Den unika jordhypotesen är ett föreslaget svar på Fermi-paradoxen , vilket förklarar varför utseendet på en planet som jorden bör anses vara mycket osannolikt. Om hypotesen om sällsynta jordartsmetaller stämmer är bara ett fåtal planeter i galaxen, kanske bara en, beboelig. Det finns många anledningar till varför jordliknande planeter kan vara mycket sällsynta. Dessa orsaker inkluderar den långsiktiga instabiliteten hos planetbanor och solsystem, ganska frekventa planetkatastrofer, etc. [1] Tillsammans med antagandet att närvaron av en jordisk planet är en nödvändig förutsättning för uppkomsten av högt utvecklade livsformer, detta skulle förklara frånvaron av tecken på existensen av utomjordiska civilisationer.
Den unika jordhypotesen beskrevs först i boken Rare Earth : Why Complex Life Is Uncommon in avochWardPeterpaleontologenavUniversethe Donald Brownlee [ 2 ] . Ward och Brownlee använde den utökade Drake-ekvationen för att bevisa att förekomsten av en planet med jordiska egenskaper i universum bör betraktas som en otroligt sällsynt händelse.
Det antas att det mesta av det observerbara universum, inklusive större delen av vår galax, är en "död zon" som inte kan stödja komplext liv. De delar av galaxen där komplext liv är möjligt utgör den galaktiska beboeliga zonen , som främst kännetecknas av dess avstånd från det galaktiska centrumet.
Avstånd från det galaktiska centrumet är nödvändigt av följande skäl:
Följaktligen kommer de flesta av de galaxer som upptäckts av forskare med en hög täthet av stjärnor och frekventa supernovaexplosioner oundvikligen att vara döda zoner [4] .
Dessutom måste planetsystemet självt, som är beboeligt, behålla sin gynnsamma position tillräckligt länge för utveckling av komplext liv. En stjärna med en excentrisk (elliptisk eller hyperbolisk) galaktisk bana under sin livstid kommer inte en enda gång att passera den sk. spiralarmar är ogynnsamma regioner med en hög täthet av stjärnor. Av detta följer slutsatsen att stjärnan måste ha en lämplig galaktisk bana. Detta begränsar galaxens beboeliga zon till ett ganska smalt område. Forskare uppskattar att denna zon är en ring med en radie på 7 till 9 kiloparsecs , inklusive inte mer än 10% av stjärnorna i Vintergatan, det vill säga från cirka 20 till 40 miljarder stjärnor. Vissa tenderar att halvera denna siffra; enligt deras uppskattningar faller inte mer än 5 % av Vintergatans stjärnor in i den beboeliga galaktiska zonen [5] [6] .
Ungefär 77 % av de galaxer vi observerar är spiralformade, två tredjedelar av alla spiralgalaxer har en sk. bar, och mer än hälften av dem, som Vintergatan, har flera armar. Enligt hypotesen är vår galax väldigt lugn och mörk, vilket är mycket sällsynt (cirka 7 % av alla galaxer som upptäckts av mänskligheten) [7] [8] [9] . Men trots det är den andelen cirka 200 miljarder galaxer i det kända universum .
Vår galax är också unik genom att den inte har kolliderat med andra galaxer på 10 miljarder år, och potentiellt kan sådana kollisioner orsaka supernovaexplosioner och andra globala katastrofer [10] . Dessutom visar det supermassiva svarta hålet i mitten av Vintergatan inte överdriven aktivitet [11] .
Solens bana runt Vintergatans centrum är nästan perfekt cirkulär, med en period på 226 miljoner år, som exakt matchar rotationsperioden för själva galaxen. Enligt hypotesen har vår sol sällan, om någonsin, passerat genom spiralarmarna. Å andra sidan har astronomen Karen Masters beräknat att solen faktiskt passerar genom en stor spiralarm ungefär var 100:e miljon år, vilket sammanfaller med perioder av massutdöende på planeten [12] .
Att skapa en jordliknande planet och föra den till rätt tillstånd är en svår uppgift. Först bör den bildas nära en stjärna rik på metaller (i astrofysik kallas alla kemiska grundämnen tyngre än helium metaller [13] ). Metallfattiga stjärnor är inte kapabla att skapa något annat än gasjättar: det finns helt enkelt inte tillräckligt med material för att skapa jordliknande planeter i en gasnebulosa. Således är den yttre delen av galaxen utesluten . Å andra sidan, om stjärnan innehåller för många metaller, kommer de resulterande planeterna att bli för tunga, ackumulera voluminösa skal av gas som deras enorma gravitation kommer att hålla fast vid , och, återigen, bli gasjättar med en stor stenmetallkärna.
Stjärnan måste kretsa runt galaxens centrum i en cirkulär bana: en långsträckt bana kommer att göra att stjärnan kommer för nära galaxens energimättade kärna och utsätts för allvarlig strålningsexponering . Bildligt talat bör stjärnan leva i utkanten av galaxen, men inte i mitten och inte bortom [14] .
Efter att ha fått en stjärna med rätt metallicitet bör man se till att den kan ha beboeliga planeter. En het stjärna, som Sirius eller Vega , har en bred beboelig zon (en region där yttemperaturen på en planet skulle vara nära jordens), men det finns två problem: för det första är denna zon för långt från stjärnan, eftersom Planeter med en solid kärna kommer sannolikt att bildas nära stjärnan och utanför den beboeliga zonen. Detta utesluter dock inte möjligheten av livets ursprung på gasjättarnas satelliter: heta stjärnor avger tillräckligt med ultraviolett , som tillräckligt kan jonisera atmosfären på vilken planet som helst. Ett annat problem med heta stjärnor är att de inte lever tillräckligt länge. Efter ungefär en miljard år (eller mindre) blir de röda jättar , vilket kanske inte lämnar tillräckligt med tid för högt utvecklat liv att utvecklas.
