rörelse som en stjärna gör när en planet kretsar runt den. Denna rörelse påverkar nämligen våglängden i stjärnans ljus.

© Lasse Lund-Andersen

Stjärna på väg bort lyser rött

När stjärnan i sin lilla roterande rörelse rör sig bort från jorden sträcks ljusets våglängd ut. Den längre våglängden gör ljuset från stjärnan rödaktigt.

© Lasse Lund-Andersen

Stjärna som närmar sig lyser blått

Om stjärnan i stället rör sig mot jorden komprimeras ljusets våglängd. Den kortare våglängden gör att ljuset från stjärnan blir blåtonat.

För att en planet ska vara superbeboelig måste den befinna sig lagom långt från sin stjärna. Den behöver kretsa ungefär mitt i den så kallade beboeliga zonen, som definieras av en maximal och en minimal omloppsbana.

Vid det maximala avståndet från stjärnan blir atmosfären så kall att växthusgasen koldioxid faller i form av snö. Planeten slutar då som en isklump, fastlåst i en evig istid. Vid det minimala avståndet löper växthuseffekten amok, vilket gör att vätet – och därmed vattnet – kokar bort till världsrymden.

I båda dessa scenarier förlorar planeten sitt fria, flytande vatten, som astrobiologerna anser vara centralt för liv. I det avseendet är jorden faktiskt långt ifrån optimalt placerad, för den ligger väldigt nära den inre gränsen i förhållande till solen.

Faktum är att en omloppsbana med bara en procent mindre diameter troligen skulle ha gjort att jorden slutade som Venus, där växthuseffekten har skenat.

© Ken Ikeda Madsen

Förutom avståndet är också solen en långt ifrån optimal stjärna. Den är nämligen en dvärgstjärna av typ G och forskarna bedömer att dess livslängd är för kort för att en planet runt den ska hinna bli superbeboelig.

Från det att en stjärna av typ G föds i ett kosmiskt gasmoln tills den kollapsar och i sina dödsryckningar slukar de innersta planeterna tar det inte mer än tio miljarder år. Och under bara hälften av denna tid möjliggör stjärnan avancerat, flercelligt, landlevande liv.

Solen beräknas leva ytterligare fem miljarder år, men den ökande strålningen kommer sannolikt att göra jorden obeboelig redan om en miljard år.

Strålning steker dna

De fem–sex miljarder år som livet har haft på sig att utvecklas på jorden kan låta mycket, men i de flesta fall räcker det troligen inte, betonade de två fysikerna Robert A. Rohde och Richard A. Muller år 2005 i tidskriften Nature.

Rohde och Muller sammanställde alla tillgängliga paleontologiska data och försökte bestämma antalet djursläkten på planeten under de geologiska perioderna. Deras slutsats var tydlig.

Sedan avancerat, flercelligt liv uppstod för omkring 700 miljoner år sedan har den biologiska mångfalden växt explosionsartat och endast avbrutits av korta perioder av massutdöenden. Faktum är att den biologiska mångfalden i dag är dubbelt så hög som den var i slutet av den geologiska perioden krita för 66 miljoner år sedan, då dinosaurierna utrotades av en meteorit.

Med andra ord är ekosystemen fortfarande under utveckling och kommer troligen att fortsätta utvecklas i miljardtals år om inget oförutsett inträffar – och ju längre stjärnan lyser, desto mer kommer livet att utvecklas.

Kritiken mot solen, eller rättare sagt stjärnor av typen gul dvärg, slutar emellertid inte med den korta livslängden. Gula dvärgar avger också alltför stora mängder röntgenstrålning och kraftig ultraviolett strålning under sin ungdomstid. Båda dessa saker gör det svårt för liv att etableras, eftersom den energirika strålningen förstör komplexa molekyler, till exempel dna.

Den höga strålningen kan ha varit en delförklaring till att flercelligt liv utvecklades först när jorden var 3,7 miljarder år gammal.

Långlivad stjärna

Trots att jorden har funnits i 4,2 miljarder år håller det avancerade livet kosmiskt sett fortfarande bara på att etablera sig. Därför tror astronomerna att en superbeboelig planet på bästa Guldlocksmanér bör kretsa runt en stjärna med lång livslängd och med en bred beboelig zon.

För att hitta den optimala stjärnan sorterar Dirk Schulze-Makuch och hans kollegor även bort dvärgstjärnor som är något större än solen, stjärnor av typerna B, A och F. Även de mindre M-dvärgstjärnorna, så kallade röda dvärgar, sorteras bort.

I dessa fall befinner sig nämligen den beboeliga zonen så nära stjärnan att en planet i omloppsbana utsätts för betydligt fler laddade partiklar från den så kallade solvinden än vi gör på jorden, vilket på sikt riskerar att skada eller helt förstöra atmosfären.

Kvar finns då stjärnor av typen K, så kallade orange dvärgar, som har en massa på 0,5–0,8 gånger solens. Liksom i sagan om Guldlock är de orange dvärgarna precis lagom. De är nämligen stabila, avger bara få problematiska energiurladdningar och har en lång livslängd, upp till 45 miljarder år.

Alfa Centauri, en av solens närmaste grannstjärnor, är en orange dvärg. Faktum är att denna stjärntyp är tre gånger vanligare i vår del av Vintergatan än gula dvärgstjärnor som solen.

Jorden utmanas av 24 kandidater

Kravet på stjärnan var bara det första som forskarna ställde upp utifrån sina modeller. Nästa steg var att leta igenom de över 4 600 planeter runt främmande stjärnor som har upptäckts under de senaste 30 åren.

