KTU fizikos mokslininkas V. Stankus: alternatyvios gyvybės formos Visatoje – kiek tai tikra?

Mūsų neaprėpiama Visata visada viliojo žmoniją savo nepažintu pasauliu. Noras bent kiek praskleisti paslapčių šydą neišnyko ir šiandien. Veikiau atvirkščiai, jis dar labiau sustiprėjo, nes dabar tam pasitelkiamos pažangios tyrimų technologijos, kurios suteikia galimybę pažvelgti į pačius tolimiausius Visatos kampelius.

Todėl žmonija nuolat grįžta prie tų pačių klausimų: ar gali egzistuoti kitos gyvybės formos už Žemės ribų ir, jeigu taip, tai kokios jos?

Spekuliacijų apie neatpažintus skraidančius daiktus ir esamas gyvybės formas tolimosiose žvaigždėse tikrai netrūksta. Bet pabandykime apie tai pasvarstyti kartu su Kauno technologijos universiteto Matematikos ir gamtos mokslų fakulteto (KTU MGMF) Fizikos katedros docentu dr. Vytautu Stankumi bei pažvelgti į šią temą iš mokslinės perspektyvos.

– Ar yra kitų planetų, be Žemės, kurių spindulį, masę ir orbitos charakteristikas mokslininkai yra aiškiai ištyrę? Ir, jeigu taip, tai kokioje sistemoje jos yra?

– Jei kalbame apie planetas už Saulės sistemos ribų, vadinamąsias egzoplanetas, šiuo metu jų atrasta apie šešis tūkstančius, iš kurių kiek daugiau nei penki tūkstančiai jau yra patvirtintos.

Jos skrieja maždaug 4,5 tūkstančio skirtingų žvaigždžių sistemų. Pirmoji tokia planeta buvo atrasta dar 1995 metais, tad stebėjimų istorija jau pakankamai ilga.

Didžioji dalis šių planetų aptikta maždaug 25 tūkstančių šviesmečių spinduliu nuo mūsų. Tai maždaug pusė Paukščių Tako galaktikos. Žinoma, tai nereiškia, kad tiek planetų egzistuoja šiame regione, tiesiog tiek šiandien galime patikimai užfiksuoti.

Iš esmės jau žinome, kad beveik kiekviena žvaigždė turi planetų, net ir pačios artimiausios mums. Apie daugumą patvirtintų egzoplanetų žinome gana nemažai – jų masę, orbitą, metų trukmę, o kai kurių net atmosferos sudėtį.

Ir čia prasideda įdomioji dalis

Daugelis jų visiškai nepanašios į tai, ką matome Saulės sistemoje. Yra planetų, kuriose lyja stiklu, kitose vienu metu matomi trys saulėlydžiai, kai kur metai trunka vos kelias valandas. O kai kurios lėtai spirale krinta į savo žvaigždę. Didžioji jų dalis, žinoma, yra šaltos ir gyvybei netinkamos.

Tačiau iš visų žinomų egzoplanetų kelios dešimtys turi kietą paviršių ir patenka į vadinamąją gyvenamąją zoną, kur teoriškai galėtų egzistuoti skystas vanduo.

Tai dar nereiškia, kad ten yra gyvybė, bet tokios planetos laikomos daugiau ar mažiau panašiomis į Žemę. Apskritai, lyginant su daugeliu kitų sistemų, Saulės sistema atrodo keistai tvarkinga. Keturios uolėtos planetos viduje, po jų – dujiniai milžinai, beveik apskritiminės orbitos ir bendra plokštuma. Panašu, kad tokia struktūra Visatoje yra greičiau išimtis nei taisyklė.

– Kokios yra būtinos sąlygos skleistis gyvybei už Žemės ribų? Ar tokios planetos būtinai turi būti panašios į Žemę, pavyzdžiui, pagal fizikines ir chemines savybes?

– Čia jau astrobiologijos sritis. Jei kalbame apie mums pažįstamą gyvybės formą – anglies pagrindu su vandeniu kaip tirpikliu, – tada sąlygos iš tiesų turi būti gana panašios į Žemės.

