Psáno pro časopis Živa
Vyšlo v č. 2/1997, ročník XLV, str. 50-51.
------------------------------------------------------------
Jiří Grygar:
Život ve vesmíru
Málokterá vědecká otázka budí tolik emocí, jako právě
úvaha o možnosti existence života ve vesmíru. Převaha
pokleslé literatury na uvedené téma nad rozbory solidními je
zřejmá každému, kdo někdy nahlédne do polic jinak docela
renomovaných českých knihkupectví, o nádražních kioscích
raději ani nemluvě. Přitom jde o typickou interdisciplinární
záležitost, kde se mohou uplatnit nejen poznatky moderní
biologie a biochemie, ale i geologie, paleontologie,
planetologie, fyziky a ovšem i astronomie a kosmologie.
Pomineme-li prehistorii problému, jakkoliv je zajímavá
a poučná, zdá se, že rozhodující zvrat zde přinesla
standardní kosmologická teorie, populárně zvaná teorií
velkého třesku. V porovnání s předešlými představami
o vesmíru totiž určila důležitou počáteční podmínku
poznatkem o konečném stáří vesmíru. Toto stáří je jen
třikrát vyšší než stáří Země a sluneční soustavy. To
znamená, že pokud se některý biochemický proces, vedoucí ke
vzniku života, nestihl v průběhu 4,5 miliardy let na Zemi,
není příliš pravděpodobné, že by se to podařilo někde jinde
a dříve, neboť času není nazbyt, jak si fyzikové, chemici
i biologové mysleli dříve.
Připomeňme dosud populární domněnku o panspermii,
kterou vyslovil chemik a fyzik Svante Arrhenius r. 1908,
když usoudil, že zárodky života mohou putovat zásluhou tlaku
hvězdného záření mezi různými hvězdnými soustavami a tak
kdysi kolonizovaly i Zemi. Je totiž zřejmé, že má-li někdy
někde vzniknout živá buňka, vyžaduje to určitou a dosti
složitou biokosmickou přípravu. To nejspíš trvá dlouho,
a proto se zdá málo pravděpodobné, že by se to někde jinde
ve vesmíru stihlo s takovým předstihem, aby se panspermie
uplatnila na Zemi. Jinými slovy, je téměř jisté, že život
vznikl přímo na Zemi, a nebyl sem odnikud z kosmu zavlečen.
Pokrok kosmologie a astrofyziky přinesl v průběhu
posledního půlstoletí další významné poznatky. Ve velmi
raném vesmíru se totiž vyskytovaly pouze dva nejjednodušší
prvky periodické soustavy, tj. vodík a hélium. K tomu, aby
se ve vesmíru mohly objevit těžší prvky, bylo zapotřebí, aby
nejprve vznikly hvězdy I. generace, tvořené právě těmito
prvky. To se však nemohlo stát dříve než asi miliardu let po
velkém třesku. V nitru těchto nejstarších hvězd probíhala
standardní termonukleární reakce přeměny vodíku na hélium
- proto tyto hvězdy zářily, avšak kolem nich zaručeně
neobíhaly žádné planety pozemského typu, neboť těžší prvky
dosud neexistovaly.
Pouze v nitru velmi hmotných hvězd - řekněme alespoň
osmkrát hmotnějších než Slunce - však posléze vzplanuly nové
termonukleární reakce, v nichž se jádra hélia měnila na
uhlík (tzv. Salpeterova reakce, objevená r. 1952). Úplnou
teorii termonukleární nukleogeneze podali manželé M. a G.
Burbidgeovi, W. Fowler a F. Hoyle v r. 1957. Ukázali, že
hmotné hvězdy první generace dokáží ve svém nitru vytvořit
sérií termonukleárních reakcí všechny chemické prvky
s pořadovými čísly 2 až 26, tedy včetně železa. Brzy potom
se ukázalo, že tyto chemické prvky se dostanou do kosmického
koloběhu hmoty při výbuchu hmotných hvězd, jimž říkáme
výbuch supernovy. Navíc, během několikahodinového výbuchu se
v plášti supernov tvoří také těžší chemické prvky (od mědi
po transurany), ale je zřejmé, že jejich zastoupení ve
vesmíru bude mnohem nižší, než u prvků z první čtvrtiny
Mendělejevovy tabulky.
Kolem r. 1980 se astronomům podařilo ukázat, že poměrné
zastoupení chemických prvků ve vesmíru naprosto přesně
odpovídá zmíněnému scénáři nukleogeneze chemických prvků ve
hvězdách. Podle téhož scénáře patří Slunce ke hvězdám III.
generace, kdy už je jeho hmota dvakrát obohacena příměsemi
prvků těžších než hélium - tyto příměsi však úhrnem
představují pouze 2% hmoty Slunce.
Planety sluneční soustavy vznikly zároveň se Sluncem
výběrovým procesem, při němž ztrácely především hélium
a zčásti také vodík - proto se dnes skládají i z významného
procenta těžších prvků. Toto zastoupení je pro každou
planetu individuální; v podstatě však závisí na vzdálenosti
planety od Slunce. Bližší planety mají chemické složení
v zásadě podobné pozemskému, zatímco Jupiter a Saturn se
svým chemickým složením velmi silně podobají Slunci. Vnější
planety Uran, Neptun a Pluto obsahují hodně ledu, ale
i hornin; jde tedy o smíšený typ chemického složení
v podmínkách blízkých absolutní nule termodynamické
stupnice.
