Všichni si pamatujeme pohádku z dětského pokoje „Zlatovláska a tři medvědi“. S potěšením vyprávíme svým dětem a vnoučatům o tom, že kaše tatínka medvěda byla příliš horká, kaše maminky medvědice příliš studená, ale kaše medvídka byla tak akorát. Není tedy divu, že když vědci začali přemýšlet o tom, že oceány na Zemi musely zůstat tekuté po miliardy let, aby na ní mohl přežít život – teplota na planetě nemusela být ani příliš horká, ani příliš studená, ale tak akorát – pokřtili ji jako první „Zlatovláskou“.

Podívejte se na to takto: Stejně jako všechny hvězdy tohoto typu i naše Slunce během 4,5 miliardy let od svého vzniku postupně zjasňovalo. Když se na Zemi před asi 4 miliardami let poprvé vytvořily oceány, bylo Slunce asi o 30 % slabší než nyní, takže planeta musela zadržet mnohem více přicházející sluneční energie, aby její oceány nezamrzly. Jak šel čas a Slunce na Zemi přivádělo více energie, měnilo se i složení atmosféry planety, která ovlivňovala teplotu prostřednictvím skleníkového efektu. Přesto se zdá, že oceány zůstávaly po celou historii Země jen několik stupňů nad bodem mrazu. Ani příliš chladno, ani příliš horko.

Podíváme-li se jen na jeden příklad změny atmosféry, víme, že před 3,5 miliardami let byly pozemské oceány domovem prosperujících kolonií sinic – podobně jako to, čemu říkáme zelený rybniční povlak. V té době nebyl v atmosféře prakticky žádný volný kyslík, ale bakterie vylučovaly kyslík jako odpadní produkt fotosyntézy (stejně jako rostliny dodnes). Zpočátku byl tento kyslík odstraňován chemickými reakcemi, například rezavěním železa v povrchových horninách, ale zhruba před 2,5 miliardami let se jeho množství začalo zvyšovat v procesu, který někteří vědci nazývají Velká oxidační událost. Pravděpodobně tehdy vymřelo mnoho původních obyvatel planety, kteří nesnesli kyslík, a utopili se ve vlastních zplodinách. Jiní se však přizpůsobili a dokázali kyslík využít k pohonu dýchacího cyklu, který dnes udržuje při životě vás i všechny ostatní živočichy na planetě.

V roce 1978 publikoval astrofyzik Michael Hart, tehdy působící na Trinity University v Texasu, počítačový model, který popisoval historii zemské atmosféry. V tomto modelu bylo slabé teplo raného Slunce podpořeno skleníkovým efektem vyvolaným amoniakem a metanem v atmosféře (oba tyto plyny, stejně jako známější oxid uhličitý, CO2, patří mezi skleníkové plyny). Jakmile Slunce zesílilo, kyslík produkovaný živými organismy tyto sloučeniny zničil, čímž se skleníkový efekt snížil a kompenzoval tak zvýšené sluneční záření. Nakonec vznikla naše současná atmosféra se skleníkovým efektem způsobeným oxidem uhličitým a vodní párou. Země se v podstatě pohybovala na ostří nože mezi tím, že se na jedné straně stala skleníkem a na druhé straně zamrzla.

Nejdůležitější část Hartova výpočtu z našeho pohledu však vyplynula z toho, co by se stalo, kdyby se Země nacházela v jiné vzdálenosti od Slunce, než kde se ve skutečnosti nachází. Podle jeho modelu, kdyby se Země nacházela o jedno procento dále od Slunce nebo o pět procent blíže k němu, ztratila by se křehká rovnováha, která umožňovala oceánům zůstat v kapalném stavu. Úvahy o vývoji atmosféry naší planety tak vedly k myšlence, že kolem hvězdy existuje pásmo, v němž mohou povrchové oceány zůstat tekuté po miliardy let. Toto pásmo se nazývá cirkumstelární obyvatelná zóna (CHZ) a stalo se jednou z hlavních myšlenek, které vedou vědce k úvahám o životě na exoplanetách.

Oběžné zóny a obyvatelnost hvězd

První věc, kterou můžeme říci o CHZ, je, že každá hvězda bude mít jednu. Vždy bude existovat pásmo kolem hvězdy, jinými slovy, kde by energetická bilance mohla udržet teplotu povrchu planety mezi bodem tuhnutí a varu vody. U malých, slabých hvězd je toto pásmo úzké a těsné. Mnoho známých exoplanet v CHZ své hvězdy je například blíže k této hvězdě než Merkur ke Slunci. Podobně CHZ velkých, jasných hvězd je širší a leží dále. Jak bylo uvedeno výše, energetický výkon hvězdy se s časem zvyšuje, takže obyvatelná zóna se ve skutečnosti posouvá směrem ven, jak hvězda stárne. Důležité však je, že vzhledem k tomu, že každá hvězda má někde CHZ, očekáváme, že jen náhodou v těchto zónách vznikly nějaké planety.

