Vi husker alle børnebørnshistorien “Guldlok og de tre bjørne”. Vi glæder os over at fortælle vores børn og børnebørn om, at far bjørnens grød var for varm, mor bjørnens grød var for kold, men babybjørnens grød var lige tilpas. Det er derfor ikke overraskende, at da forskerne begyndte at tænke over, at Jordens oceaner skulle forblive flydende i milliarder af år, for at livet kunne overleve – planetens temperatur skulle ikke være for varm og ikke for kold, men lige tilpas – døbte de den den første “Guldlok-planet”.

Se det på denne måde: Som alle stjerner af sin type er vores sol blevet gradvist lysere i løbet af de 4,5 milliarder år, siden den blev dannet. Da oceanerne først blev dannet på Jorden for ca. 4 milliarder år siden, var Solen omkring 30 procent svagere end nu, så planeten var nødt til at tilbageholde meget mere af den indkommende solenergi for at holde oceanerne fra at fryse til is. Efterhånden som tiden gik, og Solen kastede mere energi ind på Jorden, ændrede sammensætningen af planetens atmosfære sig også, hvilket påvirkede temperaturen gennem drivhuseffekten. Men på trods af alt dette ser det ud til, at havene kun holdt sig et par grader over frysepunktet i hele Jordens historie. Ikke for koldt og ikke for varmt.

For blot at tage ét eksempel på atmosfæriske ændringer ved vi, at Jordens oceaner for 3,5 milliarder år siden var hjemsted for blomstrende kolonier af cyanobakterier – ligesom det, vi kalder grønt dambrugsskæl. På det tidspunkt var der stort set ingen fri ilt i atmosfæren, men bakterierne afgav ilt som et affaldsprodukt fra fotosyntesen (ligesom planter stadig gør i dag). I begyndelsen blev denne ilt fjernet ved kemiske reaktioner, f.eks. ved rustdannelse af jern i overfladens sten, men for ca. 2,5 milliarder år siden begyndte mængden af ilt at stige i det, som nogle forskere kalder den store oxidationshændelse. Formentlig uddøde mange af de oprindelige beboere på planeten, som ikke kunne tåle ilt, og de druknede i deres egne affaldsprodukter. Andre tilpassede sig imidlertid og var i stand til at bruge ilten til at drive den åndedrætscyklus, der holder dig og alle andre dyr på planeten i live i dag.

I 1978 offentliggjorde astrofysikeren Michael Hart, der dengang arbejdede på Trinity University i Texas, en computermodel, der beskrev Jordens atmosfærehistorie. I denne model blev den svage varme fra den tidlige sol hjulpet af en drivhuseffekt, der blev frembragt af ammoniak og metan i atmosfæren (begge disse er ligesom den mere velkendte kuldioxid, CO2, drivhusgasser). Efterhånden som Solen blev lysere, ødelagde den ilt, der blev produceret af levende organismer, disse forbindelser, hvilket mindskede drivhuseffekten og dermed kompenserede for den øgede stråling fra Solen. Til sidst opstod vores nuværende atmosfære med en drivhuseffekt, der er drevet af kuldioxid og vanddamp. I det væsentlige gik Jorden på en knivsæg mellem at blive et løbsk drivhus på den ene side og at fryse fast på den anden.

Den vigtigste del af Harts beregning fra vores synspunkt kom imidlertid fra at se på, hvad der ville være sket, hvis Jorden havde været i en anden afstand fra Solen, end hvor den faktisk er. Ifølge hans model ville den delikate balance, der gjorde det muligt for havene at forblive i flydende form, være gået tabt, hvis Jorden havde været én procent længere væk fra eller fem procent tættere på Solen. Overvejelser om udviklingen af vores planets atmosfære førte således til den idé, at der findes et bånd omkring en stjerne, hvor overfladeoceanerne kan forblive flydende i milliarder af år. Dette bånd kaldes den beboelige zone (circumstellar habitable zone, CHZ) og er blevet en af de centrale idéer, der driver forskernes tanker om liv på exoplaneter.