Temperatūros svyravimai turi vykti aplink vandens lydymosi tašką, planeta turėtų būti panašios masės, su stabiliu ašiniu sukimu, tinkamos cheminės sudėties ir turėti nuolatinį energijos šaltinį, dažniausiai žvaigždę.

Visa tai lemia planetos padėtis aplink savo žvaigždę, tačiau ir pačios žvaigždės labai skiriasi: vienos gali būti per karštos, kitos – per šaltos, skiriasi jų spinduliuotės spektras ir aktyvumas.

Galiausiai labai svarbus veiksnys yra laikas

Žemėje, esant palankioms sąlygoms, pirmosios gyvybės užuomazgos atsirado maždaug po pusės milijardo metų. O sudėtinga gyvybė – tik po maždaug dviejų milijardų metų.

Tačiau šiuolaikinis mokslas sako, kad planetos nebūtinai turi būti beveik identiškos Žemei. Svarbiau tai, ar jos atitinka tam tikras universalias fizines ir chemines sąlygas.

Visų pirma reikalinga skysta terpė, kurioje molekulės galėtų judėti – ir tai nebūtinai turi būti vanduo. Be energijos šaltinio bet kokie cheminiai procesai greitai pasiektų pusiausvyrą ir sustotų.

Gyvybė iš esmės gyvena ne pusiausvyroje, todėl reikalingi cheminiai disbalansai, temperatūriniai gradientai, energijos srautai, tokie kaip dienos ir nakties ciklai.

Ir galiausiai būtina sąlyga yra struktūrų, galinčių kaupti ir perduoti žinias, susiformavimas. Žemėje šią funkciją atlieka DNR ir RNR molekulės, tačiau nebūtinai jos turi būti tokios pačios ir kitur – svarbu ne forma, o pati žinių perdavimo funkcija.

– Jūs minėjote, kad gyvybei vienas iš būtinų bruožų yra vanduo, bet mokslui jau yra žinoma, kad Jupiterio ir Saturno palydovai turi požeminius, apgaubtus ledu, vandenynus. Kiek būtų realu daryti prielaidas, kad tuose požeminiuose vandenynuose galimi gyvybės požymiai?

– Europa, Enceladas, Ganimedas, Kalista ir Titanas turi ilgalaikius poledinius skystus vandenynus, kurių amžius siekia kelis milijardus metų. Juos šildo potvyninė energija ir, labai tikėtina, hidroterminiai šaltiniai. O skystame vandenyne vyksta nuolatinis maišymasis, sukuriantis cheminį disbalansą.

Kitaip tariant, kelios esminės sąlygos, reikalingos gyvybei, ten yra įvykdytos. Todėl prielaida, kad šiuose vandenynuose galimi gyvybės požymiai, nėra gryna spekuliacija – tai moksliškai pagrįsta hipotezė.

Iš išvardytų palydovų tikriausiais kandidatais laikomi Enceladas ir Europa, nes jų vandenynai, panašu, tiesiogiai liečiasi su uolėtu dugnu. Tai labai svarbu, nes aktyvi geochemija, be kurios gyvybė sunkiai įsivaizduojama, vyksta būtent vandens ir uolienų sąveikos zonoje.

„Cassini“ zondas Encelade aptiko ne tik anglies dioksidą, bet ir sudėtingus organinius junginius. O tai dar labiau sustiprino susidomėjimą šiuo palydovu.

Tačiau problemos prasideda ne tiek svarstant, ar gyvybė ten galėtų egzistuoti, kiek bandant ją aptikti. Jei tai mikrobinė gyvybė, ji gali būti labai reta, lokalizuota giliai po vandenynu, galbūt netoli hidroterminių šaltinių. Ir todėl itin sunkiai pasiekiama. Atsakymo į klausimą, ar šiuose palydovuose iš tiesų egzistuoja gyvybė, dar teks palaukti.

Tačiau pats atradimas turėtų milžinišką reikšmę. Jei būtų rasta net primityvi mikrobinė gyvybė, tai reikštų vieną labai svarbų dalyką – gyvybė Visatoje nėra išskirtinė ir greičiausiai atsiranda visur, kur leidžia fizika. Priešingu atveju, jei net tokiose palankiose aplinkose gyvybės nebūtų, tektų rimtai svarstyti, kad ji Visatoje yra itin reta.

