Julen är en tid av mirakel
Du kan läsa detta tack vare en myriad av osannolikheter – några kallar dem för mirakel. I jul återpublicerar vi historierna om några av dem som forskare fortfarande arbetar med att förstå: Jorden skapades på grund av en rad lyckoträffar, därefter fick en perfekt kombination av byggmaterial livet på jorden att blomstra och sedan vann du livets tävling när en äggcell befruktades, delades och slutligen formade din kropp.
Högt ovanför planetens nattsida flyger en sond ljudlöst med sina sensorer riktade mot det mörka landskapet tusen kilometer ner.
Sonden samlar in information om atmosfärens sammansättning, spanar efter eventuella ljuskällor på ytan och lyssnar efter radiobrus i etern, allt för att besvara frågan: Finns det liv där nere?
Svaret är ett rungande ja, för planeten över vilken sonden flyger den 8 december 1990 är ingen annan än vår egen jord. Sonden som letar efter jordiskt liv heter Galileo, och den här delen av expeditionen är faktiskt inte så galen som den kan låta.
1. Lyckträff: Supernova värmde planeten
5.000 MILJONER ÅR SEDAN: Solen, jorden och de övriga planeterna bildades av ett moln av materia. Om inte en närliggande stjärna hade råkat explodera som en supernova vid denna tidpunkt hade jorden slutat som en isklump
Det visar ny forskning. Supernovan gav ifrån sig radioaktiva ämnen, bland annat aluminium 26A1, som blev en del av den nya planeten. Energin från det radioaktiva sönderfallet, som fick överskjutande vatten att förångas, håller jordens inre varmt än i dag.
SANNOLIKHET: 10 %
Utan en supernova får planeter en sammansättning som troligen gör dem obeboeliga.
Med hjälp av Galileos observationer kan nämligen astronomen Carl Sagan och hans kollegor dra slutsatsen att en beboelig planet ger ifrån sig spår som det är tekniskt möjligt att registrera från långt håll.
Fem år senare, 1995, hittar astronomerna den första exoplaneten som kretsar runt en stjärna som liknar solen. Plötsligt blir Galileos expedition högst relevant.
Planeten, 51 Pegasi b, är visserligen en glödhet Jupiter-liknande jätte i kort omloppsbana runt sin stjärna – nästan garanterat livlös och obeboelig – men upptäckten blir startskottet för en ny rymdkapplöpning, jakten på beboeliga planeter i andra solsystem och därmed svaret på en av vetenskapens största frågor: Har livet hittat andra oaser i universum eller är jorden en osannolik lyckträff?
2. Lyckträff: Saturnus hindrade Jupiters härjningar
1. Jupiter rör sig inåt
Jupiter rör sig inåt i det unga solsystemet, där stora stenplaneter kretsar nära solen. Så ser många exoplanetsystem fortfarande ut.
2. Planeter kolliderar
Jupiter får de övriga planeterna att kollidera och tvingar dem mot solen, tills Saturnus gravitation hindrar Jupiters färd inåt i solsystemet.
3. Jupiter gör plats
När Jupiter dragits utåt finns det plats för jorden och andra nya planeter att kunna bildas av småplaneter. Det är inte många andra planetsystem som ser ut så.
Forskarna letar efter ännu en jord
År 2019 uppgår antalet bekräftade planeter utanför vårt solsystem till 4 071. De är fördelade på 3 043 stjärnsystem, av vilka 659 har fler än en planet. Men de allra flesta exoplaneter kan redan vid första ögonkastet avfärdas som kandidater till att vara jordliknande.
Några av de planeter som forskarna snabbt avfärdar är gasjättarna (men även de flesta stenplaneter) som antingen kretsar för nära eller för långt bort från sin stjärna, avviker för mycket i storlek från jorden eller har fel typ av stjärna.
Listan över toppkandidaterna uppdateras efter hand som nya exoplaneter upptäcks och astronomerna lär sig mer om dem som de redan känner till.
3. Lyckträff: Jorden hamnade i guldlockzonen
1. Gamla Guldlockzonen
Yttre gräns: En tjock atmosfär av växthusgaser håller uppe temperaturen så att vattnet inte fryser.
Inre gräns: En svag växthuseffekt och moln håller nere temperaturen så att vattnet inte kokar bort.
2. Nya Guldlockzonen
Yttre gräns: Växthuseffekten startar inte eftersom koldioxiden tidigt fryser ut ur atmosfären.
Inre gräns: UV-strålning bryter ner vattenånga till syre och väte så att allt vatten försvinner ut i rymden.