Cirkumstellare beboelige zoner og beboelighed

Den første ting, vi kan sige om CHZ’er, er, at alle stjerner vil have en. Der vil altid være et bånd omkring stjernen, med andre ord, hvor energibalancen kunne holde temperaturen på en planetarisk overflade mellem vands frysepunkt og kogepunkt. For små, svage stjerner er båndet smalt og tæt. Mange af de kendte exoplaneter i deres stjernes CHZ er f.eks. tættere på stjernen, end Merkur er på Solen. På samme måde er CHZ-området for store, lyse stjerner bredere og ligger længere ude. Som nævnt ovenfor stiger en stjernes energiproduktion også med tiden, så den beboelige zone bevæger sig faktisk udad, efterhånden som stjernen bliver ældre. Det vigtige punkt er imidlertid, at eftersom enhver stjerne har en CHZ et eller andet sted, forventer vi, at der tilfældigvis vil være dannet nogle planeter i disse zoner.

Når vi har gjort denne pointe, må vi dog tilføje, at videnskabsfolk i løbet af det sidste årti eller to er kommet til at indse, at CHZ skal betragtes meget mere omhyggeligt, end en simpel beregning af temperaturbalancen tillader. Som astrofysikeren Sara Seager fra MIT påpeger, er der ingen garanti for, at en planet i den beboelige zone rent faktisk er beboelig. Der er faktisk mange faktorer, der kan påvirke muligheden for liv på verdener i en CHZ.

Da udforskningen af exoplaneter er skredet frem, er det at finde en planet af jordtype i en CHZ blevet noget af en hellig gral i det astronomiske samfund. Men i dag har vi indset, at der er mere til en planets beboelighed end placeringen af dens bane. Forskere har f.eks. set på verdener, der ikke befandt sig i deres stjerners CHZ, som ikke havde overfladeoceaner med flydende vand, og som alligevel var mulige hjem for liv og endda avancerede civilisationer. Overvejelser som disse har fået forskerne til at anlægge et meget bredere syn på de betingelser, der er nødvendige for fremkomsten af liv.

Den involverede stjernetype

Den stjernetype, som en planet kredser om, kan have vigtige konsekvenser for udviklingen af liv, selv for planeter i en CHZ. Små, svage stjerner, for eksempel, som kaldes røde dværge, og som udgør den største del af stjernerne i Mælkevejen, gennemgår ofte perioder med ekstrem aktivitet. Stjerneudbrud og udstødning af massive mængder af ladede partikler ville gøre liv på en planetoverflade meget vanskeligt, uanset om planeten befandt sig i CHZ eller ej. I sådanne systemer er det sandsynligt, at livet ville være nødt til at blive på havbunden eller under jorden for at overleve. I sådanne situationer bliver CHZ simpelthen irrelevant.

Videnskabsfolk er begyndt at opgive tanken om, at liv skal udvikle sig og overleve på planeters overflade. Mange aktuelle argumenter konkluderer f.eks., at eventuelle levende organismer på Mars vil blive fundet under overfladen. Hvis der desuden findes liv i underjordiske oceaner i det ydre solsystem, som f.eks. i oceanerne på Europa og Enceladus, vil det pr. definition være under overfladen. Selv på Jorden ser det ud til, at der kan være en større biomasse under planetens overflade end på den. Det intense strålingsmiljø, der er forbundet med små stjerner, behøver således ikke at udelukke udviklingen af liv, selv om dette liv sandsynligvis ville være umuligt at påvise direkte med vores nuværende teknologi.

