Vi minns alla sagan ”Guldlock och de tre björnarna” från barnkammaren. Vi berättar gärna för våra barn och barnbarn om hur pappa björnens gröt var för varm, mamma björnens gröt var för kall, men att lilla björnens gröt var precis lagom. Det är därför inte förvånande att när vetenskapsmännen började tänka på att jordens hav måste förbli flytande i miljarder år för att livet skulle kunna överleva – planetens temperatur måste inte vara för varm eller för kall utan precis lagom – så döpte de den till den första ”Guldlocksplaneten”: Som alla stjärnor av sin typ har vår sol gradvis blivit ljusare under de 4,5 miljarder år som gått sedan den bildades. När haven först bildades på jorden, för ungefär 4 miljarder år sedan, var solen ungefär 30 procent svagare än vad den är nu, så planeten var tvungen att behålla mycket mer av den inkommande solenergin för att hålla haven från att frysa. När tiden gick och solen gav mer energi till jorden förändrades även sammansättningen av planetens atmosfär, vilket påverkade temperaturen genom växthuseffekten. Men trots allt detta verkar det som om oceanerna höll sig bara några grader över fryspunkten under hela jordens historia. Inte för kallt och inte för varmt.

För att ta bara ett exempel på atmosfäriska förändringar vet vi att det för 3,5 miljarder år sedan fanns blomstrande kolonier av cyanobakterier i jordens hav – ungefär som det vi kallar grönt dammskum. På den tiden fanns det praktiskt taget inget fritt syre i atmosfären, men bakterierna avgav syre som en avfallsprodukt från fotosyntesen (vilket växter fortfarande gör i dag). Till en början avlägsnades syret genom kemiska reaktioner, till exempel rostning av järn i stenar på ytan, men för cirka 2,5 miljarder år sedan började mängden syre att öka i det som vissa forskare kallar den stora oxideringshändelsen. Förmodligen dog många av de ursprungliga invånarna på planeten som inte tålde syre ut och drunknade i sina egna avfallsprodukter. Andra anpassade sig dock och kunde använda syret för att driva den andningscykel som håller dig och alla andra djur på planeten vid liv i dag.

År 1978 publicerade astrofysikern Michael Hart, som då arbetade vid Trinity University i Texas, en datormodell som beskrev jordens atmosfärs historia. I denna modell hjälptes den svaga värmen från den tidiga solen av en växthuseffekt som producerades av ammoniak och metan i atmosfären (båda dessa, liksom den mer välkända koldioxiden, CO2, är växthusgaser). När solen blev ljusare förstörde det syre som produceras av levande organismer dessa föreningar, vilket minskade växthuseffekten och därmed kompenserade för den ökade strålningen från solen. Så småningom uppstod vår nuvarande atmosfär, med en växthuseffekt som drivs av koldioxid och vattenånga. I huvudsak gick jorden på en knivsegg mellan att bli ett skenande växthus på ena sidan och att frysa fast på den andra.

Den viktigaste delen av Harts beräkning ur vår synvinkel kom dock från att man tittade på vad som skulle ha hänt om jorden hade befunnit sig på ett annat avstånd från solen än det avstånd den faktiskt befinner sig på. Enligt hans modell skulle den känsliga balans som gjorde det möjligt för haven att förbli i flytande form ha gått förlorad om jorden hade befunnit sig en procent längre från eller fem procent närmare solen. Således ledde överväganden om utvecklingen av vår planets atmosfär till idén att det finns ett band runt en stjärna där oceanerna på ytan kan förbli flytande under miljarder år. Detta band kallas den circumstellära beboeliga zonen (CHZ) och har blivit en av de centrala idéer som driver forskarnas tankar om liv på exoplaneter.

Cirkumstellära beboeliga zoner och beboelighet

Det första vi kan säga om CHZ:er är att varje stjärna kommer att ha en. Det kommer alltid att finnas ett band runt stjärnan, med andra ord, där energibalansen skulle kunna hålla temperaturen på en planetyta mellan vattnets fryspunkt och kokpunkt. För små, svaga stjärnor är bandet smalt och nära. Många av de kända exoplaneterna som befinner sig i sin stjärnas CHZ är till exempel närmare den stjärnan än vad Merkurius är till solen. På samma sätt är CHZ för stora, ljusa stjärnor bredare och ligger längre ut. Som nämnts ovan ökar också en stjärnas energiproduktion med tiden, så den beboeliga zonen rör sig faktiskt utåt när stjärnan åldras. Den viktiga punkten är dock att eftersom varje stjärna har en CHZ någonstans, förväntar vi oss att några planeter av en slump kommer att ha bildats i dessa zoner.