Když jsme to však uvedli, musíme dodat, že v posledním desetiletí nebo dvou si vědci uvědomili, že CHZ je třeba posuzovat mnohem pečlivěji, než umožňuje prostý výpočet teplotní bilance. Jak upozorňuje astrofyzička Sara Seagerová z MIT, planeta v obyvatelné zóně nemá žádnou záruku, že je skutečně obyvatelná. Ve skutečnosti existuje mnoho faktorů, které mohou ovlivnit možnost života na světech v CHZ.

S postupujícím výzkumem exoplanet se nalezení planety zemského typu v CHZ stalo v astronomické komunitě jakýmsi svatým grálem. Dnes jsme si však uvědomili, že na obyvatelnosti planety se podílí více než jen poloha její dráhy. Vědci například zkoumali světy, které se nenacházely v CHZ svých hvězd, neměly na povrchu oceány kapalné vody, a přesto byly možným domovem života a dokonce i vyspělých civilizací. Podobné úvahy vedly vědce k mnohem širšímu pohledu na podmínky nutné pro vznik života.

Typ příslušné hvězdy

Typ hvězdy, kolem které planeta obíhá, může mít důležité důsledky pro vývoj života, a to i pro planety v CHZ. Například malé, slabé hvězdy, které se nazývají červení trpaslíci a tvoří největší část hvězd v Mléčné dráze, často procházejí obdobími extrémní aktivity. Hvězdné erupce a výrony obrovského množství nabitých částic by život na povrchu jakékoli planety velmi ztížily, ať už by se planeta nacházela v CHZ, nebo ne. V takových systémech by pravděpodobně život musel zůstat na dně oceánu nebo v podzemí, aby přežil. V takových situacích se CHZ jednoduše stává irelevantní.

Vědci začínají opouštět myšlenku, že život se musí vyvinout a udržet na povrchu planet. Mnoho současných argumentů například dochází k závěru, že veškeré živé organismy na Marsu se budou nacházet pod povrchem. Kromě toho, pokud život existuje v podpovrchových oceánech ve vnější sluneční soustavě, například v oceánech Europy a Enceladu, bude se podle definice nacházet pod povrchem. Dokonce i na Zemi se zdá, že pod povrchem planety může být větší množství biomasy než na něm. Intenzivní radiační prostředí spojené s malými hvězdami tedy nemusí bránit rozvoji života, i když by tento život pravděpodobně nebylo možné přímo detekovat naší současnou technologií.

Masivnější hvězdy naopak poskytují příznivější radiační prostředí, ale mohou mít relativně krátkou dobu života. V některých případech mohou žít pouhých 30 milionů let. Je nepravděpodobné, že by se za tak krátkou dobu mohlo na planetě vyvinout něco jiného než jednoduchý mikrobiální život. Navíc takové hvězdy končí svůj život mohutnou explozí zvanou supernova, která by jistě zničila všechny blízké planety. I kdyby se tedy v CHZ takové hvězdy podařilo vyvinout život, všechny stopy po něm by byly po zániku hvězdy zničeny.

Vzhledem k těmto omezením se pozornost lovců exoplanet soustředila na planety v CHZ středně velkých hvězd, jako je Slunce.

Vývoj atmosféry

Druhý zdroj složitosti v diskusi o obyvatelnosti vzniká proto, že atmosféry planet nejsou stabilní, neměnné systémy, ale vyvíjejí se v čase. Velká oxidační událost na Zemi je jen jedním z příkladů tohoto druhu procesu.

U malých planet, jako je Mars, hraje velkou roli gravitační únik atmosféry. Takto to funguje: Molekuly, které tvoří atmosféru planety, jsou neustále v pohybu, a čím vyšší je teplota, tím rychleji se pohybují. Bez ohledu na teplotu však vždy budou existovat molekuly, které se pohybují rychleji než průměr, a molekuly, které se pohybují pomaleji. Pokud rychleji se pohybující molekuly získají dostatečnou rychlost a náhodou se pohybují ve směru kolmém k povrchu planety, mohou překonat gravitační sílu planety a uniknout do vesmíru.

Čím větší je planeta, tím silnější je její gravitační síla a tím snadněji se atmosféra udrží. Například na Zemi by se molekula musela pohybovat rychlostí asi 7 mil za sekundu (11 km/s), aby unikla. Je důležité si uvědomit, že je těžší vyburcovat těžké molekuly k vysoké rychlosti než lehké. To znamená, že lehčí molekuly mají větší pravděpodobnost, že budou ztraceny gravitačním únikem, než molekuly těžké. Například Země ztratila velké množství svého původního vodíku a helia – nejlehčích členů své atmosféry – zatímco Mars ztratil ještě těžší plyny, jako je kyslík a dusík.

Související mechanismus ztráty zvaný fotodisociace je zvláště důležitý pro molekuly vody. Pokud se na povrchu planety nachází voda, bude se v atmosféře vyskytovat i vodní pára. Ultrafialové záření hvězdy planety rozbije molekuly vody, které se ocitnou ve vyšších vrstvách atmosféry. Vzniklý vodík, který je lehký, se ztratí gravitačním únikem a kyslík se spojí s atomy na povrchu a vytvoří různé oxidované minerály. Domníváme se například, že takto Mars ztratil oceán, který měl na počátku své historie, a že červená barva planety je důsledkem oxidace (rezavění) železa v povrchových horninách.

Další důležitý druh změn se týká oxidu uhličitého, důležitého skleníkového plynu (spolu s vodní párou) v zemské atmosféře. Pokaždé, když na Zemi vybuchne sopka, uvolní se z hlubin zemského pláště oxid uhličitý a je pumpován do atmosféry. Ve složitém procesu známém jako hluboký uhlíkový cyklus se oxid uhličitý dostává do oceánu a začleňuje se do materiálů, jako je vápenec, načež může být mimo jiné odveden zpět do nitra Země. Obecné geologické procesy na planetě tak mohou ovlivnit množství oxidu uhličitého v její atmosféře, a to zase ovlivní její teplotu. Domníváme se, že veškeré povrchové oceány, které na Venuši existovaly na počátku její historie, se vypařily kvůli vysoké teplotě planety, která je důsledkem její blízkosti ke Slunci. Venuše tak neměla možnost odstraňovat oxid uhličitý ze své atmosféry, a protože chyběl hluboký uhlíkový cyklus, planeta trpěla hromaděním tohoto plynu, což je známé jako úprk před skleníkovým efektem.

Tyto příklady ukazují, že změny v atmosféře exoplanety – musíme zdůraznit, že změny, které nemůžeme pozorovat současnými teleskopickými přístroji – mohou mít zásadní vliv na její obyvatelnost. Uvedeme jen jeden příklad: planeta, která by se nacházela v CHZ své hvězdy, ale náhodou by měla velmi málo vody, by mohla utrpět únik skleníkového efektu a skončit jako Venuše. Z dálky by bylo velmi těžké zjistit, zda se tak stalo, nebo ne.

Inteligence and Technology

Skutečnost, že máme docela dobrou představu o tom, jak a kdy se vyvinul život na jednom zlatém světě (Zemi), nás zbavuje některých dohadů v diskusích o vývoji života na planetách tohoto typu. Ačkoli chemie mimozemského života nemusí být založena na stejném systému, který funguje v životě na Zemi, není příliš velkým skokem předpokládat, že formy života na jiných Zlatovlasých světech budou podobně závislé na komplexní informaci obsažené ve velkých molekulách na bázi uhlíku. Uhlík může tvořit pevné, stabilní řetězce a kruhy atomů, které jsou ideální pro použití jako biomolekuly nesoucí informaci.

Kromě toho nemusíme předpokládat standardní vědeckofantastickou galaxii obydlenou dvounohými hominidy, kteří mluví anglicky, abychom pochopili, jak by mohl přírodní výběr fungovat na jiných Zlatovlasých světech. Můžeme se podívat na vývoj inteligence a technologie na Zemi a vyvodit možné analogie s podobnými Zlatovlasými planetami v galaxii.

Klíčový bod o přírodním výběru, kterému musíme věnovat pozornost, je tento: není to proces, který vybírá na hezkost nebo morální hodnotu. Na to poukazuje starý vtip:

Dva turisté v horách potkají zjevně hladového

medvěda grizzlyho. Jeden z turistů začne shazovat batoh.

Druhý se zeptá: „Co to děláš? Nemůžeš běžet rychleji

než ten medvěd.“

„Nemusím běžet rychleji než medvěd – musím jen běžet

rychleji než ty.“

Je úplně jedno, jestli je pomalejší běžec hodný člověk, který pomáhá starým paním přes ulici. Přírodnímu výběru je to jedno. Záleží jen na tom, že jeho společník je rychlejší. To jsou geny, které se dostanou do další generace.