Mere massive stjerner giver på den anden side et mere godartet strålingsmiljø, men de kan have relativt kort levetid. I nogle tilfælde kan de leve i så lidt som 30 millioner år. Det er usandsynligt, at noget andet end simpelt mikrobielt liv kunne udvikle sig på en planet på så kort tid. Desuden ender sådanne stjerner deres liv i en massiv eksplosion, en såkaldt supernova, som helt sikkert ville ødelægge alle planeter i nærheden. Så selv hvis det lykkedes at udvikle liv i en sådan stjernes CHZ, ville alle spor af det blive udslettet, når stjernen døde.

Det er på grund af disse begrænsninger, at exoplanetjægerne har koncentreret deres opmærksomhed på planeter i CHZ’en til mellemstore stjerner som Solen.

Atmosfærens udvikling

Den anden kilde til kompleksitet i diskussionen om beboelighed opstår, fordi planeters atmosfærer ikke er stabile, uforanderlige systemer, men udvikler sig over tid. Jordens store oxidationsbegivenhed er blot et eksempel på denne slags proces.

For små planeter som Mars spiller atmosfærens gravitationsflugt en stor rolle. Her er hvordan det fungerer: De molekyler, der udgør en planets atmosfære, er altid i bevægelse, og jo højere temperaturen er, jo hurtigere bevæger de sig. Uanset temperaturen vil der dog altid være nogle molekyler, der bevæger sig hurtigere end gennemsnittet, og nogle, der bevæger sig langsommere. Hvis de hurtigere bevægende molekyler får tilstrækkelig fart og tilfældigvis bevæger sig i en retning vinkelret på planetens overflade, kan de overvinde planetens tyngdekraft og slippe ud i rummet.

Jo større planeten er, jo stærkere er dens tyngdekraft, og jo lettere er det at fastholde atmosfæren. På Jorden skal et molekyle f.eks. bevæge sig omkring 11 km/sek. for at slippe væk. Det er vigtigt at bemærke, at det er sværere at sætte tunge molekyler op til høj hastighed end det er at sætte lette molekyler op til høj hastighed. Det betyder, at lettere molekyler er mere tilbøjelige end tunge molekyler til at gå tabt ved gravitationsflugt. Jorden har f.eks. mistet en stor mængde af sin oprindelige brint og helium – de letteste dele af dens atmosfære – mens Mars har mistet endnu tungere gasser som f.eks. ilt og kvælstof.

En beslægtet tabsmekanisme kaldet fotodissociation er særlig vigtig for vandmolekyler. Hvis der er vand på overfladen af en planet, vil der også være noget vanddamp i atmosfæren. Ultraviolet stråling fra planetens stjerne vil splitte de vandmolekyler op, der befinder sig i de øverste dele af atmosfæren. Den resulterende brint, der er let, vil gå tabt ved gravitationel flugt, og ilten vil kombinere sig med atomer på overfladen for at skabe forskellige oxiderede mineraler. Vi tror for eksempel, at det er sådan, Mars mistede det hav, den havde tidligt i sin historie, og at planetens røde farve er et resultat af oxidation (rustning) af jern i dens overfladeblokke.

En anden vigtig form for forandring vedrører kuldioxid, en vigtig drivhusgas (sammen med vanddamp) i Jordens atmosfære. Hver gang en vulkan går i gang på Jorden, frigøres der kuldioxid fra dybt inde i kappen og pumpes ud i atmosfæren. I en kompleks proces, der er kendt som det dybe kulstofkredsløb, bliver kuldioxiden taget op i havet og inkorporeret i materialer som kalksten, hvorefter den bl.a. kan tages tilbage til Jordens indre. De generelle geologiske processer på en planet kan således påvirke mængden af kuldioxid i atmosfæren, og dette vil igen påvirke dens temperatur. Vi mener, at eventuelle overfladeoceaner, der eksisterede på Venus tidligt i dens historie, ville være fordampet på grund af planetens høje temperatur, der er et resultat af dens nærhed til solen. Venus havde således ingen mulighed for at fjerne kuldioxid fra sin atmosfære, og da planeten ikke havde et dybt kulstofkredsløb, blev den ramt af en ophobning af denne gas i det, der er kendt som en løbsk drivhuseffekt.

