Průměrné Slunce s obyčejnou planetou, jenže…. Část první: Galaktická obyvatelná zóna


Známe to všichni, učebnice i různé články hovoří o Slunci jako o obyčejné, průměrné hvězdě, jakých jsou ve vesmíru miliardy, o moc lichotivěji z toho nevychází ani naše Sluneční soustava, s obyčejnou kamennou planetu. V současnosti se nám přeci daří nalézat stovky cizích planetárních systémů. Ovšem je tu několik aspektů, které nám říkají, že naše Slunce a Země, zas tak obyčejné nejsou.

Drakeova rovnice je pokus astronoma Franka Draka určit počet civilizací, které by mohly existovat v naší galaxii. V jeho rovnici bylo třeba použít tak proměnlivé hodnoty, jako je otázka, zda se v Mléčné dráze podobá našemu Slunci dvě stě nebo tři sta miliard hvězd, nebo počet procent hvězd, které mohou mít planety v obyvatelných zónách atd. Takže konkrétní čísla, které vědci vkládali do rovnice, dostávaly většinou rozměry podle toho, jaké měl který z nich představy. Jeden vědec připustil, že to byl způsob, jak natlačit velké množství nevědomosti na malou plochu.

galaxyJedním z hlavních postojů, který zastávají vědci je, že kdybyste kdekoli ve vesmíru našli místo, kde se voda udrží v tekutém stavu dostatečně dlouhý čas, pak se tam život rozvine tak, jak to bylo na Zemi. Je pravda, že k tomu, aby někde mohl být život podobný na Zemi, potřebujete vodu. Voda je univerzálním spouštěčem jakýchkoliv reakcí a stejně tak potřebujete uhlík, který slouží jako základní atom stavebních molekul života, které nesou informaci. Ale potřebujete mnohem více dalších prvků. Lidé potřebují dvacet šest hlavních prvků, bakterie asi šestnáct. Přechodné stupně života něco mezi tím. Problém je jen v tom, že ani jedno planetární těleso není zdrojem všech těchto chemických prvků v potřebné formě a množství. Existuje námitka o životě, který se zakládá radikálně na jiném způsobu – například, že základem je života je křemík namísto uhlíku. I zde narážíme na problém. Chemie je jedna z nejlépe prozkoumaných oblastí vědy. Proto víme, že nelze jen tak pospojovat nějaké atomy v postačujícím množství a složitosti, aby nám poskytly velké molekuly, jak to dokáže uhlík. To se prostě nepodaří. Ani v jiných typech tekutin nemůžete rozpustit takové množství různých typů chemikálií, jak to dokážete ve vodě. U vody a uhlíku máme asi půl tuctu různých vlastností, které jsou optimální pro život. A nic jiného se jim ani neblíží. Křemík daleko zaostává za uhlíkem. Naneštěstí lidem se zdá, že stvořit život je snadné. Myslí si, že stačí mít k dispozici tekoucí vodu a vznikne život. Na život se dívají jako na nějaký sekundární jev – jako na nějaký mech, který roste na nehybném kousku skály. Je třeba si uvědomit, že geologie a biologie spolu velmi úzce souvisí. Život si nemůžete představovat jako nezávislý na geofyzikálních a meteorologických procesech na planetě. Jsou hluboce propojeny. Čili k životu nejsou potřeba jen ty správné chemické prvky, ale také vhodné, vesmírné ‘podmínky, které umožní existenci života.

Často vědci i veřejnost uvažují o planetě podobné naší planetě Zemi. Uvažovali například o Marsu, kde by přizpůsobili prostředí tak, aby se tam mohly usídlit lidé. To je ovšem těžší než se na první pohled zdá. Museli by začít magnetickým polem, pokračovat tektonickými deskami, a musely by pokračovat až k vytvoření cyklu oxidu uhličitého – protože rozvíjející se život závisí na několika velmi komplikovaných interakcí s celou planetou. Lidé si obecně myslí, že je lehké stvořit správné prostředí pro život, protože jim stačí, že zasadí semínko a ono jim vyroste. Ale to je zavádějící. Dobrým příkladem je hermeticky uzavřená biosféra, v Arizoně. Mysleli si, že bude relativně snadné stvořit soběstačný systém, prostředí, které umožní existenci života. No uvést to všechno do pohybu bylo pro ně nepředstavitelně těžké. Jak je to možné, vždyť život přeci existuje i v opravdu extrémních podmínkách?  Například na hlubokém mořském dně jsou formy života, které umí žít v termálních průduších. Zdá se, že nepotřebují ani kyslík ani žádnou konkrétní podporu širšího prostředí. Ani to není tak úplně pravda. Jediné, co tam dole kyslík nepotřebuje, jsou některé mikroorganismy, které dýchají metan. Ale větší organismy, které potřebují regulovat svůj metabolismus, jsou bez rozdílu všechny nastaveny na dýchání kyslíku.  A kyslík se tam dostává ze života na povrchu a mořskými řasami. Proudění vody v oceánu mu pomáhá dostat se do hloubek. Takže všechny ty organismy jsou přímo provázány s povrchem a celkovým ekosystémem planety.