År 2019 är exoplaneten K04878.01 den som kommer närmast att matcha jorden. Den har 0,98 i ESI-värde (Earth Similarity Index), där jorden har värdet 1. K04878.01, som är nästan lika stor som jorden, befinner sig i en bana som ger den endast tre procent större instrålning från sin stjärna. Dess stjärna påminner dessutom till stor del om vår sol.
Andra studier, där astronomer tagit med faktorer som inte ingår i ESI-värdet, tyder dock på att K04878.01:s atmosfär har tio gånger högre lufttryck än vad jorden har, vilket gör det osannolikt att liv kan uppstå där.
En annan toppkandidat, TRAPPIST-1e, har knappt någon atmosfär alls. Trots att de båda planeterna på många sätt liknar jorden måste de ha utvecklats på ett annat sätt än vår planet.
4. Lyckträff: Kollision gjorde jorden lagom stor
4.520 MILJONER ÅR SEDAN: Jorden var till en början mindre än i dag, men några miljoner år efter det att jorden bildats kolliderade den med en mindre planet, Theia, som var lika stor som Mars.
Vid kollisionen sjönk Theias järnkärna in i jorden, medan lättare material slungades ut i rymden och bildade månen. Därför har jorden en ovanligt stor kärna i förhållande till sin storlek, vilket bidrar till att ge planeten ett magnetfält som skyddar dess liv mot strålning.
Planeter med så stor kärna är normalt större än jorden och därmed sannolikt obeboeliga. Det beror på att en planet troligen övergår från stenplanet till gasplanet när den är dubbelt så stor som jorden.
Planeten skulle antingen vara täckt av en tjock atmosfär av väte och helium med ett tryck upp emot flera tusen gånger det vi har på jorden. Om planeten i stället befann sig närmare stjärnan skulle atmosfären förångas och efterlämna ett glödhett klot.
SANNOLIKHET: 0,5 %
Jordens kärna är sannolikt ovanligt stor i förhållande till planetens storlek.
Om liv ska få tid att uppstå och utvecklas är det också viktigt att både planetens bana och stjärnans utstrålning är konstanta under miljardtals år.
Källan till om en planet är beboelig står dock inte enbart att finna i yttre förhållanden, utan även i planetens inre. Aktiviteter i marken har varit avgörande för livet på jorden, och samma sak gäller troligen för andra planeter.
Rörelser i mark stabiliserar förhållandena på planetens yta genom att påverka atmosfärens innehåll av växthusgaser.
Kolcykeln tillför exempelvis koldioxid till atmosfären vid vulkanutbrott, medan gamla jordskorpor återigen transporterar ner kolet i planetens inre.
5. Lyckträff: Månen stabiliserar våra årstider
Med månen: Bred stabil zon
Så länge jorden har månen som satellit kan planeten upprätthålla en stabil orientering i rymden och därmed fasta årstider om rotationsaxeln lutar mellan noll och 60 grader.
Utan månen: Smal stabil zon
Om jorden hade förlorat månen skulle den stabila zonen krympa. Jorden skulle då bara kunna upprätthålla en stabil orientering om rotations-axelns lutning höll sig mellan 85 och 90 grader.
År 2015 simulerade en japansk forskargrupp ledd av geologen Takehiro Miyagoshi insidan av stenplaneter som är större än jorden. Den visade att skorpan blir för tjock och trycket i planetens inre för högt för att plattektoniken ska fungera.
Andra analyser har visat att det är svårt att få i gång platttektonik till och med på stenplaneter med rätt storlek, temperatur och sammansättning. Forskarna känner faktiskt inte till hur dessa processer startade på jorden.
I dag kan astronomerna bara observera exoplaneternas diameter och avstånd till stjärnan, men nya teleskop kommer att ge en betydligt mer detaljerad bild av dem.
Det gäller inte minst Extremely Large Telescope (ELT), som blir störst i världen när det år 2025 för första gången riktas mot universum.
6. Lyckträff: Aktiv geologi planetens termostat
För varm
När jorden blir varmare faller mer nederbörd. Regnvattnet löser upp koldioxid och skickar ned den i marken. Mindre mängd koldioxid i atmosfären gör att temperaturen faller.
För kall
När jorden blir kallare faller mindre nederbörd. Det innebär att det inte löses upp lika mycket koldioxid i regnvattnet, vilket leder till att mängden koldioxid i atmosfären ökar. Det får jordens temperatur att öka.
Teleskop ska hitta spår av syre
ELT, som blir en del av Europeiska sydobservatoriet i Atacamaöknen i Chile, kommer att ha en diameter på 39 meter – att jämföra med diametern på de största jordbaserade teleskopen i dag som är cirka tio meter.
