W poszukiwaniu kosmicznych braci

Rok 2005 był łaskawy dla astronomów zajmujących się obiektami podobnymi do naszej Ziemi krążącymi wokół innych gwiazd. Kiedy w lutym ponad 200 badaczy przyjechało do Aspen w Kolorado, by dyskutować o powstawaniu i wykrywaniu planet poza Układem Słonecznym, spotkanie było okazją do ogłoszenia, iż odkryto osiem nowych planet. Wśród nich zidentyfikowany przez Aleksandra Wolszczana najmniejszy planetopodobny obiekt kosmiczny. Przy okazji pojawiły się spekulacje z lubością podchwycone przez dziennikarzy, że niektóre z tych planet mogą być wysadzane diamentami. „Możemy znaleźć ziemiopodobne planety we wszystkich zakątkach (Galaktyki)” – zapewnił Wolszczan obecnych na konferencji dziennikarzy. Na potwierdzenie jego słów nie trzeba było długo czekać. W marcu dwa zespoły badawcze poinformowały, że udało im się po raz pierwszy sfotografować dalekie planety w ich własnym, a raczej odbitym przez nie, świetle. W czerwcu świat obiegła wiadomość o znalezieniu przez amerykańskich astronomów nie nazwanej jeszcze planety
krążącej wokół gwiazdy Gliese 876 w gwiazdozbiorze Wodnika. Jest ona zaledwie siedmiokrotnie większa od Ziemi i prawdopodobnie jak ona zbudowana ze skalnego materiału. Potem prasa doniosła o odkryciu dwu nowych planet. Jednej, znajdującej się w stadium narodzin, w gwiazdozbiorze Hydry, i innej, krążącej wokół gwiazdy w gwiazdozbiorze Herkulesa, o masie siedemdziesięciokrotnie większej od Ziemi.

A w połowie lipca tygodnik „Nature” opublikował odkrycie innego Polaka, Macieja Konackiego, który zidentyfikował szczególnie egzotyczną egzoplanetę w gwiazdozbiorze Łabędzia. Planeta ta, mniej więcej wielkości Jowisza, wyróżnia się tym, że ma trzy słońca (wywiad z Konackim poniżej).

Głównym motywem uczonych nie jest, oczywiście, poszukiwanie diamentów na pozasłonecznych planetach. Chodzi o coś cenniejszego i bardziej fascynującego niż wszystkie mineralne bogactwa świata – o życie. Możliwość jego występowania, a zwłaszcza życia rozumnego, poza naszym Układem Słonecznym była od tysiącleci przedmiotem rozważań filozofów i teologów. „Już starożytni Grecy” nie mogli na ten temat dojść do zgody. Atomiści, w osobach Demokryta, Epikura i Lukrecjusza, byli przekonani o wielości światów zamieszkanych przez żywe istoty. Przekonanie to wynikało raczej z ich antyreligijnego materializmu niż z jakichś naukowych przesłanek. Przeciwko sobie mieli nie byle jakie autorytety, bo samego Arystotelesa. Ten z kolei propagował model skończonego i zamkniętego Wszechświata, w którym było miejsce tylko na jedną zamieszkaną Ziemię – leżącą, jak pamiętamy, w jego centrum.

Kościół katolicki, który wraz z tryumfem chrześcijaństwa zaczął dominować w europejskim życiu intelektualnym wieków średnich, nie zajął w kwestii wielości światów zdecydowanego stanowiska doktrynalnego, a nawet w pewnej mierze przychylny był koncepcji Arystotelesa. Jednak w 1277 r. biskup Paryża Étienne Tempier potępił jego pogląd, iż „pierwsza przyczyna rzeczy nie może stworzyć więcej niż jeden świat”. Bóg jest w końcu wszechmogący. Nawiasem mówiąc, muzułmanie nie mieli wątpliwości w tej kwestii, bo Koran wyraźnie mówi, że „błogosławiony jest Allah, pan światów”, a nie tylko jednego skromnego świata.

