Cu toții ne amintim povestea „Goldilocks și cei trei urși”. Ne bucurăm să le povestim copiilor și nepoților noștri despre cum terciul tatei ursuleț era prea fierbinte, terciul mamei ursuleț era prea rece, dar terciul bebelușului ursuleț era tocmai bun. Nu este surprinzător, așadar, că atunci când oamenii de știință au început să se gândească la faptul că oceanele Pământului trebuiau să rămână lichide timp de miliarde de ani pentru ca viața să supraviețuiască – temperatura planetei nu trebuia să fie nici prea caldă, nici prea rece, ci exact cum trebuie – au botezat-o prima „planetă Goldilocks.”

Priviți lucrurile astfel: La fel ca toate stelele de acest tip, Soarele nostru a devenit treptat mai strălucitor de-a lungul celor 4,5 miliarde de ani de când s-a format. Când oceanele s-au format pentru prima dată pe Pământ, în urmă cu aproximativ 4 miliarde de ani, Soarele era cu aproximativ 30% mai întunecat decât este acum, astfel încât planeta a trebuit să rețină mult mai multă energie solară primită pentru ca oceanele sale să nu înghețe. Pe măsură ce timpul a trecut și Soarele a revărsat mai multă energie asupra Pământului, compoziția atmosferei planetei s-a schimbat și ea, influențând temperatura prin efectul de seră. Cu toate acestea, în ciuda tuturor acestor lucruri, se pare că oceanele au rămas la doar câteva grade deasupra nivelului de îngheț de-a lungul istoriei Pământului. Nici prea rece, nici prea cald.

Pentru a lua doar un singur exemplu de schimbare atmosferică, știm că în urmă cu 3,5 miliarde de ani oceanele Pământului găzduiau colonii înfloritoare de cianobacterii – asemănătoare cu ceea ce noi numim spuma verde a iazului. La acea vreme, practic nu exista oxigen liber în atmosferă, dar bacteriile emiteau oxigen ca produs rezidual al fotosintezei (așa cum fac și astăzi plantele). La început, acest oxigen a fost eliminat prin reacții chimice, cum ar fi ruginirea fierului din rocile de la suprafață, dar în urmă cu aproximativ 2,5 miliarde de ani, abundența sa a început să crească în ceea ce unii oameni de știință numesc Marele Eveniment de Oxidare. Probabil că mulți dintre locuitorii originari ai planetei care nu puteau tolera oxigenul au dispărut atunci, înecați în propriile lor deșeuri. Alții, însă, s-au adaptat și au fost capabili să folosească oxigenul pentru a acționa ciclul de respirație care vă menține în viață pe dumneavoastră și pe orice alt animal de pe planetă în prezent.

În 1978, astrofizicianul Michael Hart, pe atunci la Universitatea Trinity din Texas, a publicat un model computerizat care descria istoria atmosferei Pământului. În acest model, căldura slabă a Soarelui timpuriu a fost ajutată de un efect de seră produs de amoniacul și metanul din atmosferă (ambele, ca și mai cunoscutul dioxid de carbon, CO2, sunt gaze cu efect de seră). Pe măsură ce Soarele a devenit mai strălucitor, oxigenul produs de organismele vii a distrus acești compuși, diminuând efectul de seră și compensând astfel radiația crescută de la Soare. În cele din urmă, a apărut atmosfera noastră actuală, cu un efect de seră determinat de dioxidul de carbon și de vaporii de apă. În esență, Pământul a mers pe o muchie de cuțit între a deveni o seră scăpată de sub control, pe de o parte, și a îngheța de frig, pe de altă parte.

Cea mai importantă parte a calculelor lui Hart din punctul nostru de vedere a venit, totuși, din analiza a ceea ce s-ar fi întâmplat dacă Pământul s-ar fi aflat la o distanță diferită de Soare față de cea la care se află în prezent. Conform modelului său, dacă Pământul ar fi fost cu un procent mai departe sau cu cinci procente mai aproape de Soare, echilibrul delicat care a permis oceanelor să rămână în stare lichidă ar fi fost pierdut. Astfel, considerațiile privind evoluția atmosferei planetei noastre au condus la ideea că există o bandă în jurul unei stele în care oceanele de la suprafață pot rămâne lichide timp de miliarde de ani. Această bandă se numește zona locuibilă circumstelară (CHZ) și a devenit una dintre ideile centrale care conduc gândurile oamenilor de știință cu privire la viața pe exoplanete.

