Hypotéza jedinečné Země je navrhovanou reakcí na Fermiho paradox , který vysvětluje, proč by se výskyt planety jako Země měla považovat za velmi nepravděpodobnou. Pokud je hypotéza vzácných zemin správná, pak je obyvatelných pouze několik planet v galaxii, možná pouze jedna. Existuje mnoho důvodů, proč mohou být planety podobné Zemi velmi vzácné. Mezi tyto důvody patří dlouhodobá nestabilita planetárních drah a slunečních soustav, poměrně častá planetární kataklyzmata atd. [1] Spolu s předpokladem, že přítomnost terestrické planety je nezbytným předpokladem pro vznik vysoce rozvinutých forem života, je by vysvětlovalo absenci známek existence mimozemských civilizací.
Jedinečná hypotéza Země byla poprvé podrobně popsána v knize Rare Earth : Why Complex Life Is Uncommon in astronomaaWardaPeterapaleontologaodUniversethe Donalda Brownlee [ 2 ] . Ward a Brownlee použili rozšířenou Drakeovu rovnici , aby dokázali, že existence planety s pozemskými charakteristikami ve vesmíru by měla být považována za neuvěřitelně vzácný jev.
Předpokládá se, že většina pozorovatelného vesmíru, včetně většiny naší galaxie, je "mrtvá zóna" neschopná podporovat složitý život. Části galaxie, kde je možný komplexní život, tvoří galaktickou obyvatelnou zónu , která je primárně charakterizována svou vzdáleností od galaktického středu.
Vzdálenost od galaktického středu je nutná z následujících důvodů:
V důsledku toho bude většina galaxií objevených vědci s vysokou hustotou hvězd a častými výbuchy supernov nevyhnutelně mrtvými zónami [4] .
Navíc samotný planetární systém, který je obyvatelný, si musí udržet svou příznivou polohu dostatečně dlouho pro rozvoj komplexního života. Hvězda s excentrickou (eliptickou či hyperbolickou) galaktickou dráhou za svůj život jednou neprojde tzv. spirální ramena jsou nepříznivé oblasti s vysokou hustotou hvězd. Z toho plyne závěr, že hvězda musí mít vhodnou galaktickou dráhu. To omezuje obyvatelnou zónu galaxie na poměrně úzký rozsah. Vědci odhadují, že tato zóna je prstenec o poloměru 7 až 9 kiloparseků , včetně ne více než 10 % hvězd Mléčné dráhy, tedy asi 20 až 40 miliard hvězd. Někteří mají tendenci snížit toto číslo na polovinu; podle jejich odhadů ne více než 5 % hvězd Mléčné dráhy spadá do obyvatelné galaktické zóny [5] [6] .
Přibližně 77 % námi pozorovaných galaxií je spirálních, dvě třetiny všech spirálních galaxií mají tzv. bar a více než polovina z nich, stejně jako Mléčná dráha, má několik ramen. Podle hypotézy je naše galaxie velmi klidná a slabá, což je velmi vzácné (asi 7 % všech galaxií objevených lidstvem) [7] [8] [9] . Nicméně i tak je toto procento asi 200 miliard galaxií ve známém vesmíru .
Naše galaxie je také jedinečná v tom, že se s jinými galaxiemi nesrazila po dobu 10 miliard let a potenciálně takové srážky mohou způsobit výbuchy supernov a další globální kataklyzmata [10] . Supermasivní černá díra ve středu Mléčné dráhy navíc nevykazuje nadměrnou aktivitu [11] .
Dráha Slunce kolem středu Mléčné dráhy je téměř dokonale kruhová, s periodou 226 milionů let, která přesně odpovídá rotační periodě samotné galaxie. Podle hypotézy naše Slunce jen zřídka, pokud vůbec, prošlo spirálními rameny. Na druhé straně astronomka Karen Mastersová vypočítala, že Slunce prochází velkým spirálním ramenem přibližně každých 100 milionů let, což se shoduje s obdobími masového vymírání planety [12] .
Vytvořit planetu podobnou Zemi a uvést ji do správného stavu je obtížný úkol. Nejprve by mělo vzniknout poblíž hvězdy bohaté na kovy (v astrofyzice se všechny chemické prvky těžší než helium nazývají kovy [13] ). Hvězdy chudé na kovy nejsou schopny vytvořit nic jiného než plynné obry: na vytvoření planet podobných Zemi v plynné mlhovině prostě není dostatek materiálu. Vnější část Galaxie je tedy vyloučena . Na druhou stranu, pokud hvězda obsahuje příliš mnoho kovů, výsledné planety budou příliš těžké, hromadí objemné plynové obaly, které jejich obrovská gravitace udrží , a opět se stanou plynnými obry s velkým jádrem z kamene a kovu.
Hvězda se musí otáčet kolem středu galaxie po kruhové dráze: prodloužená dráha způsobí, že se hvězda dostane příliš blízko k energeticky nasycenému jádru galaxie a spadne pod silnou radiaci . Obrazně řečeno, hvězda by měla žít na okraji galaxie, ale ne ve středu a ne za [14] .
Když jsme získali hvězdu se správnou metalicitou , měli bychom se ujistit, že může mít obyvatelné planety. Horká hvězda, jako je Sirius nebo Vega , má širokou obyvatelnou zónu (oblast, kde by se povrchová teplota planety blížila teplotě Země), ale existují dva problémy: za prvé, tato zóna je příliš daleko od hvězdy, protože planety s pevným jádrem se pravděpodobně vytvoří poblíž hvězdy a mimo obyvatelnou zónu. To však nevylučuje možnost vzniku života na satelitech plynných obrů: horké hvězdy vyzařují dostatek ultrafialového záření , které dokáže dostatečně ionizovat atmosféru jakékoli planety. Dalším problémem horkých hvězd je, že nežijí dostatečně dlouho. Přibližně po jedné miliardě let (nebo méně) se z nich stanou rudí obři , kteří nemusí mít dostatek času na vývoj vysoce vyvinutého života.