W czasach nam bliższych, w epoce Oświecenia, na debatę o wielości światów wywarł wielki wpływ francuski pisarz, filozof i wybitny popularyzator nauk Bernard de Fontenelle. Siedemdziesiąt lat po nim za istnieniem pozasłonecznych planet opowiedział się Immanuel Kant. Dzisiejsi astronomowie są więc kontynuatorami starej i szacownej intelektualnej tradycji. Rozważania na temat dalekich planet pozostawały jednak czystymi spekulacjami do czasu, kiedy można było znaleźć naukowy dowód ich obecności w kosmosie. Ten przełomowy moment nastąpił niedawno i wielką rolę odegrali w tym polscy uczeni. Wspomniany już Aleksander Wolszczan, uważany za autora pierwszego potwierdzonego odkrycia pozasłonecznych układów planetarnych, sławę swą zawdzięcza badaniom w 1992 r. astronomicznego obiektu o tajemniczej nazwie PSR B 1257+12. Nie była to typowa gwiazda podobna do naszego Słońca, lecz tak zwany pulsar, czyli bardzo skondensowana i szybko obracająca się wokół swej osi pozostałość po gwiezdnej eksplozji. Pulsary są obiektami o
szczególnych właściwościach – to niezwykle gęste gwiazdy neutronowe, które wysyłają w przestrzeń, w regularnych odstępach czasu, sygnały radiowe. Badając niewielkie zakłócenia częstotliwości tych sygnałów Wolszczan i jego koledzy byli w stanie dowieść, że badany system zawiera trzy planety i oszacować ich rozmiary. Sąsiedztwo gwiazdy neutronowej nie jest środowiskiem gościnnym dla życia, lecz sensacyjne odkrycie Wolszczana było dowodem, że pozasłoneczne planety nie tylko istnieją, ale są prawdopodobnie bardzo liczne. Do dziś, jak sprawdzić można w internetowym katalogu prowadzonym przez najsłynniejszego poszukiwacza ziemiopodobnych egzoplanet Geoffreya Marcy z Berkeley (www.exoplanets.org), zidentyfikowano ich ok. 170.

Czy najnowsze odkrycia astronomii potwierdzają możliwość istnienia życia poza naszą planetą? Choć są potężnym bodźcem dla naszej wyobraźni i sprawcą narodzin nowej dyscypliny naukowej zwanej astrobiologią, bezpośrednich dowodów świadczących o życiu poza Ziemią na razie nie ma. Samo powstanie astrobiologii stworzyło jednak zupełnie nowy kontekst dla dociekań ziemskich paleontologów i ewolucjonistów głowiących się nad wciąż pełną zagadek historią życia na naszej planecie. Badania ich przybrać mogą charakter porównawczy. Analizując warunki, w jakich mogły się pojawić i ewoluować żywe ziemskie organizmy – aż do powstania największego dziwu natury Homo sapiens – będą mogli odwoływać się już nie tylko do innych planet naszego Układu Słonecznego, lecz do praktycznie nieskończonej liczby innych możliwych światów. Czy nasz jest typowy i nie odróżnia się od innych planetarnych układów niczym szczególnym? A może przeciwnie – życie na Ziemi jest wynikiem jakiegoś kosmicznego „cudu”, niebywale mało prawdopodobnego zbiegu
okoliczności?

Do badaczy, którzy z uporem stawiają to pytanie, należy para profesorów z University of Washington, paleontolog Peter D. Ward i astronom Donald Brownlee. Są oni także autorami dwu znakomitych książek popularnonaukowych poświęconych astrobiologii: „Rare Earth: Why Complex Life is Uncommon in the Universe” (Rzadka Ziemia: dlaczego złożone formy życia są czymś niezwykłym we Wszechświecie) oraz „The Life and Death of Planet Earth: How the New Science of Astrobiology Charts the Ultimate Fate of Our World” (Życie i śmierć planety Ziemi: co astrobiologia wróży ostatecznej przyszłości naszego świata).

Odpowiedź na nurtujące nas pytanie, jaką obaj naukowcy proponują, nie jest radykalnie prosta. Zwracają oni uwagę na fakt, że biolodzy wciąż odkrywają na Ziemi organizmy, zwane ekstremofilami, które przetrwać mogą, a nawet rozmnażać się w warunkach nie tak dawno uważanych za wrogie dla życia. Prymitywne mikroorganizmy zamieszkują w beztlenowych głębinach ziemi, w wulkanicznych źródłach na dnie oceanów, w temperaturach przekraczających 100 st. C lub nawet poniżej zera. Niektóre odporne są na wysokie dawki promieniowania jonizującego, inne potrafią przetrwać długotrwałe susze. Innymi słowy, wydaje się, że życie, jakie znamy na Ziemi, jest zdolne nawet do podróży międzyplanetarnych i mogło trafić na Ziemię jako pasażer spadających meteorytów. W kosmosie krążyć więc mogą „ziarna życia” szukające sprzyjających warunków dla swego dalszego rozwoju. Tym tłumaczy się, być może, znany przez paleontologów fakt, że pierwsze prymitywne organizmy pojawiły się na naszej planecie zadziwiająco krótko po jej powstaniu. *
Ziemska sekwencja zdarzeń*

