Hur kan vår planet ha varit beboelig i miljardtals år?
SIGNERAT: TOBY TYRRELL
Handlar det om ren tur, eller vad? undrar Toby Tyrrell.
Det tog evolutionen minst tre miljarder år att frambringa Homo sapiens. Om klimatet hade gått helt överstyr bara en enda gång under den tiden, skulle evolutionen ha upphört, allt liv hade dött ut och vi hade inte funnits här nu. För att förstå hur det kommer sig att vi faktiskt existerar på jorden i dag, måste vi försöka kartlägga hur vår planet lyckades upprätthålla tillräckligt goda förutsättningar för liv fortlöpande under flera miljarder år.
Detta är inget trivialt problem. Den nuvarande globala uppvärmningen visar att klimatet kan förändras avsevärt på bara några hundra år. Under geologiska tidsåldrar på hundratals miljoner år är det givetvis ännu lättare hänt att klimatet omvandlas radikalt.
Vi vet också att solen lyser 30 procent starkare i dag än när livet först utvecklades. I teorin borde detta ha fått haven att koka bort för länge sedan, med tanke på att de i allmänhet inte var frysta när planeten var ung. Denna synbara oförenlighet mellan olika fakta är känd som the faint young sun paradox (paradoxen med den svaga unga solen).
MEN PÅ NÅGOT sätt löstes detta beboelighetspussel. Forskare har lanserat två huvudteorier. Den första är att jorden kan råka ha något som liknar en termostat – en eller flera återkopplingsmekanismer som förhindrar att klimatet någonsin drar iväg till dödliga temperaturer.
Den andra är att några få planeter – av de miljarders miljarder som finns – klarar sig av ren tur och att jorden råkar vara en av dem. Detta andra scenario blir mer troligt av de senaste decenniernas upptäckter av mängder med planeter utanför vårt solsystem, så kallade exoplaneter. Många stjärnor har planeter med en sådan storlek, densitet och avstånd från sin stjärna att temperaturer som är lämpliga för liv är åtminstone teoretiskt möjliga. Bara i vår galax, Vintergatan, visar uppskattningar att det kan finnas minst två miljarder sådana planeter.
Forskare skulle gärna vilja sända obemannade rymdsonder till dessa planeter för att undersöka om någon av dem har matchat jordens flera miljarder år av klimatstabilitet. Men även de närmaste exoplaneterna, de som kretsar kring stjärnan Proxima Centauri, befinner sig mer än fyra ljusår bort. Än så länge har vetenskapen inte tillgång till metoder som möjliggör detaljerade närstudier av dessa planeter.
I stället har jag försökt belysa samma fråga genom modellering. Med hjälp av ett datorprogram som är utformat för att simulera klimatutvecklingen på planeter i allmänhet (alltså inte bara på jorden) genererade jag först 100 000 planeter, var och en med en slumpmässig uppsättning klimatåterkopplingar. Klimatåterkopplingar är processer som påskyndar eller dämpar klimatförändringar. Ett exempel på en sådan förstärkande process är att uppkommen värme leder till havssmältning i Arktis, vilket ersätter solljusreflekterande is med solljusabsorberande öppet hav, vilket i sin tur orsakar ännu mer uppvärmning och ännu mer avsmältning.
För att undersöka hur sannolikt det är att någon eller flera av dessa olika planeter skulle vara beboeliga över enorma geologiska tidsskalor simulerade jag var och en av de 100 000 planeterna 100 gånger. Vid varje ny simulering startade planeten från en ny initial temperatur och utsattes för en slumpmässig uppsättning klimathändelser. Dessa händelser representerar faktorer som supervulkanutbrott (alltså långt kraftfullare än Mount Pinatubos utbrott som år 1991 sänkte jordens medeltemperatur med 0,6 grader) och massiva asteroidnedslag (som det som dödade dinosaurierna för 64 miljoner år sedan). På var och en av de 100 datakörningarna följde jag planetens temperatur tills den blev alltför varm eller alltför kall och därmed livlös – eller tills den hade överlevt under tre miljarder år, efter vilken tidpunkt jag bedömde att den kunde ha varit en möjlig bärare av intelligent liv.
SIMULERINGSRESULTATEN ger ett tydligt svar på beboelighetsfrågan, åtminstone när det gäller vikten av återkopplingar och tur. Det var så sällsynt att det faktiskt inträffade endast 1 enda gång av de 100 000 att en planet hade så starka stabiliserande återkopplingar att den förblev kontinuerligt livsvänlig i samtliga 100 simuleringar. Faktum är att de flesta planeter som förblev beboeliga minst 1 gång av 100 gjorde det färre än 10 gånger. Vid så gott som varje simulering som ledde till att en planet förblev beboelig i tre miljarder år berodde det delvis på tur. Samtidigt visade sig tur i sig vara otillräcklig. Och planeter som var utformade för att inte ha några återkopplingar alls förblev inte i ett enda fall kontinuerligt livsvänliga över de tre årmiljarderna.
Detta övergripande resultat, att resultaten beror delvis på återkopplingar och delvis på tur, är vetenskapligt robust. Jorden, som ju förblivit livsvänlig i tre miljarder år, måste därför ha både vissa klimatstabiliserande återkopplingar och samtidigt ha haft viss tur. Om till exempel en asteroid eller solstorm hade varit bara något större än den faktiskt var, eller hade inträffat vid en känsligare tidpunkt, skulle vi förmodligen inte finnas här på jorden i dag.
Artikeln har tidigare publicerats på theconversation.com.
Ta del av samtalet! Bli prenumerant och
få Sans direkt hem i brevlådan.