Disse eksempler viser, at ændringer i en exoplanets atmosfære – ændringer, må vi påpege, som vi ikke kan observere med de nuværende teleskopiske instrumenter – kan have dybtgående virkninger på dens beboelighed. For blot at give et enkelt eksempel: En planet, der befandt sig i sin stjernes CHZ, men som tilfældigvis havde meget lidt vand, kunne lide under en løbsk drivhuseffekt og ende som Venus. På afstand ville det være meget svært at vide, om dette var sket eller ej.

Intelligens og teknologi

Den kendsgerning, at vi har en ret god forståelse af, hvordan og hvornår livet udviklede sig på en guldlokkeverden (Jorden), tager noget af gætteriet ud af diskussionerne om udviklingen af liv på denne slags planeter. Selv om kemien i fremmed liv ikke nødvendigvis behøver at være baseret på det samme system som det, der fungerer i livet på Jorden, er det ikke for meget af et spring at antage, at livsformer på andre Goldilocks-verdener på samme måde vil være afhængige af den komplekse information, der er indeholdt i store, kulstofbaserede molekyler. Kulstof kan danne stærke, stabile kæder og ringe af atomer, der er ideelle til brug som informationsbærende biomolekyler.

Dertil kommer, at vi ikke behøver at gå ud fra en standard science fiction-galakse befolket af tobenede hominider, der taler engelsk, for at forstå, hvordan naturlig selektion kan fungere i andre Guldlokke-verdener. Vi kan se på udviklingen af intelligens og teknologi på Jorden og drage mulige analogier til lignende Guldlok-planeter i galaksen.

Det vigtigste punkt om naturlig selektion, som vi skal være opmærksomme på, er dette: det er ikke en proces, der selekterer efter pænhed eller moralsk værdi. En gammel vittighed understreger denne pointe:

To vandrere i bjergene møder en tydeligvis sulten

grizzlybjørn. Den ene af vandrerne begynder at smide sin rygsæk.

Den anden siger: “Hvad laver du? Du kan ikke løbe hurtigere

end den bjørn.”

“Jeg behøver ikke at løbe hurtigere end bjørnen – jeg skal bare løbe

hurtigere end dig.”

Det gør ingen forskel, om den langsommere løber er en venlig mand, der hjælper gamle damer på den anden side af gaden. Den naturlige udvælgelse er ligeglad. Det eneste, der betyder noget, er, at hans kammerat er hurtigere. Det er de gener, der vil klare sig i den næste generation.

Livsformer på Goldilocks-verdener

Så hvad fortæller dette os om de typer af livsformer, der vil udvikle sig på Goldilocks-verdener? Vi er bange for, at svaret ikke er særlig opmuntrende, for det mest sandsynlige resultat er, at de sandsynligvis ikke vil være mere blide og venlige end Homo sapiens. Når vi ser på vores arts historie og på forsvindingen af over 20 arter af hominider, der er blevet opdaget i de fossile optegnelser, kan vi ikke have en håbefuld holdning til muligheden for, at vi vil møde en avanceret teknologisk art, der er mere fredelig end vi er. Enhver, som vi finder derude, vil højst sandsynligt ikke være mere moralsk eller mindre krigerisk end vi er. Skræmmende!