Vissa av planeterna har fått sin ungefärliga massa, sin storlek, sin sammansättning och sitt avstånd till den lokala stjärnan uppmätt. I andra fall är den mest detaljerade information man fått fram att de ”förmodligen existerar”.

Utifrån den informationen valdes 24 planeter ut för närmare granskning. Forskargruppens huvudkriterium var att planeterna skulle ligga i den beboeliga zonen runt en orange dvärgstjärna.

© Shutterstock

Tre planeter är särskilt intressanta

Tre av de 24 planeterna som Schulze-Makuch och hans två kollegor har valt ut är nära att kunna uppfylla samtliga kriterier för en superbeboelig planet.

Därefter tittade de på planeternas storlek. Enligt Schulze-Makuch är en superbeboelig planet cirka tio procent större än jorden. Det gör planeten cirka 50 procent tyngre, vilket ger den 25 procent starkare gravitation.

Temperaturen är en annan viktig faktor, som har mätts upp på en hel del planeter. Här valde forskargruppen ut planeter som har fem grader högre genomsnittstemperatur än jorden, så att livet kan utvecklas på hela planeten.

För att livet ska få de mest optimala förutsättningarna behöver atmosfären innehålla 30 procent syre, inte 21 procent som på jorden i dag. Dessutom ska fördelningen av land och hav vara sådan att planeten har gott om grunda kustzoner där den biologiska mångfalden kan bli hög och endast ett fåtal öknar.

Med nuvarande teknik kan dock astronomerna inte säga någonting om vare sig superplaneternas atmosfär eller yta.

Bristen på data gjorde det emellertid möjligt för forskarna att teoretisera vidare och identifiera ytterligare aspekter av en planet som skulle göra den superbeboelig, till exempel ett starkt magnetfält.

Plattektonik är avgörande för en hög grad av beboelighet. Schulze-Makuch, Heller och Guinan, Astrobiology, 2020

Jordens magnetfält skapas av den järnhaltiga kärnan, som uppstod för att vår planet under sin födelse var tillräckligt varm och flytande för att grundämnena skulle delas upp i en järnrik kärna och en silikatrik mantel och skorpa. En superbeboelig planet behöver vara född under liknande förhållanden.

Uppdelningen i olika lager bidrar till den kanske viktigaste parametern för en superbeboelig planet: plattektonik. Innan en planet kan bli levande behöver skorpan kännetecknas av en cykel av nybildning och förstörelse.

Jorden är unik

På jorden uppstår plattektoniken till följd av långsamma rörelser i den trögflytande manteln mellan skorpan och kärnan, som drar i och knuffar skorpans plattor i tektoniska rörelser. Det är så de största havsdjupen, de högsta bergen och allt där emellan uppstår.

Plattektoniken ger upphov till tusentals unika livsmiljöer med skillnader i bland annat temperatur, fuktighet och jordmån, så att livet kan utvecklas på många olika sätt.

Plattektoniken är också motorn i den så kallade kolcykeln, där kolhaltiga mineraler förs ner i manteln för att sedan, genom vulkanisk aktivitet, komma upp till ytan igen. Denna cykel balanserar atmosfärens innehåll av koldioxid och därmed klimatet under loppet av miljontals år. Utan denna inbyggda termostat kan en planet inte vara superbeboelig.

En lång rad rymdteleskop står beredda att studera de 24 potentiellt superbeboeliga planeterna. På 2030-talet ska det till och med bli möjligt att observera jordliknande exoplaneter direkt och zooma in på deras yta.

© Shutterstock

Jätte letar efter vatten

Rymdteleskopet James Webb, som ska sändas upp år 2021, har en 6,5 meter bred spegel som kan registrera värmestrålning från planeter. Analyser av ljus som passerar planeternas atmosfär kan visa om det finns vatten på dem.

©

Lilleputtar letar efter en ny jord

Plato, som ska sändas upp år 2026, kommer att bestå av 34 små teleskop, som kan undersöka en stor del av himlavalvet. Målet är att hitta över 1 000 planeter, som är antingen lika stora som eller något större än jorden och som därmed är väl lämpade för liv.

©

Jättespegel ska hitta livets kemi

Med en spegel på hela 15 meter blir rymdteleskopet Luvoirs upplösning 24 gånger bättre än Hubbles. Luvoir ska kunna direktobservera planeter upp till 160 ljusår bort och leta efter kemiska tecken på liv. Teleskopet ska sändas upp någon gång under 2030-talet.

Trots att de 24 utvalda planeterna på papperet är ännu bättre lämpade för liv än jorden kan de mycket väl visa sig vara döda. Det beror främst på att biologerna ännu inte vet exakt under vilka förutsättningar liv uppstår.

Planeterna är med andra ord superbeboeliga endast i så måtto att om det verkligen finns liv där så skulle det frodas. Det är alltså inte så att liv har utvecklats där med ännu större säkerhet än på jorden.

De 24 planeterna är också bara forskarnas första, preliminära kandidater. Under de kommande åren räknar astronomerna med att data om både kända och nya exoplaneter kommer att välla in från mängder av nya teleskop.

Det kommer inte bara att göra listan över superbeboeliga planeter längre, utan också mer detaljerad. Forskarna betonar dock en sak: De superbeboeliga planeterna kan visserligen vara bättre lämpade för liv, men aldrig för det liv som vi känner till. Då finns det ingen bättre planet än vår egen jord.