C. R. Benn
Isaac Newton Group, Apartado 321, Spanyolország, Santa Cruz de La Palma 38700

forrás: astro-ph/0112399, Earth, Moon and Planets 85/86, 61 (2001)

Kivonat. A Föld több szempontból is rendhagyó égitest, így bioszférája és különösen nagy holdja létében is. Számos szerzõ utal lehetséges kapcsolatra e két tény között, pl. a Föld forgástengelyének stabilitásán vagy az óceáni árapályok hatásán keresztül. E sokféle feltevést vizsgáljuk meg.

1. Bevezetés

Az Univerzumnak olyannak kell lennie, hogy nekünk, megfigyelõknek a létezése visszaigazolható legyen, pl. a szén alapú élet evolúciója által. Ez a megfigyelési szelekciós hatás a gyenge antrópikus elvként ismert. Számos, egymással egyébként nem összefüggõnek tûnõ jelenséget kapcsolhatunk így egymáshoz; ilyen a nukleáris rezonancia, amely biztosítja a szén kialakulását a csillagok magjában; a nagy számok egyezése (az elektromágneses és a gravitációs erõk nagyságának hányadosa ~ 10⁴⁰ ~ a megfigyelhetõ Univerzum jelenlegi mérete protonátmérõkben kifejezve); és ami még újabb hír, a kozmológiai konstans kicsiny volta és az õsi sûrûségingadozások amplitudója, amely meghatározta a galaxisok és galaxiscsoportok méreteit.

Hasonló kiválasztó hatás érvényesül a mi lokális asztrofizikai környezetünkben is. Kétségkívül, a Nap fényességének és élettartamának, a földpálya alakjának és méretének olyannak kell lennie, hogy hosszú idõre fenn tudja tartani a Föld felszínén a megfelelõ hõmérsékletet a szerves élet evolúciójához. Mindenesetre, a mi Naprendszerünk más tekintetben el is térhet a tipikustól:

- A Nap fémtartalma szokatlanul magas a korához képest - talán az tükrözõdik ebben, hogy a magas fémtalmú szülõcsillagokhoz nagyobb valószínûséggel társul bolygórendszer.

- Lehet, hogy a Nap luminozitása rendhagyóan stabil a többi csillaghoz képest.

- A Jupiter a Naprendszer belsejébe betévedõ üstökösök kilökésével sarkalatos szerepet játszhatott a fiatal földi élet védelmében a pusztító becsapódásoktól. A jupiterhez hasonló méretű és hasonló pályasugarú bolygókkal rendelkezõ naprendszerek lehet, hogy nem tipikusak.

- A Nap Galaxison belüli pályája a korotációs zónához igen közel lehet, s ez minimalizálja a spirálkarokon való áthaladások számát, következésképpen a Naprendszer szétbomlásának esélyét (pl. közeli szupernóvák, árapály-hatások).

Lehetséges ugyan, hogy Naprendszerünk fenti tulajdonságai közül egyik sem lényegbevágó a földi élet evolúciója szempontjából; mégis, nõ a valószínûsége, hogy megfigyeljük õket, ha õk maguk növelik a valószínûségét az értelmes élet kifejlõdésének, azaz nem lesz meglepõ, ha megfigyelve bármely F tulajdonságot, az õ a priori valószínûsége p_F , kielégíti:

(1) p_F > p_élet(0) / p_élet(F)

ahol p_élet(0) és p_élet(F) az értelmes élet kifejlõdésének valószínûsége F tulajdonság távolléte illetve jelenléte esetén.

Különbözõ szerzõk (pl. Butler 1980, Comins 1993) utalnak rá, hogy lehet kapcsolat a nagy Hold, mint a földi környezet egy vélhetõen a priori speciális tulajdonsága és a földi élet evolúciója között, azaz hogy:

(2) p_hold > p_élet(0) / p_élet(hold)

Ezen egyenlõtlenség mindhárom paramétere ismeretlen. A következõkben áttekintjük, mit tudunk a Hold, illetve az élet keletkezésérõl, és hogy hogyan hathatott az elõbbi az utóbbira.