Kalla stjärnor har inte den bästa positionen. Den beboeliga zonen, lämplig för liv, kommer att vara smal och nära stjärnan, vilket avsevärt minskar chanserna att få en planet på rätt plats. Larm som uppstår på ytan av en kall stjärna kommer att översvämma planeten med strålning och jonisera dess atmosfär i inte mindre utsträckning än nära en het stjärna. Hårda röntgenstrålar blir också mer intensiva.
Således visar det sig att den "rätta" typen av stjärnor är begränsad till intervallet från F7 till K1 (se spektralklasser av stjärnor ). Dessa typer av stjärnor är sällsynta: G-stjärnor som solen utgör bara 5 % av stjärnorna i vår galax.
Efter att planeten har bildats inom den beboeliga zonen måste en himlakropp ungefär lika stor som Mars kollidera med den (enligt månens modell för stötbildning ). Utan en sådan kollision bildas inga tektoniska plattor på planeten , eftersom den kontinentala skorpan täcker hela planeten och inte lämnar något utrymme för oceanisk skorpa. Kollisionen kan också leda till uppkomsten av en stor satellit som stabiliserar planetens rotationsaxel och till sammansmältning av planetens kärnor och himlakroppen, nödvändig för att bilda en supermassiv planetkärna, som kommer att generera en kraftfull magnetosfär som skyddar planetens yta från solstrålning [14] . Nyligen genomförda studier av Edward Belbruno och Richard Gott tyder på att en sådan himlakropp av rätt storlek skulle kunna bildas vid trojanska punkter i stjärnplanetsystemet ( L 4 eller L 5 ), vilket kanske gör denna händelse mer sannolikt.
Chansen att en asteroid kolliderar med det mest massiva föremålet i det binära systemet, som jorden och månen, är ganska små. De flesta asteroider kommer antingen att kastas helt eller träffa ett mindre massivt föremål: för att träffa en mer massiv kropp behöver du rätt kombination av hastighet och infallsvinkel. Således kommer en planet med en stor måne att vara bättre skyddad från kollisioner (även om slumpmässiga kollisioner kan vara nödvändiga, eftersom evolutionsteorin tillåter att en massutrotning kan påskynda utvecklingen av komplexa organismer). Ett nödvändigt villkor är också närvaron i stjärnsystemet av en stor gasjätte, såsom Jupiter , på grund av vilken "skräpet" som finns kvar i omloppsbana efter bildandet av planeterna kastas in i formationer som Kuiperbältet och Oortmolnet .
Livet tar en viss tid att utvecklas och nå en viss nivå av organisation. Frekventa kollisioner med stora asteroider förhindrar troligen uppkomsten av högorganiserade organismer. Livet i sig kommer sannolikt inte att försvinna, men de mest komplexa organismerna från de högre grenarna av evolutionen är mycket sårbara och dör lätt ut som ett resultat av en planetarisk katastrof. Evolutionsteorin om punkterad jämvikt säger att:
Fossiler tros visa att ekologisk jämvikt har uppnåtts på jorden flera gånger, första gången sedan den kambriska explosionen . Flera katastrofer som ledde till massutrotning av organismer kan vara nödvändiga för att evolutionen ska dyka upp på radikalt nya sätt att utvecklas, och för att livet ska undvika en situation där dess utveckling skulle stanna halvvägs till intelligent liv. Massutrotningen av dinosaurierna gjorde till exempel att däggdjur kunde ockupera sina ekologiska nischer, varefter evolutionen tog en ny väg.
Således är det uppenbart att de korrekta värdena för hundratals parametrar på planeten och stjärnsystemet behövs för att ett högorganiserat liv ska bli möjligt. Universum är otroligt stort, det överstiger avsevärt möjligheterna för mänsklig föreställning och förståelse, så det finns fortfarande en chans att det någonstans i universum finns en jordisk planet med mycket organiserat liv. Möjligheten att en sådan planet finns tillräckligt nära solen för att vi någonsin skulle kunna nå den eller få kontakt med dess invånare är praktiskt taget noll. Detta löser Fermi-paradoxen: vi ser inga tecken på utomjordisk intelligens , eftersom sannolikheten för uppkomsten av en annan jordisk planet som kan stödja mycket organiserat liv är försumbar även på galaxens skala.
Sannolikheten för att liv ska finnas kvar i miljarder år på en planet som liknar jorden är mycket liten. Små fluktuationer i solstrålningen och inte särskilt stora förändringar i vulkanisk aktivitet räcker för att förstöra livet på jorden. Under existensen av liv på jorden har solstrålningens intensitet ökat med 25 %. Om jordens atmosfär inte hade ändrat sin sammansättning under denna tid, skulle livet på jorden ha dött på grund av en temperaturökning på jorden med flera tiotals grader. Detta förhindrades av en minskning av vulkanisk aktivitet och den resulterande minskningen av innehållet av växthusgaser i jordens atmosfär [15] .
Antagandet att uppkomsten av högorganiserat liv endast är möjligt på jordiska planeter är föremål för den största kritiken. Vissa biologer, som Jack Cohen , anser att ett sådant antagande är för restriktivt och indikerar bristande förståelse (se kolchauvinism ). En detaljerad kritik ges i Jack Cohen och matematikern Ian Stewarts bok , Alien Evolution: The Science of Extraterrestrial Life [ ] .
Andra antaganden om den unika jordteorin kritiseras också: