Maailman synty

Millainen maailmankaikkeus oli ajan hetkellä 0? Se ei ollut mikään äärettömän suuri tyhjä tila, jonka keskellä ollut siemen olisi alkanut laajeta ja täyttää maailmankaikkeutta. Myös avaruus, siis tila, oli vain alkusiemenen kokoinen. Alkuräjähdyksen lähtöpiste on levinnyt kaikkialle, joten avaruuden keskipistettä ei voi yksiselitteisesti määrittää: jokaista paikkaa maailmankaikkeudessa voidaan pitää avaruuden keskipisteenä. Voimme olla galaksimme reunalla, mutta olemme silti maailmankaikkeuden keskipisteessä - tai laidalla - tarkastelijan sijainnista riippuen.

10 -35 sekunnin ikäinen maailmankaikkeus alkoi laajentua lähes äärettömän nopeasti. Saavutettuaan 10 -32 sekunnin kypsän iän se oli laajentunut alle atomin koosta muutaman sentin läpimittaiseksi palloksi. Jo tuolloin pienessä pallossa olemassa kaikki se aine, josta galaksit myöhemmin syntyivät. Atomeja ja elektroneja ei ollut vielä olemassa, koska lämpötila oli liian korkea niiden muodostumiseen. Lisäksi pallo oli täysin pimeä, koska fotoneilla ei ollut tilaa liikkua. 400 miljoonan vuoden ikäisenä maailmankaikkeuden ensimmäiset tähdet syttyivät ja avaruuteen tuli vihdoin valoa. Alkuräjähdyksessä syntyi vetyä, heliumia ja litiumia.

Ensimmäisten tähtien syntymisen aikana ei ollut olemassa kiviplaneettoja, koska maailmankaikkeudessa ei ollut vetyä raskaampia alkuaineita. Raskaat alkuaineet syntyivät vasta myöhemmin ensimmäisten polvien supernovien räjähdyksissä. Planeetat ja kaikki metallit (tähtitieteessä kaikki heliumia raskaammat aineet ovat metalleja) ovat supernovien räjähdyksessä syntynyttä jätettä. Atomit ovat kierrätystavaraa.

Kuva: Maailmankaikkeuden aikajana (NASA)

Kuva: Avaruuden taustasäteily - pienet lämpötilaerot johtivat galaksien syntymiseen.
Punainen = kuuma, sininen = kylmä. Mitä punaisempi alue, sitä enemmän energiaa. Erot ovat 0,01 Kelvinin luokkaa. (NASA)

Aurinkokunta syntyi kaasupilvestä, joka jonkun ulkopuolisen impulssin takia alkoi luhistua kasaan. Kun paine tähden keskellä nousi riittävän suureksi, alkoi vedyn fuusioituminen heliumiksi. Tähdessä tapahtuva fuusio on itseään säätelevä reaktio, joka pitää fuusionopeuden vakiona. Jos fuusio nopeutuu, niin tähden keskuksesta poispyrkivä energiamäärä kasvaa, jolloin keskuksen paine pienenee. Tämä johtaa fuusioreaktion hidastumiseen. Tasapainotilaa pienempi fuusioitumisnopeus tuottaa vähemmän tähden painovoimaa vastaan kulkevaa energiaa. Tällöin paine suurenee ja fuusioreaktion nopeus alkaa kasvaa.

Auringon fuusioreaktio on jatkunut nyt viisi miljardia vuotta ja jatkuu tasaisena vielä toiset viisi miljardia vuotta. Tämnä jälkeen tähti alkaa paisua punaiseksi jättiläiseksi ja sen uloin kerros ulottuu Maan kiertoradalle asti. Tällöin Maan taru on loppu, ellei Maata ole saatu siirrettyä pikkuhiljaa kaukaisemmalle kiertoradalle esimerkiksi ohjaamalla asteroideja tekemään lähiohituksia ja vetämään Maata kauemmaksi Auringosta. Tästä nyt ei vielä kannata huolestua, elämällä on mahdollisuus siirtyä ensin vaikka Marsiin, joka on jo valmiiksi kauempana.

Elämä syntyi Maahan nopeasti planeetan jäähtymisen jälkeen. Jos se syntyi tänne näin vaivattomasti, niin entäs muualle, maailmankaikkeudessa kun on tilaa epätodennäköisemmillekin tapahtumille. Maa sijaitsee ns. 'elämän vyöhykkeellä', joka on niin lähellä aurinkoa, että vesi pysyy sulana, mutta niin kaukana, että se ei höyrysty pois planeetalta. Maan vetovoima on riittävän suuri ilmakehän pysymiseksi planeetan ympärillä. Marsissa on ollut aikaisemmin paksu kaasukehä, mutta planeetan Maata pienempi painovoima ei ole ajan kuluessa pystynyt pitämään kaasua vetovoimakentässään, vaan kaasu on karannut avaruuteen. Planeetta voi olla Maata raskaampi, mutta mitä suurempi painovoima planeetalla on, sitä vaivalloisempaa liikkuminen on suurilla organismeilla - tuki- ja liikuntaelinten ylläpito veisi enemmän energiaa.

Maan evoluutio:

Elämä on mikä tahansa itseään toistava prosessi, joka muodostaa energiasta järjestystä

1. Elämän määrittelyn yleinen ongelma: tiedämme vain yhden esimerkin elämästä.
2. Rajataan tarkastelu kemialliseen elämänmuotoon.
3. Maan ulkopuolisen elämän löytäminen aurinkokunnastamme antaisi vastauksia moniin kysymyksiin elämästä ja elämän syntymisessä Maassa. Aurinkokunnan ulkopuolisen elämän löytäminen antaisi meille yhteyden kosmisiin pikkumiehiin, jotka ovat superälykkäitä henkiolentoja ja pystyvät liikkumaan avaruudessa valonnopeudella? No joo, kaikkea ei kannata uskoa :- )

Elämän energialähteet

1. Energialähteen tuottamalla energialla pitää voittaa entropia (luonnon pyrkimys epäjärjestyksen lisäämiseen). Jokaisella elämänmuodolla on luultavasti olemassa tarvittavan energian alaraja, jolla elämää voidaan ylläpitää.  Energian täytyy lisäksi käyttäytyä elämää tuottavan aineen kanssa siten, että tapahtuu hallittavia kemiallisia reaktioita.
2. Valo (näkyvä auringon säteily). Maassa kasvit saavat energiansa valosta (fotoneista).
3. Kemialliset yhdisteet. Yleensä muodostuvat planeetan syntymisen aikana. Tähdestä tulevaa energiaa saatettaisiin tarvita pitämään yllä yhdisteiden muodostumista tarpeeksi kauan elämän muodostumiseen. Maassa eläimet ja sienet saavat energiansa kemiallisista yhdisteistä. Kasvit luovat hiiliyhdisteitä ja happea auringonvalosta.
4. Muu kuin näkyvä elektromagneettinen säteily. Täytyy tunkeutua elämää sisältävälle alueelle. Täytyy reagoida elämänmuodon kanssa hyödyllisellä tavalla. Pitkäaaltoinen säteily on ehkä liian vähäenergistä. Lyhytaaltoinen säteily voi aiheuttaa hallitsemattomia kemiallisia reaktioita.
5. Magneettikentät. Vain valo tuottaa huomattavia määriä typpiyhdisteitä elämän käyttöön. Ei todennäköinen.
6. Atomia pienemmät partikkelit. Ei tunnettuja esimerkkejä maassa. Energiavirran täytyy olla tarpeeksi korkeaa, jotta se olisi hyödyllinen ja partikkelien täytyy reagoida elämän kanssa hyödyllisellä tavalla.
7. Lämpötilaerot. Ei tunnettuja esimerkkejä maassa. Lämpötilaerot ovat hyvin yleisiä planeetoilla. Elämänmuodot olisivat eläviä lämpökoneita.
8. Paine-erot. Ei tunnettuja esimerkkejä maassa. On vaikea kuvitella paine-erojen hyödyntämistä kemiallisiin reaktioihin.
9. Painovoimakentät.  Ei tunnettuja esimerkkejä maassa. Painovoimaerot voivat aiheuttaa liikettä, mutta tämän yhdistäminen kemiallisiin reaktioihin on vaikea kuvitella.

Elämän syntymisen prosessi

1. Edelleen ongelma Maassa. Nykyiset analyysit osoittavat, että maan ilmakehä oli vähemmän hapettava kuin Stanley Millerin kuuluisassa (?)   kokeessa. Kuumavesilähteiden alueella on saattanut olla tarpkeesi hapettavia alueita.
2. Tarvitaan suhteellisen pitkä aika (katso taulukko 1 tekstin lopussa).
3. Ympäristön muutokset voivat olla tarpeellisia tämän jakson aikana, jotta kehittyisi elämänmuotoja. Maan tapauksessa aikaisten elämänmuotojen tuottama happi muutti suuresti ilmakehän rakennetta. Tämä johti myöhemmin ihmisten kehittymiseen.
4. Tarvitaan todennäköisesti nesteseos. Aineensiirto on liian hidasta kiinteässä aineessa. Kaasuissa tiheys on liian alhainen ja nopeus liian korkea. Vesi, ammonia, metaani (ja/tai muut hiilivedyt), hiilidioksidi antavat varmasti mahdollisuuksia. Pitäisikö nestemäisiä metalleja huomioida?

Elämän mahdollisuudet aurinkokunnassamme

Merkurius -- Elämä hyvin epätodennäköistä. Ei ilmakehää eikä sopivia yhdisteitä.

Venus -- Mahdollista.. Elämä olisi hyvin erilaista kuin maassa erilaisten kemiallisten olosuhteiden takia. Venuksella on kuitenkin hyvin monimutkainen ilmakehä ja runsaasti planeetalle virtaa runsaasti energiaa auringosta. Elämän puuttuminen Venukselta voisi tukea väitettä, että DNA/RNA/proteiini biokemia on ainoa toimiva elämänmuoto.

Maa -- Elämää! Älyllistä? Sitä en tiedä... Toimii valolla. Perustuu hiileen, happeen ja veteen. DNA/RNA/proteiini biokemia.

Kuu -- Elämä ei todennäköistä. Ei hyödyllistä ilmakehää tai nesteitä.

Mars -- Elämä epätodennäköistä nyt. Aiemmin elämää on saattanut esiintyä. Fossiilien etsintä on ehkä paras käytännön syy tehdä matkoja Marsiin.
Martianin kuut -- Elämä hyvin epätodennäköistä. Katso Kuu.

Jupiter -- Mahdollisuus elämään. Olisi hyvin erilaista kuin maassa, koska kemialliset olosuhteet poikkeavat huomattavasti. Korkeintaan basistit selviävät tällaisissa olosuhteissa.

Jovianin kuut -- Elämä hyvin todennäköistä. Paljon kemiaa ja energialähteitä. Europa on erinomainen kandidaati, samoin Kallisto. Uutinen lokakuussa 1998: Nature-lehti: Uusia todisteita valtameristä Jupiterin kuissa

Kahden Jupiterin kuun jäisen kuoren alla saattaa olla nestemäisessä muodossa olevia valtameriä. Tähän viittaavat Galileo-avaruusluotaimen tekemät havainnot, joista kerrotaan eilen ilmestyneessä Nature-tiedelehdessä.

Jupiteria vuodesta 1995 kiertänyt avaruusluotain on havainnut planeetan kahden kuun Europan ja Kalliston aiheuttavan häiriöitä magneettikentissään. Los Angelesissa sijaitsevan Kalifornian yliopiston tutkijoiden mukaan ilmiö voidaan parhaiten selittää sillä, että kuissa on suolapitoisia valtameriä, joiden vesi on nestemäisessä muodossa. Kuilla ei ole omia magneettikenttiä.

-Yksi elämän syntymisen ehdoista on toteutunut näillä kiertolaisilla, sanoi puhelimessa haastateltu geofyysikko Fritz Neubauer Kölnin yliopistosta. Samaisessa Nature-lehdessä ilmestyneessä kommentaarissaan hänkin oli sitä mieltä, että nestemäinen vesi on paras selitys kyseiselle sähkömagneettiselle ilmiölle.
Galileon havainnot antavat tukea aiemmin saaduille geologisille viitteille maanalaisista vesistä Europassa. Sen sijaan Neubauerin mukaan täysi yllätys oli se, että vesiä olisi myös Kallistossa.
(STT-Reuters)

Saturnus ja sen kuut -- Elämä on epätodennäköisempää energiavirran pienentyessä. Titan-kuulla on tiheä atmosfääri ja siellä saattaa olla mahdollisuudet elämän kehittymiselle.

Uranus ja sen kuut -- Katso Saturnus.

Neptunus ja ja sen kuut -- Katso Saturnus.

Pluto ja Xena -- Elämä hyvin epätodennäköistä. Ei ilmakehää tai sopivia nesteseoksia. Energiavirta äärimmäisen pieni.

Linkit:

• Tähtitiede Wikipediassa
• Esko Valtaoja
• AVARUUS verkkojulkaisu
• Marsin maantaminen
• Liekkien loimu vai ikijää – loppukuvan hahmottelua

Kirjoja:

• Stephen Hawking - Ajan lyhyt historia
• Fred Adams - Elämää multiversumissa
• Esko Valtaoja - Kotona maailmankaikkeudessa
• Esko Valtaoja - Avoin tie
• MIssä kaikki ovat - Viisikymmentä ratkaisua Fermin paradoksiin ja maan ulkopuolisen elämän arvoitukseen
• AVARUUS - Kuvia universumin ihmeistä

Tämä artikkeli on vielä tynkä.
Panu päivittää sitä hiljalleen. Korjaus- ja täydennysehdotukset odetaan ilolla vastaan.