2. A Hold eredete

A Föld holdja különleges a Naprendszer hasonló égitestjei között, mivel a tömege viszonylag nagy, és a Föld-Hold rendszer teljes impulzusmomentumának túlnyomó része is rá esik. Szokatlan abban is, hogy "száraz, és szegény olyan illékony anyagokban, mint a K és a Bi. Ezek a tulajdonságok, különösen a nagy impulzusmomentum, komoly problémák elé állították az 1980-as évek közepéig kifejlesztett 3 fõ holdkeletkezési elméletet: a befogási, a közös formálódási és a lehasadási hipotézist. Abban már létrejött az egyetértés, hogy ezen három elmélet egyike sem tartható fenn, és hogy a Föld-Hold rendszer valószínûleg akkor jött létre, mikor egy ~ 0,1- 0,2 földtömegû planetezima súroló ütközéssel karambolozott a fiatal Földdel, nemsokkal a Naprendszer kialakulása után, kb. 4,6 milliárd évvel ezelõtt. E széles körben elfogadott "Big Splash" (= "nagy fröccsenés") forgatókönyv szerint a becsapódó égitest fémes magja alásüllyedt és beleolvadt a Föld magjába, levált köpenyének egy része pedig újra összeállt földkörüli pályán és belõle alakult ki a Hold. Ha a Föld holdja tényleg így keletkezett, a p_hold valószínûség becslései ebben az új perspektívában ismét lendületet vehetnek, ám pl. Ringwood (1990) és Lissauer (1997) kimutatták, hogy ilyenkor is csak a kezdeti feltételek szûk tartományában jöhet létre nagy hold földkörüli pályán.

3. Az élet eredete

A földi élet legkevesebb 3,5 milliárd éve alakulhatott ki, azaz pár 100 millió évvel a földkéreg 4,2 - 4 milliárd évvel ezelõtti megszilárdulása után. Az óceánokban ebben az idõben már sok szerves anyag lehetett (aminosavak, pirimidinek stb.), ezek vagy helyben alakultak ki, vagy az üstökösökkel érkeztek a víz nagy részével együtt. Hogy ebbõl az õslevesbõl az önreprodukáló rendszerek hogyan fejlõdtek ki, annak tárgyában rengeteg a spekuláció és a laboratóriumi munka, errõl összefoglalót lásd pl.: Oró et al (1990) és Deamer & Fleischaker (1994). Alapvetõ probléma a leves töményedésének fontossága a polimerizáció elõsegítésében, pl. kisebb tócsákban, amelyeket a dagályok állandóan maguk után hagytak kint a szárazon, a napon, ahogy már Darwin spekulációjában (1871) is felmerült az élet keletkezésérõl: "meleg kis tavakban, amelyekben az ammóniás és foszforos sók minden fajtája megvolt". Például, Oró et al (1990) megjegyzik, hogy a pre-celluláris rendszerek legjobb jelenkori laboratóriumi modellezése során hidratáló-dehidratáló ciklusokkal liposzómákat (foszfolipid buborékok) és a DNS-burkolatbeli liposzómákat sikerült elõállítani, hasonlóan, mint egykor a dagályok közt hátramaradt tavacskákban.