Máme dobré důvody se domnívat, že podobně vznikaly
planety i u jiných hvězd, zejména pak u hvězd slunečního
typu. Od r. 1995 mají astronomové přímé důkazy o tom, že
kolem asi tuctu hvězd slunečního typu vskutku obíhají
planety s hmotnostmi srovnatelnými s hmotnostmi Jupiteru.
Přirozeně tam asi budou i planety menších hmotností, ale
stávající astronomická technika je dosud nedokáže rozpoznat.
Zatím nikdo neví, co je vlastně nutné a co nahodilé pro
vznik života na planetě Zemi. Soudí se však, že na planetě
musí existovat po celou dobu vývoje života voda ve všech
třech skupenstvích, a zejména že povrchová teplota na
planetě nesmí příliš kolísat. Rozhodně nesmí natrvalo
klesnout pod bod mrazu vody či naopak překročit bod varu
vody. To je na Zemi zaručeno zajímavou a možná až nečekanou
rovnováhou, k níž přispívá na jedné straně stále rostoucí
zářivý výkon Slunce (dnešní Slunce má zářivý výkon asi
o třetinu vyšší než Slunce zárodečné) a na druhé straně
proměnlivé složení zemské atmosféry. Důležitá je též úloha
tekutého vodního oceánu, pokrývajícího dvě třetiny povrchu
zeměkoule - to je vlastně vynikající termostat.
Tak lze též dospět k pojmu ekosféry, jež v okolí Slunce
představuje prostor mezi povrchy dvou koulí: vnitřní dává
okamžitou mez, kde vlivem slunečního tepla by teplota
povrchu planety přesáhla bod varu vody, zatímco vnější koule
dává tuto mez pro trvalý mráz na planetě. Vlivem rostoucího
zářivého výkonu Slunce se tato pomyslná ekosféra pozvolna
vzdaluje od Slunce, zatímco dráhy planet jsou vůči Slunci
stabilní. Planeta se tudíž musí nacházet uvnitř takto
pohyblivé ekosféry po celou dobu, po níž je na ní život
možný. Výpočty naznačují, že toto rozmezí ve sluneční
soustavě není nijak široké a jediná Země se do něj taktak
vejde. Jak známo, obíhá Země v průměrné vzdálenosti 150
milionů km od Slunce. Přitom vnitřní hranice dynamické
ekosféry činí 142 milionů km, a vnější hranice 172 milionů
km.
Má-li se život na planetě rozvinout, musí se relativně
stabilní zářivý výkon mateřské hvězdy zachovávat po dobu
miliard let. Tímto požadavkem jsou vyloučeny ze hry všechny
hvězdy hmotnější než asi 1,5násobek hmotnosti Slunce. Jejich
vývoj totiž probíhá astrofyzikálně příliš rychle. Naproti
tomu hvězdy s hmotností menší než asi 70% hmotnosti Slunce
mají tak nízký zářivý výkon, že příslušná ekosféra zaujímá
tak malý objem, že pravděpodobnost výskytu vhodné planety
v její ekosféře je zanedbatelná. Tato omezení snižují naději
na nezávislý vznik života někde jinde ve vesmíru. Hvězd
slunečního typu je totiž ve vesmíru poměrně málo a navíc
většina z nich tvoří hvězdné dvojice, či dokonce vícenásobné
soustavy, kde pohyb planet a jejich ozáření mateřskými
hvězdami je tak proměnlivé, že to život založený na
principech, známých z pozemské situace, prakticky vylučuje.
To však neznamená, že bychom měli otázku existence
mimozemského života lehce smést ze stolu. V r. 1982 byla
při prestižní Mezinárodní astronomické unii založena odborná
komise č. 51 s názvem Bioastronomie, jejímž členy je snad
stovka předních světových specialistů. Členové komise se
zabývají jednak hledáním známek primitivního života na
tělesech sluneční soustavy a zejména v meteoritech, které
dopadly na Zemi, a jednak úvahami či postupy k navázání
radiového spojení s případnými mimozemskými technickými
civilizacemi. Dosavadní úsilí v radiové komunikaci
(projekty, označované zkratkou SETI - Search for
Extraterrestrial Intelligence) vyznělo sice naprázdno, ale
všem je jasné, že obdobné pokusy musí pokračovat mnoho
desetiletí. Nedávno se objevily nadějné zprávy o nalezení
údajných stop po mikroorganismech v meteoritu, jenž
doputoval na Zem z Marsu, ale ani tyto překvapující zvěsti
neodolaly vědecké kritice.
Čím více chápeme kosmické souvislosti vzniku života na
Zemi, tím podivuhodnější nám existence života na Zemi
připadá. Proto dokonce nechybějí i zcela radikální názory,
že život na Zemi představuje výjimku v celém pozorovatelném
vesmíru. Zejména biologové, kteří považují vznik života na
Zemi za projev slepé náhody, tím prakticky souběžně
vylučují, že by se taková náhoda mohla ve vesmíru ještě
někdy a někde opakovat. Tento názor ovšem nelze nikdy
jednoznačně ověřit; lze jej pouze jednoznačně vyvrátit
- solidním ověřením faktu, že někde mimo Zemi nezávisle
existuje život.