Zonele de habitabilitate circumstelară și habitabilitatea

Primul lucru pe care îl putem spune despre CHZ-uri este că fiecare stea va avea una. Va exista întotdeauna o bandă în jurul stelei, cu alte cuvinte, în care echilibrul energetic ar putea menține temperatura unei suprafețe planetare între punctul de îngheț și cel de fierbere al apei. Pentru stelele mici și slabe, banda este îngustă și apropiată. De exemplu, multe dintre exoplanetele cunoscute care se află în zona CHZ a stelei lor sunt mai apropiate de aceasta decât Mercur de Soare. În mod similar, CHZ a stelelor mari și luminoase este mai largă și se află mai departe. De asemenea, după cum s-a menționat mai sus, producția de energie a unei stele crește în timp, astfel încât zona locuibilă se deplasează de fapt spre exterior pe măsură ce steaua îmbătrânește. Cu toate acestea, punctul important este că, deoarece fiecare stea are o CHZ undeva, ne așteptăm ca, doar din întâmplare, unele planete să se fi format în acele zone.

După ce am făcut această precizare, totuși, trebuie să adăugăm că, în ultimul deceniu sau doi, oamenii de știință au ajuns să realizeze că CHZ trebuie să fie luată în considerare cu mult mai multă atenție decât permite un simplu calcul al echilibrului de temperatură. După cum subliniază astrofizicianul Sara Seager de la MIT, o planetă aflată în zona locuibilă nu are nicio garanție că este într-adevăr locuibilă. Există, de fapt, mulți factori care pot influența posibilitatea existenței vieții pe lumile dintr-o CHZ.

Pe măsură ce explorarea exoplanetelor a progresat, găsirea unei planete de tip Pământ într-o CHZ a devenit un fel de Sfântul Graal în comunitatea astronomică. Dar astăzi ne-am dat seama că există mai mult în ceea ce privește habitabilitatea unei planete decât locația orbitei sale. De exemplu, cercetătorii au analizat lumi care nu se aflau în CHZ ale stelelor lor, nu aveau oceane de apă lichidă la suprafață și, cu toate acestea, erau posibile cămine pentru viață și chiar pentru civilizații avansate. Considerații ca acestea i-au determinat pe oamenii de știință să aibă o viziune mult mai largă asupra condițiilor necesare pentru apariția vieții.

Tipul de stea implicat

Tipul de stea în jurul căreia se învârte o planetă poate avea consecințe importante pentru dezvoltarea vieții, chiar și pentru planetele aflate într-o CHZ. Stelele mici și slabe, de exemplu, care se numesc pitice roșii și care reprezintă cea mai mare fracțiune de stele din Calea Lactee, trec adesea prin perioade de activitate extremă. Erupțiile stelare și ejecțiile de cantități masive de particule încărcate ar face foarte dificilă viața pe orice suprafață planetară, indiferent dacă planeta se află sau nu în CHZ. În astfel de sisteme, este probabil că viața ar trebui să rămână pe fundul oceanului sau sub pământ pentru a supraviețui. În astfel de situații, CHZ devine pur și simplu irelevantă.

Cercetătorii încep să renunțe la ideea că viața trebuie să evolueze și să persiste pe suprafața planetelor. Multe argumente actuale, de exemplu, concluzionează că orice organisme vii de pe Marte vor fi găsite sub suprafață. În plus, dacă viața există în oceanele subterane din sistemul solar exterior, cum ar fi în oceanele de pe Europa și Enceladus, aceasta se va afla, prin definiție, sub suprafață. Chiar și pe Pământ, se pare că ar putea exista o biomasă mai mare sub suprafața planetei decât pe aceasta. Astfel, mediul de radiații intense asociat cu stelele mici nu trebuie să împiedice neapărat dezvoltarea vieții, chiar dacă această viață ar fi probabil imposibil de detectat direct cu tehnologia noastră actuală.