När vi har sagt detta måste vi dock tillägga att forskarna under det senaste decenniet eller de senaste två åren har insett att CHZ måste beaktas mycket noggrannare än vad en enkel beräkning av temperaturbalansen tillåter. Som astrofysikern Sara Seager från MIT påpekar har en planet i den beboeliga zonen ingen garanti för att den faktiskt är beboelig. Det finns faktiskt många faktorer som kan påverka möjligheten till liv på världar i en CHZ.

I takt med att utforskningen av exoplaneter har gått framåt har det blivit något av en helig graal för astronomerna att hitta en planet av jordtyp i en CHZ. Men idag har vi insett att det finns mer för en planets beboelighet än platsen för dess omloppsbana. Forskare har till exempel tittat på världar som inte befann sig i sina stjärnors CHZ och som inte hade några ythav med flytande vatten, men som ändå var möjliga hem för liv och till och med avancerade civilisationer. Överväganden som dessa har fått forskarna att se mycket bredare på de förutsättningar som krävs för att liv ska kunna uppstå.

Den aktuella typen av stjärna

Typen av stjärna som en planet kretsar kring kan ha viktiga konsekvenser för utvecklingen av liv, även för planeter i en CHZ. Små, svaga stjärnor, till exempel, som kallas röda dvärgar och utgör den största delen av stjärnorna i Vintergatan, genomgår ofta perioder av extrem aktivitet. Stjärnutbrott och utkast av enorma mängder laddade partiklar skulle göra livet på en planets yta mycket svårt, oavsett om planeten befann sig i CHZ eller inte. I sådana system är det troligt att livet skulle vara tvunget att stanna kvar på havsbotten eller under jord för att överleva. I sådana situationer blir CHZ helt enkelt irrelevant.

Vetenskapsmännen börjar överge idén att livet måste utvecklas och bestå på planeters yta. Många nuvarande argument drar till exempel slutsatsen att alla levande organismer på Mars kommer att finnas under ytan. Om det dessutom finns liv i underjordiska oceaner i det yttre solsystemet, t.ex. i oceanerna på Europa och Enceladus, kommer det per definition att finnas under ytan. Till och med på jorden verkar det som om det kan finnas en större biomassa under planetens yta än på den. Den intensiva strålningsmiljö som är förknippad med små stjärnor behöver alltså inte utesluta utvecklingen av liv, även om detta liv förmodligen skulle vara omöjligt att direkt upptäcka med vår nuvarande teknik.

Mer massiva stjärnor ger å andra sidan en mer godartad strålningsmiljö, men de kan ha en relativt kort livslängd. I vissa fall kan de leva så lite som 30 miljoner år. Det är osannolikt att något annat än enkelt mikrobiellt liv skulle kunna utvecklas på en planet på så kort tid. Dessutom slutar sådana stjärnor sitt liv i en massiv explosion som kallas supernova, vilket säkert skulle förstöra alla närliggande planeter. Även om liv skulle lyckas utvecklas i en sådan stjärnas CHZ skulle alla spår av det alltså utplånas när stjärnan dör.

Det är på grund av dessa begränsningar som exoplanetjägarna har koncentrerat sin uppmärksamhet på planeter i CHZ för medelstora stjärnor som solen.

Atmosfärens utveckling

Den andra källan till komplexitet i diskussionen om beboelighet uppstår eftersom planeters atmosfärer inte är stabila, oföränderliga system utan utvecklas med tiden. Jordens stora oxidationshändelse är bara ett exempel på en sådan process.

För små planeter som Mars spelar atmosfärens gravitationsflykt en stor roll. Så här fungerar det: Molekylerna som utgör atmosfären på en planet är alltid i rörelse, och ju högre temperatur desto snabbare rör de sig. Oavsett temperaturen kommer det dock alltid att finnas några molekyler som rör sig snabbare än genomsnittet och några som rör sig långsammare. Om de molekyler som rör sig snabbare får tillräcklig hastighet och råkar röra sig i en riktning vinkelrätt mot planetens yta kan de övervinna planetens gravitationskraft och fly ut i rymden.

Jo större planeten är, desto starkare är dess gravitationskraft och desto lättare är det att behålla atmosfären. På jorden skulle en molekyl till exempel behöva röra sig ungefär sju mil per sekund (11 km/sek) för att kunna fly. Det är viktigt att notera att det är svårare att driva tunga molekyler till hög hastighet än att driva lätta molekyler. Detta innebär att lättare molekyler har större sannolikhet än tunga molekyler att gå förlorade på grund av gravitationsflykt. Jorden har till exempel förlorat en stor mängd av sitt ursprungliga väte och helium – de lättaste beståndsdelarna av dess atmosfär – medan Mars har förlorat ännu tyngre gaser som syre och kväve.

En relaterad förlustmekanism som kallas fotodissociation är särskilt viktig för vattenmolekyler. Om det finns vatten på en planets yta kommer det att finnas en del vattenånga i atmosfären. Ultraviolett strålning från planetens stjärna kommer att bryta upp de vattenmolekyler som befinner sig i de övre delarna av atmosfären. Det väte som bildas kommer, eftersom det är lätt, att gå förlorat genom gravitationsflykt, och syret kommer att förena sig med atomer på ytan för att skapa olika oxiderade mineraler. Vi tror till exempel att det är på detta sätt som Mars förlorade det hav den hade tidigt i sin historia, och att planetens röda färg är ett resultat av oxidation (rostning) av järn i dess ytstenar.

En annan viktig typ av förändring gäller koldioxid, en viktig växthusgas (tillsammans med vattenånga) i jordens atmosfär. Varje gång en vulkan exploderar på jorden frigörs koldioxid från djupt inne i manteln och pumpas ut i atmosfären. I en komplex process som kallas den djupa kolcykeln tas koldioxiden upp i havet och införlivas i material som kalksten, varefter den bland annat kan föras tillbaka till jordens inre. De allmänna geologiska processerna på en planet kan alltså påverka mängden koldioxid i dess atmosfär, vilket i sin tur påverkar dess temperatur. Vi tror att eventuella ythav som fanns på Venus tidigt i dess historia skulle ha avdunstat på grund av planetens höga temperatur, ett resultat av dess närhet till solen. Venus hade således inget sätt att avlägsna koldioxid från sin atmosfär, och i avsaknad av en djup kolcykel drabbades planeten av en ansamling av denna gas i vad som kallas en skenande växthuseffekt.

Dessa exempel visar att förändringar i en exoplanets atmosfär – förändringar, måste vi påpeka, som vi inte kan observera med nuvarande teleskopiska instrumentering – kan ha djupgående effekter på dess beboelbarhet. För att bara ge ett exempel kan en planet som befann sig i sin stjärnas CHZ men som råkade ha mycket lite vatten drabbas av en överdriven växthuseffekt och hamna på samma sätt som Venus. På avstånd skulle det vara mycket svårt att veta om detta hade hänt eller inte.

Intelligens och teknik

Det faktum att vi har en ganska god förståelse för hur och när livet utvecklades på en värld med guldlock (jorden) tar bort en del av gissningarna från diskussionerna om utvecklingen av liv på den här typen av planeter. Även om kemin i utomjordiskt liv inte behöver bygga på samma system som livet på jorden, är det inte alltför långsökt att anta att livsformer på andra guldlockvärldar på samma sätt är beroende av den komplexa information som finns i stora, kolbaserade molekyler. Kol kan bilda starka, stabila kedjor och ringar av atomer som är idealiska för att användas som informationsbärande biomolekyler.

Därtill kommer att vi inte behöver utgå från den standardiserade science fiction-galaxen befolkad av tvåbenta hominider som talar engelska för att förstå hur det naturliga urvalet kan fungera i andra Goldilocksvärldar. Vi kan titta på utvecklingen av intelligens och teknik på jorden och dra möjliga analogier till liknande guldlocksplaneter i galaxen.

Den viktigaste punkten om det naturliga urvalet som vi måste vara uppmärksamma på är denna: det är inte en process som selekterar för snällhet eller moraliskt värde. Ett gammalt skämt visar detta:

Två vandrare i bergen möter en uppenbart hungrig

grizzlybjörn. Den ena vandraren börjar ta av sig ryggsäcken.

Den andra säger: ”Vad gör du? Du kan inte springa snabbare

än björnen.”

”Jag behöver inte springa snabbare än björnen – jag behöver bara springa

snabbare än du.”

Det spelar ingen roll om den långsammare löparen är en snäll man som hjälper gamla damer över gatan. Det naturliga urvalet bryr sig inte. Det enda som spelar roll är att hans kamrat är snabbare. Det är dessa gener som kommer att ta sig vidare till nästa generation.

Livsformer på Goldilocks världar

Så vad säger detta oss om vilka typer av livsformer som kommer att utvecklas på Goldilocks världar? Vi är rädda för att svaret inte är särskilt uppmuntrande, för det mest sannolika resultatet är att de förmodligen inte kommer att vara mer vänliga och snälla än Homo sapiens. När vi tittar på vår arts historia och försvinnandet av över 20 arter av hominider som har upptäckts i fossilregistret, kan vi inte ha en hoppfull inställning till möjligheten att vi kommer att stöta på en avancerad teknisk art som är mer fredlig än vi är. Den som vi hittar där ute kommer med största sannolikhet inte att vara mer moralisk eller mindre krigisk än vad vi är. Skrämmande!

Se på det så här: Om vi komprimerar universums historia till ett enda år bildades jorden och vårt solsystem runt Labor Day, och vetenskapens utveckling upptar inte mer än de senaste sekunderna. Det är ytterst osannolikt att inga andra varelser skulle ha utvecklat vetenskapen under hela ”året” innan Homo sapiens dök upp. Fysikens och kemins lagar är inte obskyra eller dolda – varje måttligt intelligent civilisation kan upptäcka dem. Åtminstone några av dessa guldkornscivilisationer skulle ha varit tvungna att göra det. Någon utomjordisk Isaac Newton någonstans måste ha startat utvecklingen mot en avancerad teknisk civilisation. Det mest oroande faktum är att vi inte kan hitta några bevis för någon sådan civilisation. Även om det inte finns någon warpdrift som är snabbare än ljuset och vi inte gör några större tekniska framsteg, tyder beräkningar på att om 30 miljoner år – mindre än en dag i vårt universella år – skulle den mänskliga rasen kunna sprida sig över hela galaxen. Om vi kan göra detta, så skulle alla andra civilisationer som är lika avancerade som vi kunna göra det.

Var finns då dessa andra civilisationer? Denna fråga är ett uttryck för det som kallas Fermi-paradoxen (uppkallad efter Enrico Fermi (1901 till 1954), en av 1900-talets ledande fysiker). Någon nämnde en gång beräkningar för honom som tyder på att det finns miljontals avancerade civilisationer i galaxen. Fermi tänkte en stund och frågade sedan: ”Var är alla?”. Varför, med andra ord, är de inte redan här? Varför upplever vi vad vetenskapsmännen kallar ”den stora tystnaden” när det gäller utomjordingar?

Vetenskapsmän och science fiction-författare, som är de fantasifulla själar de är, har skapat många möjliga förklaringar. Här är några av de mest populära:

• Den zoologiska hypotesen: Utomjordingar har förklarat att jorden är något som liknar ett skyddat vildmarksområde.
• Star Trek-hypotesen: Utomjordingar har antagit ett huvuddirektiv som hindrar dem från att blanda sig i utvecklande civilisationer som vår egen.
• Hypotesen om paradiset: Utomjordingar har antagit ett huvuddirektiv som hindrar dem från att blanda sig i utvecklande civilisationer som vår egen: Utomjordingarna är feta och lyckliga i en idealisk miljö och har inget intresse av att utforska den.
• Ersättningshypotesen: Utomjordingarna är feta och lyckliga i en idealisk miljö och har inget intresse av att utforska den: Det organiska livet har ersatts av intelligenta maskiner (en framtid som man ofta tänker sig för mänskligheten), och maskinerna har inget intresse av att ta kontakt med det organiska livet.

Problemet är dock att även om vi kan föreställa oss att något av dessa scenarier kan utspela sig i några få utomjordiska civilisationer, så är det mycket svårt att betrakta något av dem som det oundvikliga resultatet av livets utveckling.

Det måste finnas många miljoner planeter av jordstorlek i sina stjärnors CHZ, en gissning som stöds av det faktum att vi redan har hittat ett par dussin av dem i vårt lilla urval av några tusen exoplaneter. Att alla skulle anta något som liknar Star Treks första direktiv är till exempel ytterst osannolikt. Vi är rädda för att det mest logiska svaret på frågan varför vi inte är medvetna om existensen av avancerade utomjordiska civilisationer är att dessa civilisationer inte finns där. Såvitt vi kan se är den enda förklaring till detta som är beroende av naturlagarna en förklaring som är beroende av det naturliga urvalets funktion.

Detta leder oss till en mycket mörk möjlighet om livets öde i Goldilocks världar. Med tanke på det naturliga urvalets tendens att producera aggressiva arter – arter som Homo sapiens – är det möjligt att hela universums historia har tagits upp av evolutionsprocessen som producerar intelligenta livsformer på den ena Guldlocksplaneten efter den andra, bara för att dessa livsformer ska utplåna sig själva när de upptäcker vetenskapen. Med andra ord kan det ha funnits ett stort antal civilisationer som nått upp till vår nivå där ute, men de har alla förintat sig själva innan de hann kolonisera sina närliggande stjärnor. Detta undergångsscenario är en vanlig förklaring till Fermi-paradoxen.

Det är en skrämmande tanke.