Prymitywne jest tu jednak terminem kluczowym. Te wczesne formy ziemskiego życia Ward i Brownlee porównują do wystruganej z kawałka drewna łódki-zabawki. Proces ewolucji, który sprawił, że w ciągu miliardów lat z tych prostych łódek powstały gigantyczne i skomplikowane transoceaniczne statki, wymagał spełnienia dość niezwykłych warunków. Ziemskie środowisko musiało zachować stabilność w ściśle określonych granicach – przede wszystkim po to, by zapewnić istnienie wody w stanie płynnym oraz właściwy skład atmosfery. Wśród wielu czynników, jakie na istnienie tego homeostatu miały wpływ, nie do końca doceniony był do niedawna fakt, że ziemskie kontynenty nieprzerwanie od miliardów lat wędrują. Dzięki temu dryfowi kontynentów, opisanemu przez nowoczesną teorię wielkich płyt tektonicznych, istnieją lądy, a skorupa ziemska jest regularnie odnawiana przez ruchy górotwórcze i wielkie geochemiczne cykle zapewniają stabilność atmosfery.

Tektonika płyt jest, w naszym przynajmniej układzie planetarnym, unikatowym atrybutem Ziemi. Nie występuje ani na Wenus, ani na Marsie. Jej wyjątkowość jest właściwie nadal zagadką. Niektórzy uczeni sądzą, że dla zainicjowania ruchu kontynentów konieczne było powstanie naszego Księżyca, który oderwany został, jak się wydaje, od Ziemi w wyniku astronomicznej kolizji z obiektem o masie Marsa. Ten stosunkowo wielki księżyc jest też wyjątkowym przywilejem naszej planety.

Istnienie Księżyca i dryf kontynentów to, powiedzieć można, jedynie wstępne warunki do pomyślnego rozwoju życia na Ziemi. Aby z prymitywnych, jednokomórkowych mikrobów powstały wielokomórkowe organizmy, a w końcu zwierzęta i myślące kręgowce, potrzebna była cała sekwencja zdarzeń. Owe pierwotne organizmy, których potomkowie jeszcze dziś zamieszkują Ziemię, charakteryzują się bardzo powolną ewolucją. Po to, aby zmusić życie do przyjęcia form bardziej złożonych, potrzebna była silna i ponawiająca się presja środowiska wymuszająca przyspieszoną selekcję. Jak się więc dziś przypuszcza, rozwój życia na Ziemi był bezpośrednio związany z serią ekologicznych katastrof, które dały ewolucji biologicznej niezbędny impuls. Kilkakrotnie cała nasza planeta zamarzała, wiele razy spadające na jej powierzchnię komety lub meteoryty powodowały gwałtowne zaburzenie środowiska trwające często tysiące lat.

Tajemnicą ostatecznego powodzenia ziemskiego życia było to, że katastrofy te, choć spowodowały co najmniej dziesięć masowych wymierań istniejących gatunków, nigdy nie osiągnęły takich rozmiarów, by doprowadzić do całkowitej sterylizacji Ziemi. Proces ewolucji wymaga długiego czasu. Od powstania Wszechświata przed mniej więcej 14 mld lat nie było go tak wiele, by życie ziemskie mogło pozwolić sobie na nowy start od zera.

Wiemy dziś na pewno o istnieniu około 170 pozasłonecznych planet, a ich ostateczna liczba może być rzeczywiście astronomiczna. Czy jednak nawet wśród tych niezliczonych egzoplanet znajdą się takie, które spełnią wszystkie niezbędne warunki do rozwoju wyższych form życia? Warunków tych jest tak wiele, że samo ich wyliczenie wymagałoby napisania całej książki. Konkluzja, do jakiej dochodzą więc Ward i Brownlee, jest taka: kiedy odkryjemy wreszcie jakąś „żywą” planetę, to jej „gospodarzami” będą najprawdopodobniej jakieś beztlenowe mikroby tworzące barwny śluz na brzegu dalekiego pozaziemskiego oceanu.

Krzysztof Szymborski