Studené hvězdy nejsou v nejlepší pozici. Obyvatelná zóna, vhodná pro život, bude úzká a blízko hvězdy, čímž se výrazně sníží šance dostat planetu na správné místo. Záblesky vyskytující se na povrchu studené hvězdy zaplaví planetu radiací a ionizují její atmosféru v menší míře než v blízkosti horké hvězdy. Také tvrdé rentgenové záření bude intenzivnější.
Ukazuje se tedy, že „správný“ typ hvězd je omezen na interval od F7 do K1 (viz spektrální třídy hvězd ). Tyto typy hvězd jsou vzácné: hvězdy typu G jako Slunce tvoří pouze 5 % hvězd v naší galaxii.
Poté, co se planeta zformuje v obyvatelné zóně, se s ní musí srazit nebeské těleso o velikosti přibližně Marsu (podle modelu impaktního formování Měsíce ). Bez takové srážky se na planetě netvoří žádné tektonické desky , protože kontinentální kůra pokrývá celou planetu a neponechává žádný prostor pro oceánskou kůru. Srážka by také mohla vést k objevení se velkého satelitu, který stabilizuje rotační osu planety, a k fúzi jader planety a nebeského tělesa, nezbytnému k vytvoření supermasivního planetárního jádra, které vytvoří silnou magnetosféru , která chrání povrch planety před slunečním zářením [14] . Nedávné studie Edwarda Belbruna a Richarda Gotta naznačují, že takové nebeské těleso správné velikosti by se mohlo zformovat v trojských bodech v systému hvězda-planeta ( L 4 nebo L 5 ), což možná zvyšuje pravděpodobnost této události.
Pravděpodobnost, že se asteroid srazí s nejhmotnějším objektem binárního systému, jako je Země a Měsíc, je poměrně malá. Většina asteroidů bude buď úplně odhozena, nebo zasáhne méně hmotný objekt: k zasažení masivnějšího tělesa potřebujete správnou kombinaci rychlosti a úhlu dopadu. Planeta s velkým měsícem tak bude lépe chráněna před srážkami (ačkoli náhodné srážky mohou být nutné, protože evoluční teorie připouští, že hromadné vymírání by mohlo urychlit vývoj složitých organismů). Nezbytnou podmínkou je také přítomnost velkého plynného obra, jako je Jupiter , ve hvězdném systému, díky kterému se „odpad“ zbývající na oběžné dráze po vzniku planet vrhá do formací jako Kuiperův pás a Oortův oblak .
Život trvá určitou dobu, než se rozvine a dosáhne určité úrovně organizace. Časté srážky s velkými asteroidy pravděpodobně brání vzniku vysoce organizovaných organismů. Život samotný pravděpodobně nezmizí, ale nejsložitější organismy z vyšších větví evoluce jsou velmi zranitelné a snadno vymřou v důsledku planetární katastrofy. Evoluční teorie přerušované rovnováhy říká, že:
Předpokládá se, že fosilie dokazují, že na Zemi bylo několikrát dosaženo ekologické rovnováhy , poprvé od kambrické exploze . Několik katastrof, které vedly k hromadnému vymírání organismů, může být nutné k tomu, aby se evoluce objevila radikálně novými způsoby vývoje a aby se život vyhnul situaci, kdy by se jeho vývoj zastavil na půli cesty k inteligentnímu životu. Hromadné vymírání dinosaurů například umožnilo savcům obsadit jejich ekologické výklenky, načež se evoluce vydala novou cestou.
Je tedy zřejmé, že k tomu, aby byl možný vysoce organizovaný život, jsou zapotřebí správné hodnoty stovek parametrů planety a hvězdného systému. Vesmír je neuvěřitelně velký, značně přesahuje možnosti lidského pojetí a chápání, takže zůstává šance, že někde ve Vesmíru existuje pozemská planeta s vysoce organizovaným životem. Pravděpodobnost, že taková planeta existuje dostatečně blízko ke Slunci, že bychom se k ní mohli někdy dostat nebo navázat kontakt s jejími obyvateli, je však prakticky nulová. To řeší Fermiho paradox: nevidíme známky mimozemské inteligence , protože pravděpodobnost objevení se další planety pozemského typu schopné podporovat vysoce organizovaný život je zanedbatelná i v měřítku Galaxie.
Pravděpodobnost, že život přetrvává miliardy let na planetě podobné Zemi, je velmi malá. Ke zničení života na Zemi stačí malé výkyvy slunečního záření a nepříliš velké změny vulkanické činnosti. Za dobu existence života na Zemi se intenzita slunečního záření zvýšila o 25 %. Pokud by zemská atmosféra během této doby nezměnila své složení, život na Zemi by zemřel v důsledku zvýšení teploty na Zemi o několik desítek stupňů. Tomu zabránil pokles vulkanické aktivity a z toho vyplývající snížení obsahu skleníkových plynů v zemské atmosféře [15] .
Předpoklad, že vznik vysoce organizovaného života je možný pouze na pozemských planetách, je vystaven největší kritice. Někteří biologové, jako Jack Cohen , věří, že takový předpoklad je příliš omezující a ukazuje na nedostatek porozumění (viz uhlíkový šovinismus ). Podrobná kritika je uvedena v knize Jacka Cohena a matematika Iana Stewarta , Alien Evolution: The Science of Extraterrestrial Life [ ] .
Další předpoklady jedinečné teorie Země jsou také kritizovány: