EKSOPLANEETAT 1. Planeettasysteemien muodostuminen 2. Elämälle suotuisat planeettasysteemit 3. Elämälle suotuisat planeetat ja kuut 4. Löydetyt eksoplaneetat 5. Elämän tunnistaminen eksoplaneetoilta
UNIVERSUMI ALKURÄJÄHDYSTÄ (BIG BANG) SEURANNUT UNIVERSUMIN IKÄÄNTYMINEN JA LAAJENEMINEN TODISTEINA HAVAINNOT GALAKSIEN VALON PUNASIIRTYMÄSTÄ JA KOSMISESTA TAUSTASÄTEILYSTÄ KOLME AVARUUSULOTTUVUUTTA JA YKSI AIKAULOTTUVUUS (3D+1D) NELJÄ UNIVERSUMISSA VAIKUTTAVAA VOIMAA 1. VAHVA YDINVOIMA 2. HEIKKO YDINVOIMA 3. SÄHKÖMAGNEETTINEN VOIMA 4. GRAVITAATIO
ALKUAINEET HETI ALKURÄJÄHDYKSEN JÄLKEEN MUODOSTUI HELIUMIA JA VETYÄ (SEKÄ LITIUMIA) RASKAAMMAT ALKUAINEET RAUTAAN ASTI MUODOSTUNEET TÄHTIEN SISUKSISSA FUUSIOITUMALLA KEVYEMMISTÄ ALKUAINEISTA KORKEISSA LÄMPÖTILOISSA (VETY>HELIUM>HIILI>HAPPI>PII>RAUTA) RAUTAA RASKAAMPIEN ALKUAINEIDEN VALMISTAMISEEN TARVITAAN ENERGISIÄ PAIKKOJA (SUPERNOVARÄJÄHDYKSET, JÄTTILÄISTÄHTIEN PINNAT, TÄHTIENVÄLINEN AINE + KOSMISET SÄTEET, GALAKSIEN KESKUSTAT ) SUURIMASSAISET TÄHDET RÄJÄHTÄVÄT SUPERNOVINA LEVITTÄEN RASKAITA ALKUAINEITA YMPÄRISTÖÖNSÄ (MUODOSTAEN INTERSTELLAARISIA KAASU JA PÖLYPILVIÄ)
PLANEETTAKUNNAT PLANEETTAKUNNAN MUODOSTUMINEN ALKAA, KUN KAASU JA PÖLYPILVEN TIHEYS KASVAA NIIN SUUREKSI, ETTÄ SE ALKAA OMAN PAINOVOIMANSA JOHDOSTA LUHISTUMAAN LUHISTUVASTA KAASU JA PÖLYPILVESTÄ TIIVISTYY KESKELLE TÄHTI JA YLIJÄÄVÄSTÄ AINEESTA TÄHTEÄ KIERTÄVÄ KIEKKO, JOSTA PLANEETAT KERTYVÄT LÄHELLE KESKUSTÄHTEÄ MUODOSTUU KIVIPLANEETTOJA (RASKAITA ALKUAINEITA, KORKEA HÖYRYSTYMISLÄMPÖTILA) KAUEMMAS KESKUSTÄHDESTÄ MUODOSTUU KAASUPLANEETTOJA (KOOSTUVAT PÄÄOSIN VEDYSTÄ JA HELIUMISTA PLANETESIMAALIVAIHEESSA VOI KERTYÄ KOOSTUMUKSELTAAN MITÄ ERILAISIMPIA PLANEETTOJA (MATERIA PERÄISIN ERI ETÄISYYKSILTÄ KESKUSTÄHDESTÄ)
OIKEAN IKÄINEN UNIVERSUMI ELÄMÄ MAHDOLLISTA VAIN TIETYSSÄ UNIVERSUMIN KEHITYSVAIHEESSA (JOLLOIN ELÄMÄN KÄYTTÄMÄT RAKENTEET OVAT OLEMASSA) METALLIPITOISUUDEN (VETYÄ JA HELIUMIA RASKAAMMAT ALKUAINEET) KASVATTAMISEEN TARVITAAN KYMMENKUNTA TÄHTISUKUPOLVEA, JOHON KULUU AIKAA EHKÄ 10 MILJARDIA VUOTTA (HIILIPITOISUUS RIITTÄVÄ MONIPUOLISELLE BIOKEMIALLE) UNIVERSUMIN HIILIPITOISUUS RIITTÄVÄ VIELÄ AINAKIN 10 33 VUOTTA (UUSI HIILIPOHJAINEN ELÄMÄ MAHDOLLISTA TULEVAISUUDESSAKIN) MAAILMANKAIKKEUDEN EDELLEEN LAAJETESSA (KIIHTYVÄLLÄ VAUHDILLA) PLANEETTASYSTEEMIT JA GALAKSIT ALKAVAT HAJOTA LOPULTA PÄÄTYEN MUSTIIN AUKKOIHIN, JOTKA NEKIN LOPULTA HÖYRYSTYVÄT ENERGIATIHEYDEN KOKO AJAN LASKIESSA UNIVERSUMISSA
PARHAAT TÄHTI JA PLANEETTASUKUPOLVET UNIVERSUMIN IÄN KASVAESSA TÄHTIEN SYNTYNOPEUS PIENENEE VÄHEMMÄN UUSIA PLANEETTOJA SYNTYVÄT PLANEETAT EROAVAT (KESKIMÄÄRÄISELTÄ) KOOSTUMUKSELTAAN AIKAISEMMIN MUODOSTUNEISTA, SEURAUKSENA PUUTTUU EHKÄ VULKANISMI JA SITEN MYÖS ELÄMÄÄ SUOJAAVA MAGNEETTIKENTTÄ PARHAAT PLANEETAT ELÄMÄN KANNALTA VAIN TIETYNIKÄISESSÄ UNIVERSUMISSA
ELÄMÄLLE SUOTUISAT PLANEETTAKUNNAT ELÄMÄN PROSESSIN (ITSEORGANISOITUMISEEN JA EVOLUUTIOON KYKENEVÄN FYSIKAALIS KEMIALLISEN SYSTEEMIN) ALKAMISEEN, KEHITTYMISEEN JA SÄILYMISEEN VAIKUTTAVAT TEKIJÄT OSA ELÄMÄN VÄLTTÄMÄTTÖMISTÄ EHDOISTA ON LUONTEELTAAN YLEISIÄ (ESIM. RIITTÄVÄ METALLIPITOISUUS) OSA PUOLESTAAN TÄYSIN PAIKALLISIA, MAHDOLLISESTA BIOKEMIASTA JA OLOSUHTEISTA RIIPPUVAISIA (ESIM. SOPIVA LIUOTIN) VAIKEUTENA ETTÄ ELÄMÄN PROSESSIN (EVOLUUTIO) JA PLANEETTAKUNNAN MUUTTUESSA MONET EHDOISTA MUUTTUVAT (NYKYELÄMÄ EI TULISI TOIMEEN ALKUMAAPALLOLLA)
KESKUSTÄHDEN HYVIÄ OMINAISUUKSIA EHKÄPÄ EI KAKSOISTÄHTIÄ (TAI USEAMPIKERTAISIA), JOIDEN YMPÄRILLÄ OLOSUHTEET VAIHTELEVAT HELPOSTI RAUHALLISIA PÄÄSARJASSA PALAVIA TÄHTIÄ (VÄHÄN AKTIIVISUUTTA, EI MUUTTUJIA) PIENIMASSAISIA TAI AURINGONKALTAISIA (0.2 2 )x M aurinko, tuottavat riittävästi säteilyenergiaa, jotta planeetojen liuotin pysyy nestemäisenä, mutta säteilyn maksimiintensiteetti jää alle elämälle haitallisen UV säteilyn VAADITTU 1,7 MILJARDIN VUODEN IKÄÄ (ensin 700 miljoonaa vuotta meteoripommitusta ja loput 1 miljardia vuotta mahdollistanut elämän kehittymisen), PIENIMASSAISET TÄHDET PALAVAT PIENEMMÄLLÄ TEHOLLA JA OVAT SIKSI PITKÄIKÄISEMPIÄ
HYVIÄ KESKUSTÄHTIÄ TULEVAISUUDESSA PUNAISET KÄÄPIÖTÄHDET KEHITTYVÄT (POLTTAVAN ENERGIANSA) HITAASTI SINISIKSI KÄÄPIÖIKSI, ELÄMÄ MAHDOLLISTA KAUAN NÄIDEN TÄHTIEN PLANEETOILLA RUSKEAT KÄÄPIÖT (EPÄONNISTUNEET TÄHDET) VOIVAT TÖRMÄTÄ TOISIINSA, JOLLOIN NIIDEN YHTEISMASSA RIITTÄÄ YDINREAKTIOIDEN KÄYNNISTÄMISEEN (TÄHTI SYTTYY), ELÄMÄ MAHDOLLISTA NÄIN MUODOSTUVIEN TÄHTIEN PLANEETOILLA
PLANEETTOJEN HYVIÄ RATOJA PLANEETTA SIJAITSEE ELOKEHÄLLÄ (ETÄISYYSVÄLI KESKUSTÄHDESTÄ, JOLLA PLANEETTA VASTAANOTTAA JUURI SOPIVAN MÄÄRÄN AURINGONSÄTEILYÄ) HZ (HABITABLE ZONE) CHZ (CONTINUOUSLY HABITABLE ZONE) DHZ (DYNAMICALLY HABITABLE ZONE) VÄHÄEKSENTRISET RADAT (YMPYRÄRADAT JOILLA ETÄISYYS KESKUSTÄHDESTÄ PYSYY SAMANA) EI LIIAN LÄHELLÄ KESKUSTÄHTEÄ, JOTTEI PLANEETAN PYÖRIMINEN LUKKIUTUISI (SAMA PUOLISKO KOKO AJAN KOHTI KESKUSTÄHTEÄ)
VAKAA PLANEETTASYSTEEMI SYSTEEMIN STABIILISUUS 2:1 resonanssi (>20%:lla systeemeistä) miltei puolella systeemeistä jokin resonanssi stabiileja ratoja myös moninkertaisten tähtien ympärillä MASSIIVISET JUPITERIT SUOJANA siivoavat gravitaatiollaan asteroideja ja komeettoja pois jos jupiter 2 5 AU etäisyydellä, systeemissä enemmän planeettoja jääkö maankaltaisille planeetoille stabiileja ratoja eksentrisillä radoilla olevat jupiterit tuhoisia pienemmille planeetoille jupiterien migraatio (siirtyminen) elokehän halki (jos tuhoaa tai estää maankaltaisten muodostumisen elokehälle, niin systeemeistä vain muutama prosentti olisi elinkelpoisia)
ELINKELPOISET PLANEETAT JA KUUT KIVIPLANEETTOJA (ESIM. MARS) TAI KUITA (ESIM. JUPITERIN EUROPA JA SATURNUKSEN TITAN) PLANEETAN SISÄLLÄ JA PINNALLA RUNSAASTI RASKAITA ALKUAINEITA MONIPUOLISEN BIOKEMIAN PERUSTAKSI (TULIVUORTEN PURKAUKSET, LAATTATEKTONIIKKA) PLANEETTOJEN MUODOSTUESSA YLIJÄÄNEET KAPPALEET (ASTEROIDIT JA KOMEETAT) TÖRMÄILEVÄT PLANEETTOIHIN TUODEN ELÄMÄLLE TARPEELLISIA ALKUAINEITA JA MOLEKYYLEJÄ
ELÄMÄLLE VAIHTOEHTOISIA ENERGIALÄHTEITÄ ENERGIAN EI TARVITSE OLLA KESKUSTÄHDESTÄ PERÄISIN PLANEETAN JÄÄHTYMISLÄMPÖ RADIOAKTIIVISTEN AINEIDEN HAJOAMINEN PLANEETAN SISÄOSISSA VUOROVESIVOIMIEN AIKAANSAAMA KITKALÄMPÖ KEMOSYNTEESI (KUOREN MINERAALEISTA HAPETTAMALLA) KOSMISISTA SÄTEISTÄ (IONISOIVASTA SÄTEILYSTÄ)
PLANEETTOJEN JA KUIDEN ATMOSFÄÄRIT KASVIHUONEKAASUT ABSORBOIVAT SÄTEILYÄ JA SITEN NOSTAVAT PLANEETAN LÄMPÖTILAA ATMOSFÄÄREISSÄ (KAASUKEHÄT) ALKUAINEITA HELPOSTI ELÄMÄLLE KÄYTETTÄVÄSSÄ MUODOSSA ATMOSFÄÄRIT SUOJAAVAT PLANEETAN PINNAN ELÄMÄÄ HAITALLISELTA SÄTEILYLTÄ JA PIENILTÄ KAPPALEILTA PLANEETAN MASSAN OLTAVA RIITTÄVÄ PYSYVÄN ATMOSFÄÄRIN SÄILYTTÄMISEKSI
PLANEETTOJEN MASSAT sopivat planeettojen massat välillä 0.1 10 x M Maa atmosfäärin säilymiseksi (10 9 vuotta) planeetan minimimassa 0.1 M Maa 10 M Maa planeetalla on jo puhdas vety atmosfääri, mikä ei ehkä elämän esiintymisen kannalta paras mahdollinen atmosfäärin raskaammat alkuaineet edesauttavat sen säilymistä (ja ovat elämän kemialle tärkeitä) eksentrisillä radoilla atmosfäärin pysyttävä myös kun planeetta on periastrossaan (lähimpänä tähteä), jolloin keskustähden vetovoima erityisesti pyrkii hajoittamaan atmosfäärin
ELÄMÄÄ SUOJAAVIA TEKIJÖITÄ MERET SUOJAAVAT MERENPOHJAN JA KUOREN ELÄMÄÄ HAITALLISELTA SÄTEILYLTÄ JÄÄKERROS SUOJAA JA ERISTÄÄ MAHDOLLISTAEN SUOLAPITOISEN JÄÄNALAISEN MEREN PYSYMISEN SULANA PLANEETAN SISUKSISTA TULEVAN RADIOAKTIIVISEN HAJOAMISEN TUOTTAMAN ENERGIAN AVULLA PLANEETAN MAGNEETTIKENTTÄ SUOJAA AVARUUDESTA TULEVILTA VARATUILTA HIUKKASILTA PLANEETAN RIITTÄVÄN SUURI KUU TASAPAINOTTAA PLANEETAN PYÖRIMISAKSELIN SUUNNAN
ELÄMÄN RAKENNE JA LIUOTTIMET ELÄVÄSSÄ MATERIASSA KESKEISTÄ ON RAKENNE (KIINTEÄ OLOMUOTO, ATOMIEN JA MOLEKYYLIEN SOPIVAN LUJAT SIDOKSET) JA LIUOTIN (NESTEMÄINEN OLOMUOTO, JOSSA MOLEKYYLIT VOIVAT LIIKKUA JA REAKOIDA KESKENÄÄN) KYLMISSÄ LÄMPÖTILOISSA ESIM. PII PYSTYY REAGOIMAAN MUODOSTAEN BIOMOLEKYYLEIKSI SOPIVIA RAKENTEITA KORKEISSA LÄMPÖTILOISSA (LÄHELLÄ KESKUSTÄHTEÄ) LIUOTTIMENA VOI TOIMIA ESIM. RIKKIHAPPO MATALISSA LÄMPÖTILOISSA (KAUKANA KESKUSTÄHTEÄ) LIUOTTIMENA VOI TOIMIA ESIM. METAANI JA ETAANI MAA PLANEETAN ETÄISYYDELLÄ KESKUSTÄHDESTÄ HIILIPOHJAINEN VETTÄ LIUOTTIMENA KÄYTTÄMÄ ELÄMÄNMUOTO
PII PII (Si) PYSTYY MUODOSTAMAAN 1,2,3 JA 4 KERTAISIA KOVALENTTISIDOKSIA, KUTEN HIILIKIN PII ATOMIT EIVÄT KETJUUNNU HELPOSTI PIIN SIDOSTEN LUJUUS ON VAIN PUOLET HIILEN SIDOSTEN LUJUUDESTA PIIN MOLEKYYLIT HAJOAVAT HELPOSTI JA MUODOSTAVAT UUSIA MOLEKYYLEJÄ PIIN YHDISTEET ESIINTYVÄT LÄHINNÄ SIDOTTUINA MAANKUOREEN SOPIVAMPI KYLMIIN JA KORKEISIIN LÄMPÖTILOIHIN KUIN HIILI (Si:n sulamislämpötila +1415 o C) SILAANIT ( 185 o C 112 o C) SOPIVIA PIIYHDISTEITÄ MATALIIN LÄMPÖTILOIHIN
LIUOTTIMIA RIKKIHAPPO (H 2 SO 4 ) NESTEMÄISENÄ +10 o C +337 o C VESI (H 2 O), SUURI PINTAJÄNNITYS JA LÄMMÖNVARAUSKYKY, LAAJENEE JÄÄTYESSÄÄN, NESTEMÄISENÄ 0 o C +100 o C AMMONIAKKI (NH 3 ) NESTEMÄISESSÄ OLOMUODOSSA VÄLILLÄ 78 o C 33 o C METYYLIALKOHOLI (CH 3 OH) NESTEMÄISESSÄ OLOMUODOSSA VÄLILLÄ 98 o C +65 o C
LIUOTTIMIA METAANI (CH 4 ) NESTEMÄISENÄ VÄLILLÄ 182 o C 164 o C ETAANI (C 2 H 6 ) NESTEMÄISENÄ VÄLILLÄ 183 o C 89 o C TYPPI (N 2 ) NESTEMÄISENÄ VÄLILLÄ 210 o C 196 o C VETY (H 2 ) NESTEMÄISENÄ VÄLILLÄ 260 o C 253 o C
TUNNETUT EKSOPLANEETAT 253 KPL LÖYDETTYÄ EKSOPLANEETTAA (3.10.2007) 25 KPL USEAMMAN PLANEETAN MUODOSTAMAA SYSTEEMIÄ SUURIN OSA LÖYDETTY SÄTEISNOPEUSMITTAUS MENETELMÄLLÄ (HAVAINNOIMALLA SPEKTROSKOPISESTI KESKUSTÄHDEN LIIKETTÄ) ASTROMETRINEN, TRANSIT (YLIKULKU) JA IMAGING MENETELMÄT TULOSSA LÄHIVUOSINA VOIMAKKAASTI
EKSOPLANEETTOJA ON YHTÄ PALJON KUIN TÄHTIÄKIN VALTAOSALLA TÄHDISTÄ ON USEITA PLANEETTOJA LÖYDETYT EKSOPLANEETAT EIVÄT OLE EDUSTAVA OTOS OLEMASSAOLEVISTA PLANEETOISTA NYKYISILLÄ HAVAINTOLAITTEILLA PYSTYTÄÄN HAVAITSEMAAN SUURIMASSAISET LÄHELLÄ KESKUSTÄHTEÄÄN NOPEASTI KIERTÄVÄT PLANEETAT MAANKOKOISET KIVIPLANEETAT JA JÄTTILÄISPLANEETTOJEN KUUT JÄÄVÄT PÄÄSÄÄNTÖISESTI HAVAITSEMATTA EKSOPLANEETTOJA LÖYDETÄÄN KIIHTYVÄLLÄ TAHDILLA YHÄ ENEMMÄN (VUOSIKYMMENEN KULUESSA MÄÄRÄ KASVANEE SATOIHIN TUHANSIIN)
MAANKALTAISET EKSOPLANEETAT MYÖS OMAN MAA PLANEETTAMME KOKOISIA KIVIPLANEETTOJA LÖYDETÄÄN LISÄÄ EKSOPLANEETAN ATMOSFÄÄRISTÄ JA PINNASTA HEIJASTUNEESTA KESKUSTÄHDEN VALOSSA (ALKUAINEIDEN JA MOLEKYYLIEN AIHEUTTAMISTA ABSORBTIO JA EMISSIOVIIVOISTA SPEKTRIIN) NÄKYISI EKSOPLANEETAN ELÄMÄN AIHEUTTAMAT ERILAISET POIKKEAMAT (ANOMALIAT) EKSOPLANEETOISTA AIKANAAN SAATAVISSA SUORISSA KUVISSA (MUUTAMIA PIKSELEITÄ PLANEETAN PÄÄLLÄ) NÄKYISIVÄT PILVET, MERET JA MANTEREET
ELÄMÄ NÄKYISI PLANEETAN SPEKTRISSÄ VARMIMMAT BIOMARKKERIT OTSONI (O 3 ) JA METAANI (CH 4 ) MAA PLANEETTA NÄKYISI KIRKKAANA UV ALUEELLA (ATMOSFÄÄRIN HAPPI) VIHREÄÄ VALOA NÄKYISI MANTEREISTA JA MERISTÄ (LEHTIVIHREÄ KÄYTTÄÄ HYVÄKSEEN MUITA AALLONPITUUKSIA) HEIJASTUSKYKY (ALBEDO) MERET JA VESISTÖT 5 10% PILVET, LUMI JA JÄÄ 60 90% AUTIOMAAT JA KASVIT 10 60% TUNNETAAN MAAPALLON KAUKOKARTOITUKSESTA JA AURINKOKUNNAN KAPPALEISTA
MAAILMANKAIKKEUDEN LAAJENEMINEN UNIVERSUMIN LAAJENEMINEN ESTÄÄ ELÄMÄN SIIRTYMISEN SYNTYPAIKASTAAN KAUAKSI MUUALLE UNIVERSUMIIN (PANSPERMIAN RAJALLISUUS) JOTTA KAIKKIALLA UNIVERSUMISSA VOISI OLLA ELÄMÄÄ, NIIN ELÄMÄN TÄYTYISI ALKAA KEHITTYMÄÄN ITSENÄISESTI MILJOONISSA ERI PAIKOISSA UNIVERSUMIA LAAJENEMINEN MYÖS ESTÄÄ UNIVERSUMIN ERI OSIEN VÄLISEN YHTEYDENPIDON (KOMMUNIKAATIO HORISONTTI) UNIVERSUMIN IÄN VIELÄ KAKSINKERTAISTUESSA USEIMMAT NYKYISIN NÄKYVÄT GALAKSIT KATOAVAT NÄKYVISTÄ JA UNIVERSUMIN TUTKIMINEN KÄY VAIKEAMMAKSI
JOHTOPÄÄTÖKSIÄ OMA AURINKOKUNTAMME ON YKSI LUKEMATTOMISTA PLANEETTAKUNNISTA MAAILMANKAIKKEUDESSA EIKÄ SILLÄ OLE TÄHTITIETEELLISESSÄ KONTEKSTISSA MINKÄÄNLAISTA ERITYISASEMAA ELÄMÄ (KUTEN KAIKKI MUUKIN AURINKOKUNNASSAMME) ON UNIVERSUMIN LUONNOLLINEN OMINAISUUS JA SIKSI MAHDOLLISTA SOPIVISSA OLOSUHTEISSA MUUALLAKIN KOMPLEKSISET ELÄMÄNMUODOT (ESIM. ÄLYKKYYS) OVAT EPÄTODENNÄKÖISEMPIÄ KUIN YKSINKERTAISET ELÄMÄNMUODOT
LÄHDEKIRJALLISUUTTA Fred Adams: Elämää multiversumissa, Like, 2004 (2002) AAS 207th Meeting, 8 12 January 2006, abstracts Barrie W. Jones, P. Nick Sleep, and David R. Underwood, 2006, Habitability of Known Exoplanetary Systems Based on Measured Stellar Properties, The Astrophysical Journal, 649, p.1010 1019 George H. A. Cole; Wandering Stars, About Planets and Exo Planets, An Introductory Notebook, 2006 C.G. Tinney, R. Paul Butler, Geoffrey W. Marcy, et.al.; The 2:1 resonant exoplanetary system orbiting HD 73526, arxiv:astroph/0602557v1 25 Feb 2006 Kyösti Ryynänen: Eksoplaneettojen havaittavuustekijät; säteisnopeusmittaus menetelmä, Pro Gradu, HY, 2003 Peter Ward; Tuntematon elämä, Ursa, 2006 (2005)
KIITOS