Stelele mai masive, pe de altă parte, oferă un mediu de radiații mai benign, dar pot avea o durată de viață relativ scurtă. În unele cazuri, ele pot trăi doar 30 de milioane de ani. Este puțin probabil ca altceva, cu excepția unei simple vieți microbiene, să poată evolua pe o planetă într-un timp atât de scurt. În plus, astfel de stele își încheie viața într-o explozie masivă numită supernovă, care ar distruge cu siguranță orice planetă din apropiere. Astfel, chiar dacă viața ar reuși să se dezvolte în CHZ a unei astfel de stele, orice urmă de viață ar fi ștearsă odată cu moartea stelei.

Din cauza acestor constrângeri, vânătorii de exoplanete și-au concentrat atenția asupra planetelor din CHZ a stelelor de mărime medie, cum ar fi Soarele.

Evoluția atmosferei

Cea de-a doua sursă de complexitate în discuția despre habitabilitate apare deoarece atmosferele planetare nu sunt sisteme stabile, neschimbătoare, ci evoluează în timp. Marele eveniment de oxidare a Pământului este doar un exemplu al acestui tip de proces.

Pentru planetele mici, cum ar fi Marte, scăparea gravitațională a atmosferei joacă un rol important. Iată cum funcționează: Moleculele care alcătuiesc atmosfera unei planete sunt mereu în mișcare, iar cu cât temperatura este mai ridicată, cu atât se mișcă mai repede. Cu toate acestea, indiferent de temperatură, vor exista întotdeauna unele molecule care se mișcă mai repede decât media și altele care se mișcă mai încet. Dacă moleculele care se mișcă mai repede dobândesc o viteză suficientă și se întâmplă să se deplaseze într-o direcție perpendiculară pe suprafața planetei, ele pot învinge atracția gravitațională a planetei și pot scăpa în spațiu.

Cu cât planeta este mai mare, cu atât forța sa gravitațională este mai puternică și cu atât este mai ușor să rețină atmosfera. Pe Pământ, de exemplu, o moleculă ar trebui să se deplaseze cu aproximativ 11 km/s (7 mile pe secundă) pentru a scăpa. Este important de reținut că este mai greu să împingi moleculele grele la o viteză mare decât să le împingi pe cele ușoare. Acest lucru înseamnă că moleculele mai ușoare au mai multe șanse decât cele grele să se piardă în urma scăpării gravitaționale. Pământul, de exemplu, a pierdut o cantitate mare din hidrogenul și heliul său original – cei mai ușori membri ai atmosferei sale – în timp ce Marte a pierdut gaze și mai grele, cum ar fi oxigenul și azotul.

Un mecanism de pierdere asociat, numit fotodisociere, este deosebit de important pentru moleculele de apă. Dacă există apă la suprafața unei planete, vor exista și vapori de apă în atmosferă. Radiația ultravioletă de la steaua planetei va sparge moleculele de apă care se găsesc în partea superioară a atmosferei. Hidrogenul rezultat, fiind ușor, se va pierde prin evadare gravitațională, iar oxigenul se va combina cu atomii de la suprafață pentru a crea diverse minerale oxidate. Credem, de exemplu, că acesta este modul în care Marte a pierdut oceanul pe care l-a avut la începutul istoriei sale și că culoarea roșie a planetei este rezultatul oxidării (ruginii) fierului din rocile sale de la suprafață.

Un alt tip important de schimbare se referă la dioxidul de carbon, un gaz cu efect de seră important (alături de vaporii de apă) în atmosfera Pământului. De fiecare dată când un vulcan explodează pe Pământ, dioxidul de carbon este eliberat din adâncurile mantalei și este pompat în atmosferă. În cadrul unui proces complex cunoscut sub numele de ciclul profund al carbonului, dioxidul de carbon este preluat în ocean și încorporat în materiale precum calcarul, după care poate fi, printre altele, readus în interiorul Pământului. Astfel, procesele geologice generale de pe o planetă pot afecta cantitatea de dioxid de carbon din atmosfera sa, iar aceasta, la rândul său, va influența temperatura acesteia. Credem că orice oceane de suprafață care au existat pe Venus la începutul istoriei sale s-ar fi evaporat din cauza temperaturii ridicate a planetei, un rezultat al apropierii sale de Soare. Astfel, Venus nu a avut nicio modalitate de a elimina dioxidul de carbon din atmosfera sa și, neavând un ciclu profund al carbonului, planeta a suferit o acumulare a acestui gaz în ceea ce se numește un efect de seră scăpat de sub control.