– Ar tikra, kad mokslininkams ir tyrėjams pavyktų aptikti gyvybę toli nuo mūsų jau artimiausiame šimtmetyje?

– Hipotetiškai gyvybės formos gali būti ne tik vandens, bet ir kitų skysčių – metano, etano ar amoniako – pagrindu. Mokslinėje fantastikoje net svarstomi vadinamieji „plazminės gyvybės“ sumanymai, kurie labiau primintų savirengtas fizines struktūras.

Tačiau net ir teoriškai tokios sistemos susiduria su esmine problema – žinių reprodukcija ir evoliucija, be kurių gyvybė neįmanoma.

Galima kelti klausimą, ar tokios struktūros galėtų būti mums visiškai nepažįstamo mastelio. Pavyzdžiui, šviesmečių dydžio ir milijardus kartų lėtesnės už mums įprastus procesus.

Tačiau tokiu atveju tikėtumėmės stebėti bent jau nepaaiškinamus struktūrinius ar energetinius pėdsakus. Kol kas nieko panašaus neaptikta. Todėl tiek plazminės, tiek mineralų pagrindu egzistuojančios gyvybės formos lieka labiau filosofinių spekuliacijų srityje.

Grįžtant prie mums pažįstamos cheminės gyvybės – nėra jokių įrodymų, kad jos Visatoje nėra. Net tikimybiškai žvelgiant, žvaigždžių skaičius Visatoje yra milžiniškas – artimas Avogadro skaičiui, apie 10²³.

Net jei manytume, kad gyvybė atsiranda itin retai, pavyzdžiui, tik vienoje iš milijardo planetų, tai vis tiek reikštų šimtus tūkstančių milijardų galimai „gyvų“ pasaulių. Tarp jų, žinoma, tam tikra dalis galėtų turėti ir protingas gyvybės formas.

Problema ta, kad neturime jokio patikimo atskaitos taško – nežinome net elementarios gyvybės atsiradimo tikimybės palankiomis sąlygomis. Tačiau dar didesnė problema yra atstumai. Jei paaiškėtų, kad vadinamosios kirmgraužos iš principo neįmanomos, galėtume teigti, jog Visata „sutverta“ taip, kad gyvybės formos būtų amžinai atskirtos viena nuo kitos.

Tiesioginės kelionės į kitas žvaigždes kosminiais laivais yra praktiškai beprasmiškos – jos truktų tūkstančius metų. O net keliaujant artimu šviesos greičiui, grįžus į Žemę, čia būtų praėję šimtai tūkstančių metų.

Tai sukelia labai keistą jausmą – lyg tai būtų padaryta sąmoningai

Tai gana pesimistiškas vaizdas, bet kol kas jis atitinka mūsų patirtį ir paaiškina vadinamąjį Visatos tylos ar vienatvės pojūtį.

Žinoma, jeigu egzistuotų natūralios ar kitų civilizacijų sukurtos kirmgraužos, padėtis iš esmės pasikeistų. Tačiau net ir tokiu atveju lieka klausimas – kas galėtų per jas atkeliauti ir ar tai būtų mūsų interesuose?

Patiems naudotis ne savo sukurtomis kirmgraužomis nepatartų nė vienas fizikas. Net jei kelionė būtų sėkminga, ji greičiausiai būtų vienpusė, nes galėtume atsidurti nežinomoje galaktikoje, galbūt net milijonų metų ateityje.

Kada žmonija įvaldys tokias technologijas?

Apie laiką galima bus kalbėti tada, kai apskritai atsiras toks noras. Šiuo metu žmonija, panašu, nebesvajoja apie žvaigždes. Vis dėlto reikia prisiminti, kad mokslo raida niekada nebuvo tiesinė – paradigmos keitėsi staigiai ir netikėtai. Todėl, nors šiandieninis vaizdas atrodo niūrokas, ateitis nebūtinai privalo būti tokia pati.