Se på det på denne måde: Hvis vi komprimerer universets historie til et enkelt år, så blev Jorden og vores solsystem dannet omkring Labor Day, og videnskabens udvikling fylder ikke mere end de sidste par sekunder. Det er yderst usandsynligt, at ingen andre væsener ville have udviklet videnskaben i hele det “år”, før Homo sapiens dukkede op. Fysikkens og kemiens love er ikke obskure eller skjulte – enhver nogenlunde intelligent civilisation kan opdage dem. I det mindste nogle af disse guldklokkecivilisationer ville være nødt til at gøre det. En eller anden udenjordisk Isaac Newton et eller andet sted må have sat gang i udviklingen mod en avanceret teknologisk civilisation. Det mest foruroligende faktum er, at vi ikke kan finde nogen beviser for en sådan civilisation. Selv hvis der ikke findes noget warp-drev, der er hurtigere end lys, og vi ikke gør nogen større teknologiske fremskridt, tyder beregninger på, at om 30 millioner år – mindre end en dag i vores universelle år – vil den menneskelige race kunne sprede sig over hele galaksen. Hvis vi kan gøre det, kan enhver anden civilisation, der er lige så avanceret som vi, også gøre det.

Så hvor er disse andre civilisationer? Dette spørgsmål er et udtryk for det, der kaldes Fermi-paradokset (opkaldt efter Enrico Fermi (1901 til 1954), en af de førende fysikere i det 20. århundrede). Nogen nævnte engang beregninger for ham, som tyder på, at der findes millioner af avancerede civilisationer i galaksen. Fermi tænkte et øjeblik og spurgte så: “Hvor er alle sammen?” Hvorfor er de med andre ord ikke allerede her? Hvorfor oplever vi det, som forskerne kalder “den store stilhed”, når det gælder rumvæsener?

Forskere og science fiction-forfattere, som er de fantasifulde sjæle, de er, har skabt mange mulige forklaringer. Her er et par af de mest populære:

• Den zoologiske hypotese: Udenjordiske væsener har erklæret Jorden for noget, der ligner et beskyttet vildmarksområde.
• Star Trek-hypotesen: Udenjordiske væsener har vedtaget et hoveddirektiv, der forhindrer dem i at blande sig i civilisationer i udvikling som vores egen.
• Paradis-hypotesen: Udenjordiske væsener har vedtaget et hoveddirektiv, der forhindrer dem i at blande sig i civilisationer i udvikling som vores egen: De extraterrestriske væsener er fede og lykkelige i et ideelt miljø og har ingen interesse i udforskning.
• Den erstatningshypotese: Det organiske liv er blevet erstattet af intelligente maskiner (en fremtid, som man ofte forestiller sig for den menneskelige race), og maskinerne har ingen interesse i at komme i kontakt med organisk liv.

Problemet er imidlertid, at selv om vi kan forestille os, at et af disse scenarier kan udspille sig i nogle få udenjordiske civilisationer, er det virkelig svært at betragte nogen af dem som det uundgåelige resultat af udviklingen af liv.

Der må være mange millioner planeter af jordstørrelse i deres stjerners CHZ’er, en formodning, der understøttes af den kendsgerning, at vi allerede har fundet et par dusin af dem i vores lille stikprøve af nogle få tusinde exoplaneter. At de alle ville vedtage noget som Star Trek’s hoveddirektiv, er f.eks. ekstremt usandsynligt. Vi er bange for, at det mest logiske svar på spørgsmålet om, hvorfor vi ikke er klar over eksistensen af avancerede udenjordiske civilisationer, er, at disse civilisationer ikke er der. Så vidt vi kan se, er den eneste forklaring på dette, der afhænger af naturlovene, en forklaring, der afhænger af den naturlige selektions funktion.

Dette fører os til en meget dyster mulighed om livets skæbne på Guldlok-verdner. I betragtning af den naturlige selektions tendens til at frembringe aggressive arter – arter som Homo sapiens – er det muligt, at hele universets historie er blevet optaget af evolutionsprocessen, der har frembragt intelligente livsformer på den ene guldlokkeplanet efter den anden, blot for at disse livsformer udrydder sig selv, når de opdager videnskaben. Med andre ord kan der have været et stort antal civilisationer, der nåede op på vores niveau derude, men de har alle udslettet sig selv, inden de nåede at kolonisere deres nærliggende stjerner. Dette dommedagsscenarie er en almindelig forklaring på Fermi-paradokset.

Det er en skræmmende tanke.