Je tedy zřejmé, že pouze některé typy planetárního prostředí mohou hostit život. Na druhé straně, vesmír je obsypaný bilióny hvězd s nespočtem různých nebeských těles, které kolem nich určitě obíhají. Vycházeje z matematické pravděpodobnosti, lze si snadno odvodit, že mnohé hvězdy mají planety s prostředím podobné Zemi. Takový závěr spíše hovoří proti myšlence, že Země je něčím výjimečná. Když uvažujeme o miliardách hvězd, které tvoří naši Mléčnou dráhu, nemohli bychom logicky předpokládat, že v této galaxii se nacházejí i planety, na kterých je život? I tady není odpověď možná tak jednoduchá. Vědci již delší dobu hovoří o takzvané galaktické obyvatelné zóně. To je určitá část v této galaxii, kde by mohly být obyvatelné planety. Obyvatelná planeta se totiž nemůže nacházet v galaxii jen tak leckde. Když uvažujete o vesmíru zjistíte, že je zde velké množství věcí, které život ohrožují.

V našem vesmíru jsou v zásadě tři typy galaxií. První jsou spirálovité galaxie, jako je naše vlastní Mléčná dráha. Dominuje jim centrální sférické vyboulení a disk se “spirálovitými rameny”, který se spirálovitým způsobem rozšiřuje směrem ven z jádra. Druhé jsou elipsovité galaxie, které mají zhruba tvar vajíčka. A třetí jsou nepravidelné galaxie, které se jeví jako velmi neorganizované. Náš typ galaxie má jistě nejoptimálnější obyvatelnost, protože poskytuje bezpečné zóny. Právě naše Země se nachází v takové bezpečné zóně a proto se zde mohl rozvinout život. Galaxie mají různé stupně hvězdných formací, kde se shlukují mezihvězdné plyny, formují se do hvězdných shluků a kde velké hvězdy vybuchují jako supernovy. Místa s aktivní formací hvězd jsou velmi nebezpečné, protože je zde vysoký poměr vybuchujících supernov. V naší galaxii jsou takové nebezpečná místa především ve spirálovitých ramenech, kde jsou i velmi riskantní obří molekulární mraky. My jsme naštěstí bezpečně umístěni mezi spirálovitými rameny Sagittarius a Perseus. Rovněž jsme dostatečně daleko od jádra galaxie, což je také velmi nebezpečné místo. Víme, že v centru naší galaxie je obrovská černá díra. Hubblův vesmírný teleskop objevil, že centrem téměř každé blízké galaxie je obří černá díra. A ty jsou velmi nebezpečné! Většina černých děr není aktivní. Nicméně vždy, když se něco dostane do jejich blízkosti, nebo když do nich něco spadne, je to na kusy roztrhané silnými slapovými silami. Uvolní se tam mnoho energetických částic jako jsou gama paprsky, rentgenové záření, částicová radiace a vše, co se nachází ve vnitřním obvodu galaxie je vystaveno vysokým dávkám radiace. To je velmi nebezpečné pro jakoukoli formu života. Střed galaxie je nebezpečný i proto, že tam vybuchuje více supernov. A ještě jedna věc. Složení spirálovité galaxie se mění směrem ven z centra. Množství těžkých prvků je větší směrem k centru, protože během historie galaxie tam docházelo k častějšímu formování hvězd. Proto se tam dokázaly vodík a helium rychleji přetavit do těžkých prvků, naopak ve vnějším galaktickém disku byla za celé roky formace hvězd značně pomalejší. Proto je tam výskyt těžkých prvků celkově nízký. Je tedy méně pravděpodobné, že ve vnější oblasti disku budou planety podobné naší Zemi. Teď to celé spojme dohromady – vnitřní oblast galaxie je mnohem nebezpečnější kvůli radiaci a jiným hrozbám; Vnější část galaxie nebude schopna formovat planety podobné naší kvůli nedostatku těžkých prvků. Je potřeba také zmínit, že tenký disk naší galaxie pomáhá našemu Slunci v galaxii setrvat na potřebné kruhové dráze. Velmi excentrická dráha by způsobila, že by prošlo přes spirálovité ramena a dostalo se do nebezpečných vnitřních oblastí galaxie. Avšak tím, že dráha je kruhová, zůstává v bezpečné zóně. Toto celé,spolu vytváří velmi úzkou bezpečnou zónu, kde je možná existence planet, na kterých může existovat život.