Egyszerre csak megvalósult az önreprodukció, s az evolúció az egyre összetettebb rendszerek felé haladhatott tovább a Darwin-féle kiválasztási elvek szerint. Az értelmes élet nem elkerülhetetlen végeredmény, s létezésünk ténye nem ad megszorítást az értelmes élet kialakulásának valószínûségére (p_élet(0) vagy p_élet(hold) ) egy földtípusú bolygón. Ez lehet közel 1, de ugyanígy csupán 10^-30 is, (ebben már az is benne lenne, hogy a Hubble-rádiuszon belül nincs máshol élet). A földi élet evolúciójában a kritikus események közötti hosszú idõtartamok arra utalnak, hogy az értelmes élethez vezetõ evolúció más módon, sokkal gyorsabban végbemehet egy másik földtípusú bolygón. Egy ilyen bolygón a szerves élet kulcsfontosságú hozzávalói tehát: a szerves anyagok forrása; a szilárd felszín, ahol ezek kondenzálódhatnak; a hõmérséklet hosszútávú benntartása a szerves reakcióknak megfelelõ tartományban; és védelem a véletlen eseményektõl (pl. becsapódások).

4. A Hold lehetséges befolyása az élet evolúciójára

Egyrészt adottak a nagy Hold létének széleskörű következményei a Földre (összetétel, gravitációs) a másrészt pedig az élet keletkezésének legszükségesebb feltételei; talán meglepõ lesz, de az elõbbi nem hat döntõen az utóbbira. Most felsorolunk néhány specifikus összefüggést:

(1) A Föld forgástengelyének stabilizálása

Kis változások a Föld pályájában és helyzetében valószínûleg éghajlati változáshoz vezetnek (Milankovics-elmélet), és a forgástengely irányultságában (a pályasík normálisával bezárt szög) bekövetkezõ kis változások ~1^o már újabb jégkorszakokat idéznének elõ. Számos szerzõ megjegyezte, hogy egy nagy hold használhat az élõvilágnak, a Föld forgástengelyének és így a klímának a stabilizálásával; és Laskar, Joutel & Robutel (1993) és de Surgy & Laskar (1997) megerõsítette, hogy a Hold távollétében a tengelyhajlás szögének erõs és kaotikus változásai várhatóak. A Merkúrt és a Vénuszt stabilizálja az árapály disszipáció (a forgásuk nagyon lassú), de a Mars, amelynek nincs nagy holdja, a forgástengelyszög 0 - 60^o-os változásait szenvedi el (Laskar& Robutel 1993). A Föld forgástengelyének stabilitása nem lehet sarkalatos feltétele az élet kialakulásának, de az lehet a szárazföldi élet evolúciója szempontjából.

(2) Az õsi légkör átalakítása

Cameron & Benz (1991) és Taylor (1992) kimutatták, hogy az óriás ütközés, amely létrehozta a Föld-Hold rendszert, lehántotta a Föld sûrû õslégkörét, amely másként a Vénuszéhoz hasonlóan fejlõdhetett volna, túl melegen tartva a bolygó felszínét a szerves élethez. Másrészrõl viszont, a Föld atmoszférája ritkábbá válhatott egyszerûen azért is, mert a legtöbb CO₂ megkötõdött a karbonátos kõzetekben.

(3) A Föld mágneses mezejének keltése

A Föld mágneses tere pajzsként védelmezi az élõ molekulákat a kozmikus sugarak ártalmas hatásaitól (bár a víz alatti élõlényeknél ez nem lehet annyira fontos). Összehasonlítva más naprendszerbeli égitestekkel, a Föld mágneses mezeje szokatlanul erõs a forgási szögsebességéhez képest (bár más égitesteknél a mezõ keltésének mechanizmusa is valószínûleg más). Pearson (1988) úgy véli, hogy ezt az anomáliát a földmag további felhevülése okozta, amely a Föld-Hold rendszert létrehozó ütközésnek volt köszönhetõ.