Životní formy na Zlatovlásce

Co nám to tedy říká o typech životních forem, které se vyvinou na Zlatovlásce? Obáváme se, že odpověď není příliš povzbudivá, protože nejpravděpodobnějším výsledkem je, že pravděpodobně nebudou o nic mírnější a laskavější než Homo sapiens. Při pohledu na historii našeho druhu a zmizení více než 20 druhů hominidů, které byly objeveny ve fosilním záznamu, se nemůžeme s nadějí stavět k možnosti, že se setkáme s vyspělým technologickým druhem, který bude mírumilovnější než my. Kdokoli, koho tam najdeme, nebude s největší pravděpodobností o nic morálnější nebo méně válečnický než my. Děsivé!

Podívejte se na to takto: Pokud zestručníme dějiny vesmíru do jediného roku, Země a naše sluneční soustava se zformovaly kolem Svátku práce a vývoj vědy zabírá maximálně několik posledních vteřin. Je krajně nepravděpodobné, že by za celý „rok“, než se objevil Homo sapiens, nevyvinuly vědu žádné jiné bytosti. Zákony fyziky a chemie nejsou obskurní nebo skryté – každá průměrně inteligentní civilizace je může objevit. Alespoň některá z těch zlatých civilizací by tak musela učinit. Nějaký mimozemský Isaac Newton někde musel nastartovat posun k vyspělé technologické civilizaci. Nejznepokojivějším faktem je, že nemůžeme najít žádné důkazy o existenci takové civilizace. I kdyby neexistoval warpový pohon rychlejší než světlo a my nedosáhli žádného významného technologického pokroku, výpočty naznačují, že za 30 milionů let – méně než jeden den v našem vesmírném roce – by se lidská rasa mohla rozšířit po celé galaxii. Pokud to dokážeme my, pak by to mohla dokázat i jakákoli jiná civilizace, která je stejně vyspělá jako my.

Kde tedy tyto jiné civilizace jsou? Tato otázka je vyjádřením toho, čemu se říká Fermiho paradox (pojmenovaný podle Enrica Fermiho (1901 až 1954), jednoho z předních fyziků 20. století). Kdosi se mu jednou zmínil o výpočtech, které naznačují, že v galaxii existují miliony vyspělých civilizací. Fermi se na chvíli zamyslel a pak se zeptal: „Kde jsou všichni?“. Proč tu jinými slovy ještě nejsou? Proč zažíváme to, čemu vědci říkají „velké ticho“, pokud jde o mimozemšťany?“

Vědci a spisovatelé science fiction, protože jsou duše plné fantazie, přinesli mnoho možných vysvětlení. Zde je několik nejpopulárnějších:

• Hypotéza zoologické zahrady:
• Hypotéza Star Treku: Mimozemšťané prohlásili Zemi za něco jako chráněnou oblast divočiny:
• Hypotéza ráje: Mimozemšťané přijali Základní směrnici, která jim brání zasahovat do rozvíjejících se civilizací, jako je ta naše: Mimozemšťané jsou tlustí a šťastní v ideálním prostředí a nemají zájem o průzkum.
• Hypotéza nahrazení:

Problém však spočívá v tom, že ačkoli si můžeme představit, že se některý z těchto scénářů odehraje v několika mimozemských civilizacích, je opravdu těžké považovat některý z nich za nevyhnutelný výsledek vývoje života.

V CHZ svých hvězd musí existovat mnoho milionů planet velikosti Země, což je domněnka podpořená skutečností, že jsme jich v našem malém vzorku několika tisíc exoplanet již několik desítek našli. Že by všechny přijaly něco podobného, jako je například Základní směrnice ze Star Treku, je krajně nepravděpodobné. Obáváme se, že nejlogičtější odpovědí na otázku, proč si nejsme vědomi existence vyspělých mimozemských civilizací, je, že tyto civilizace neexistují. Pokud je nám známo, jediné vysvětlení, které závisí na přírodních zákonech, je vysvětlení, které závisí na fungování přírodního výběru.

To nás přivádí k velmi temné možnosti o osudu života na Zlatovlásčiných světech. Vzhledem k tendenci přírodního výběru vytvářet agresivní druhy – druhy jako Homo sapiens – je možné, že celou historii vesmíru zabírá proces evoluce vytvářející inteligentní formy života na jedné Zlatovlásce za druhou, jen aby se tyto formy života vyhladily, jakmile objeví vědu. Jinými slovy, je možné, že tam venku existovalo obrovské množství civilizací, které dosáhly naší úrovně, ale všechny se zničily dříve, než mohly kolonizovat své blízké hvězdy. Tento scénář soudného dne je běžným vysvětlením Fermiho paradoxu.

Je to mrazivá myšlenka.

.