Eliptické galaxie působí neuspořádaně a mají tvar vejce. Hvězdy v ní mají velmi nahodilé dráhy, něco jako když se rojí včely. Ohrožením života v těchto galaxiích je, že hvězdy časem zavítají do každé oblasti, což znamená, že se občas dostávají do nebezpečných, velmi hustých vnitřních zón, kde může být aktivní černá díra. V každém případě najít planety podobné Zemi v elipsovitých galaxiích je méně pravděpodobné, protože většina z nich má nedostatek těžkých prvků potřebných k zformování takových planet. Eliptická galaxie je nejčastějším typem galaxie ne známém vesmíru. A Většina jich je méně hmotná a méně svítivá než je ta naše. Naše galaxie je na vrcholu jednoho či dvou procent nejhmotnějších a nejsvítivějších galaxií. Čím větší je daná galaxie, o to více těžkých prvků může mít, protože její silnější gravitace mohla přitáhnout více vodíku a helia a zapojit je do cyklu, který v nich vybudoval těžké prvky. Mezi málo hmotnými galaxiemi – ty tvoří drtivou většinu všech – můžete najít celé galaxie bez jediné planety podobné Zemi. Prostě nemají dost těžkých prvků na to, aby takovou Zemi postavili. Stejné je to u kulových hvězdokup – můžete mít kulové hvězdokupy se stovkami tisíc hvězd, a přece tam nemusí být ani jedna jediná Země. Kulové hvězdokupy patří mezi nejstarší objekty v naší galaxii. Protože jsou velmi staré, jejich hvězdy mají velmi nízký obsah těžkých prvků jako je uhlík, dusík, fosfor, vápník a tak dále. Namísto toho téměř výhradně skládají z vodíku a hélia. Ale Země je složena ze železa, kyslíku, hořčíku a křemíku. Pak je na řadě síra. Velký třesk v zásadě vyprodukoval vodík a helium. Z nich byly vytvořeny první hvězdy. Těžší prvky se syntetizovali – nebo chcete-li, upekly se uvnitř hvězd později. Když nakonec hvězdy vybuchovaly jako supernovy, vypudili se tyto prvky do mezihvězdného prostoru. Splynuly s jinými hvězdami, kde se vařily další těžké prvky. poté byly znovu vypuzeny do prostoru a takto to šlo dál a dál, až hvězdy obsahovaly stále větší množství těchto, kovů či těžších prvků. Ty jsou potřebné k vybudování planety typu naší Země. protože v kulovitých shlucích se hvězdy zformovaly už velmi dávno, jsou velmi staré a proto jsou složeny prakticky výhradně z vodíku a hélia. A nebudou mít kolem sebe planety, které by je doprovázely. Možná tam bude prach, zrnka nebo i balvany, ale to bude všechno. Planety rozměrů Země tam nenajdete.

Když se podíváte na ty nejlepší obrázky, jaké kdy Hubbleův vesmírný teleskop zachytil, viděli byste, že ukazují doslova tisíce galaxií z doby, kdy byl vesmír ještě velmi mladý. Lidé to často komentovali: “Podívejte se na všechny ty galaxie! Kolik se tak na nás asi teď dívá civilizací!”. Odpověď je jednoduchá. Z toho obrázku se na nás nedívá ani jedna. Tisíce, tisíce a tisíce galaxií – ale ani jediná “Země”, protože těžší prvky ještě žádnou nestihly zformovat. Samozřejmě, tyto galaxie nevidíme takové, jaké jsou nyní. Díváme se do minulosti, takových devět miliard let dozadu. Je možné, že některé z těchto galaxií jsou nyní v takovém stádiu, jako je i Mléčná dráha. S jistotou to nevíme.

Pravdou tedy je, že naše “obyčejná” Země má ve vesmírném hledišti VIP sedadlo.

Příště: Velmi (ne)obyčejné Slunce aneb není hvězda jako hvězda