Aceste exemple arată că schimbările din atmosfera unei exoplanete – schimbări, trebuie să subliniem, pe care nu le putem observa cu instrumentele telescopice actuale – pot avea efecte profunde asupra habitabilității sale. Pentru a da doar un singur exemplu, o planetă aflată în CHZ-ul stelei sale, dar care se întâmplă să aibă foarte puțină apă, ar putea suferi un efect de seră scăpat de sub control și să ajungă ca Venus. De la distanță, ar fi foarte greu de știut dacă acest lucru s-a întâmplat sau nu.

Inteligență și Tehnologie

Faptul că avem o înțelegere destul de bună a modului și a momentului în care viața s-a dezvoltat pe o lume Goldilocks (Pământul) elimină o parte din presupunerile din discuțiile privind dezvoltarea vieții pe acest tip de planete. Deși chimia vieții extraterestre nu trebuie să se bazeze neapărat pe același sistem care funcționează în viața de pe Pământ, nu este un salt prea mare să presupunem că formele de viață de pe alte lumi Goldilocks vor depinde în mod similar de informațiile complexe conținute în moleculele mari, bazate pe carbon. Carbonul poate forma lanțuri și inele puternice și stabile de atomi care sunt ideale pentru a fi folosite ca biomolecule purtătoare de informații.

În plus, nu trebuie să presupunem galaxia standard de science fiction populată de hominizi bipede care vorbesc limba engleză pentru a înțelege cum ar putea funcționa selecția naturală pe alte lumi Goldilocks. Putem să ne uităm la dezvoltarea inteligenței și a tehnologiei pe Pământ și să tragem posibile analogii cu planete Goldilocks similare din galaxie.

Punctul cheie despre selecția naturală la care trebuie să fim atenți este acesta: nu este un proces care selectează pentru amabilitate sau valoare morală. O glumă veche subliniază acest aspect:

Doi excursioniști în munți întâlnesc un urs grizzly evident înfometat

. Unul dintre drumeți începe să-și arunce rucsacul.

Celălalt spune: „Ce faci? Nu poți alerga mai repede

decât ursul ăla.”

„Nu trebuie să alerg mai repede decât ursul – trebuie doar să alerg

mai repede decât tine.”

Nu contează dacă cel care aleargă mai încet este un om bun care ajută bătrânele de peste drum. Selecției naturale nu-i pasă. Singurul lucru care contează este că tovarășul său este mai rapid. Acelea sunt genele care vor ajunge în generația următoare.

Forme de viață pe lumile Goldilocks

Deci, ce ne spune acest lucru despre tipurile de forme de viață care se vor dezvolta pe lumile Goldilocks? Ne temem că răspunsul nu este foarte încurajator, deoarece cel mai probabil rezultatul este că acestea nu vor fi probabil mai blânde și mai bune decât Homo sapiens. Dacă ne uităm la istoria speciei noastre și la dispariția a peste 20 de specii de hominizi care au fost descoperite în arhiva fosilă, nu putem avea o atitudine plină de speranță față de posibilitatea că vom întâlni o specie tehnologică avansată care să fie mai pașnică decât noi. Oricine vom găsi acolo nu va fi, cel mai probabil, nici mai moral și nici mai puțin războinic decât suntem noi. Înspăimântător!

Priviți lucrurile în felul următor: Dacă comprimăm istoria universului într-un singur an, Pământul și sistemul nostru solar s-au format în jurul Zilei Muncii, iar dezvoltarea științei nu ocupă mai mult de ultimele câteva secunde. Este extrem de puțin probabil ca nicio altă ființă să nu fi dezvoltat știința în întregul „an” de dinaintea apariției lui Homo sapiens. Legile fizicii și ale chimiei nu sunt obscure sau ascunse – orice civilizație moderat inteligentă le poate descoperi. Cel puțin unele dintre aceste civilizații „Goldilocks” ar fi trebuit să facă acest lucru. Un Isaac Newton extraterestru de undeva trebuie să fi dat startul către o civilizație tehnologică avansată. Cel mai îngrijorător fapt este că nu putem găsi nicio dovadă a unei astfel de civilizații. Chiar dacă nu există un motor warp mai rapid decât lumina și dacă nu facem progrese majore în tehnologie, calculele sugerează că în 30 de milioane de ani – mai puțin de o zi din anul nostru universal – rasa umană s-ar putea răspândi în întreaga galaxie. Dacă noi putem face acest lucru, atunci la fel ar putea face orice altă civilizație la fel de avansată ca și noi.

Dar unde sunt aceste alte civilizații? Această întrebare este o expresie a ceea ce se numește paradoxul Fermi (numit după Enrico Fermi (1901-1954), unul dintre cei mai importanți fizicieni ai secolului XX). Cineva i-a menționat odată calcule care sugerează că există milioane de civilizații avansate în galaxie. Fermi s-a gândit un moment și apoi a întrebat: „Unde sunt toți?”. De ce, cu alte cuvinte, nu sunt deja aici? De ce experimentăm ceea ce oamenii de știință numesc „Marea Tăcere” în ceea ce privește extratereștrii?

Științii și scriitorii de science fiction, fiind sufletele pline de imaginație care sunt, au produs multe explicații posibile. Iată câteva dintre cele mai populare:

• Ipoteza zoo: Extratereștrii au declarat Pământul ca fiind ceva de genul unei zone sălbatice protejate.
• Ipoteza Star Trek: Extratereștrii au adoptat o primă directivă care îi împiedică să interfereze cu civilizațiile în curs de dezvoltare, cum ar fi a noastră.
• Ipoteza paradisului: Extratereștrii sunt grași și fericiți într-un mediu ideal și nu au nici un interes în explorare.
• Ipoteza înlocuirii: Viața organică a fost înlocuită de mașini inteligente (un viitor deseori imaginat pentru rasa umană), iar mașinile nu au nici un interes în a contacta viața organică.

Problema, însă, este că, deși ne putem imagina oricare dintre aceste scenarii jucându-se în câteva civilizații extraterestre, este foarte greu să considerăm oricare dintre ele ca fiind rezultatul inevitabil al dezvoltării vieții.

Trebuie să existe multe milioane de planete de mărimea Pământului în CHZ-urile stelelor lor, o conjectură susținută de faptul că am găsit deja câteva zeci de astfel de planete în micul nostru eșantion de câteva mii de exoplanete. Faptul că toate acestea ar adopta ceva asemănător cu Prima Directivă din Star Trek, de exemplu, este extrem de improbabil. Ne temem că cel mai logic răspuns la întrebarea de ce nu suntem conștienți de existența unor civilizații extraterestre avansate este că aceste civilizații nu există. Din câte putem vedea, singura explicație pentru acest lucru care depinde de legile naturii este una care depinde de funcționarea selecției naturale.

Acest lucru ne conduce la o posibilitate foarte întunecată cu privire la soarta vieții pe lumile Goldilocks. Având în vedere tendința selecției naturale de a produce specii agresive – specii precum Homo sapiens – este posibil ca întreaga istorie a universului să fi fost ocupată de procesul de evoluție care a produs forme de viață inteligente pe o planetă Goldilocks după alta, doar pentru ca aceste forme de viață să se nimicească singure odată ce au descoperit știința. Cu alte cuvinte, este posibil să fi existat acolo un număr mare de civilizații care au ajuns la nivelul nostru, dar toate s-au autodistrus înainte de a putea coloniza stelele din apropiere. Acest scenariu apocaliptic este o explicație comună pentru paradoxul Fermi.

Este un gând înfricoșător.