ELT kommer att ge 16 gånger skarpare bilder än Hubbleteleskopet.
7. Lyckträff: Fritt syre banade väg för avancerat liv
850 MILJONER ÅR SEDAN: Syre är en förutsättning för allt avancerat djurliv på jorden. I jordens ungdom var allt syre bundet i kemiska föreningar, men det förändrades när förfäder till vår tids cyanobakterier uppfann fotosyntesen.
Ny forskning tyder på att det skedde för 3 400 miljoner år sedan. De första årmiljarderna absorberades och bands syret av exempelvis järn, men för cirka 850 miljoner år sedan började andelen syre öka i havets övre delar och i atmosfären, vilket banade väg för flercelligt liv.
SANNOLIKHET: 5 %
Fritt syre förutsätter flera saker. Vi har ännu inte hittat några exoplaneter med fritt syre.
En av teleskopets centrala uppgifter blir att räkna ut hur många jordliknande system i olika grad av utveckling det finns i solsystemets galaktiska närområde.
Det gör man bland annat genom att analysera protoplanetära skivor kring nyfödda stjärnor, där astronomerna är särskilt intresserade av fördelningen av grundämnen, molekyler och massa.
Denna information kan fylla i luckor i historien om jordens födelse och visa om vårt solsystems barndom var normal eller ovanlig. ELT kan även bidra med data om exoplaneters massa.
8. Lyckträff: Jupiter avvärjer meteoritnedslag
750 MILJONER ÅR SEDAN: I jordens ungdom var meteoriter något positivt, för de bidrog till att forma den planet vi har i dag.
De ökade exempelvis jordens massa och gav den en hel del vatten. Kanske förde de rentav med sig centrala byggstenar till livets uppkomst. I dag är dock meteoriter ett stort problem för jorden.
Ända sedan högre stående liv uppstod för cirka 750 miljoner år sedan har det hotats av stora meteoritnedslag liknande det som utplånade dinosaurierna för 66 miljoner år sedan. Lyckligtvis har jorden ett kosmiskt skydd: Jupiter.
Simuleringar har visat att betydligt fler stora objekt skulle ha träffat solsystemets inre planeter om inte gasjätten hade fungerat som en dammsugare och dragit till sig stenblock och isklumpar med sin gravitation.
SANNOLIKHET: 50 %
Många solsystem har en gasjätte, men ofta befinner den sig för nära stjärnan för att ge skydd åt andra planeter.
Eftersom astronomerna redan känner till planeternas diameter från rymdteleskopen kan de räkna ut deras densitet och sedan göra en kvalificerad gissning om deras kemiska sammansättning.
Med dessa kunskaper kan forskarna kanske avslöja om det finns en chans att planeten har ett skyddande magnetfält och aktiv geologi med plattektonik som den på jorden.
Därutöver hoppas astronomerna att ELT ska visa sig vara så kraftfullt att teleskopet kan analysera atmosfärerna på många av de kända jordliknande planeterna, inte minst toppkandidaterna K04878.01 och TRAPPIST-1e.
9. Lyckträff: Magnetfältet räddades i sista stund
Uppvärmning
Jorden har en fast inre kärna och en flytande yttre kärna. Den inre kärnan värmer upp den svalare yttre kärnan.
Rörelse
Värmen sätter kärnan i rörelse. Strömningarna böjs av jordens rotation och bildar parallella spiraler.
Magnetism
Spiralerna skapar jordens magnetfält som i en dynamo, där mekanisk rotation omvandlas till elektricitet.
Allra helst vill forskarna hitta fritt syre. Denna gas reagerar mycket lätt med andra föreningar, så den blir bara kvar i atmosfären på en stenplanet om det fortlöpande produceras syre.
Det sker troligen bara vid komplexa biokemiska processer som jordens fotosyntes, som är grunden till allt djurliv.
ELT och andra nya instrument kommer inom loppet av de närmaste tio åren att föra oss närmare svaret på frågan: Har livet utvecklats någon annanstans eller är jorden helt enkelt universums mest lyckosamma planet?
0,0000000000078125 %* …
… så låg sannolikhet var det att jorden skulle utvecklas för att kunna hysa liv. Statistiskt sett finns det bara en planet som vår på 25 biljarder planeter. Jorden är ett resultat av nio osannolika lyckträffar.
*Metod: Talet är beräknat genom att multiplicera sannolikheterna för de nio lyckträffarna som beskrivs i artikeln. Varje sannolikhet är baserad på en kvalificerad gissning.