(4) Nagy dagályhullámok keltése

Mint fentebb megjegyeztük, az elsõ önreprodukáló rendszerek eredetével kapcsolatos spekulációk egyik alaptémája, hogyan töményedett az õsóceánban a szerves molekulák eredetileg gyenge oldata, ami aztán elõsegíthette a polimerizációt. A dagályhullámok lehetséges szerepét, amelyek újra és újra kihozták a szárazra, napfényre ezt az oldatot, számos szerzõ hangsúlyozta már. Habár a Hold által keltett dagályok magassága jelenleg nem sokkal magasabb, mint a Nap által keltetteké, a Hold az élet kialakulása idején valószínûleg jóval közelebb volt a Földhöz, és a dagályok ennek megfelelõen magasabbra emelkedtek, biztosítva, hogy a dagályhullámok okozta nedves/száraz ciklusoknak jóval nagyobb összterület legyen kitéve.

(5) Hosszú periódusú dagályok keltése

Szintén fontos lehet az idõtartam, amely alatt a dagályokból visszamaradt tócsák kint állnak a napon, mielõtt újra telítõdnek vízzel. A hosszabb nedves/száraz ciklusokkal, adott helyen megnõtt a valószínûsége a hosszútávú, sok lépésbõl álló kémiai reakcióknak (a szerves reakciókban az energiaátvitel csekély, és lassan zajlanak). Lehetséges, hogy az élet kialakulása idején a Hold nem volt sokkal közelebb a Földhöz, mint jelenleg. Ezért spekulálhatunk úgy is, hogy a Hold és Nap okozta dagályok közti versengés a jelenleg megfigyelhetőnél alacsonyabb/magasabb dagályokat ad és hosszú távon ez fontos volt, bár természetesen más okok  pl. évszakos hatások is elõidézhetnek hosszabb ciklusokat. Ezen elméletnek van egy érdekes következménye. Az elõbbi dagályösszegzõdés feltétele, hogy a Nap és a Hold által emelt dagályok magassága, amely arános a sûrûség*(szögátmérõ)³ kifejezéssel, hasonló legyen. Mind a bolygótestek, mind a fõsorozatbeli csillagok átlagsûrûsége arányos az atomok sûrûségével, így a szögátmérõ ~ (dagálymagasság)^1/3, azaz a hosszú periódusú dagályok keltésének egyik feltétele a Nap és a Hold hasonló látszólagos szögátmérõje, amint jelenleg meg is figyelhetjük.

Az élet eredetérõl és fejlõdésérõl való jelenlegi ismereteink szintjén a fenti öt elmélet spekulatív marad. Mindenesetre, a sejtett mechanizmusok változatossága (s egynél több lehet fontos) igazolja a Hold ittlétének a Földre gyakorolt széleskörű következményeit. Ezen következmények közül több elkerülhetetlenül olyan eseményekkel járhat, ami kritikus a földi élet fejlõdése során. Így nem jelenthetjük ki, hogy környezetünknek ez a szokatlan vonása (a Föld holdjának léte) nem antrópikusan kiválasztott tulajdonság.

5. Következtetések

A Naprendszer vizsgálata során egy (mindeddig) egyedi példával foglalkozunk, és óvakodnunk kell az antrópikus kiválasztás megfigyeléseinkben jelentkezõ hatásaitól. A lehetõség, hogy a Hold jelenléte hatással volt az élet keletkezésére vagy fejlõdésére a fentebb ismertetett mechanizmusok közül legalább egyiken keresztül, arra utal, hogy:

(1) a Hold eredetérõl szóló elméleteket nem lehet csupán egy a priori valószínûség alapján megítélni (pl. hogy csak a (2) egyenlõtlenséget kelljen kielégíteniük)

(2) a nagy holdak használható jelzések lehetnek az életet hordozó bolygók keresése során is.

Általánosabban, óvatosnak kell lennünk az értelmezésnél és akkor is, amikor a saját lokális asztrofizikai környezetünk nagyon is rendhagyó vonásaiból próbálunk általánosítani; ezekrõl kiderülhet, hogy antrópikusan kiválasztottak, és semmiképp sem tipikusak. Valóban, a Föld és környezete nagyon speciális lehet, és ez magyarázhatja a zavaró hiányt az értelmes élet bizonyítékaira máshol az Univerzumban.

fordította: Bodács István