Tamo gdje u svemiru ima vode, atmosfere i izvora topline ima i uvjeta za postojanje života.

Široko je područje istraživanja planetskog sustava. Sunčeve pratioce, planete i njihove satelite, astronomi ispituju stotinama godina, no stvarno fizičko stanje poznaje se tek odnedavno. Danas znamo imaju li ta hladna tijela čvrsto tlo po kojemu se može kretati, kako je tlo oblikovano, postoje li atmosfere i mogu li se udisati, a poznati su i vremenski uvjeti na tim tijelima. Zemlja ima atmosferu s mnogo dušika i kisika, Mars i Venera imaju atmosferu od ugljik-dioksida, dok se divovski planeti Jupiter, Saturn, Uran i Neptun u cjelini sastoje od plinova vodika i helija. I neki od satelita imaju atmosferu. Zemljinu atmosferu udišemo, a u ostalim tijelima Sunčeva sustava morali bismo imati zalihe zraka.

Po kemijskom sastavu i fizičkom stanju sve su atmosfere veoma različite, nijedna atmosfera nije jednaka drugoj, nigdje nećemo naći jednaku vlagu, oblake, temperaturu, jednaku površinu, a ipak se pri usporedbi građa svih atmosfera ustanovljuju iznenađujuće sličnosti. Ako postoje sličnosti, ima li onda i života, ili barem uvjeta za postojanje života? Ako je danas sličnost mala, možda je prije mnogo vremena kada je na Zemlji nastajao život bila mnogo veća!

Atmosfera je plinoviti omotač svemirskog tijela. Atmosfera nas odjeljuje od svemirskih utjecaja koje ne bismo preživjeli. U zrakopraznom prostoru ne bismo ostali živi od velike hladnoće i od pogubnih Sunčevih zračenja. Bez zraka bismo se na dnevnoj strani planeta spržili, na noćnoj strani smrznuli – slično onome što bi nam se dogodilo na beživotnom tlu Merkura. Atmosfera nas brani i od hladnoće i od vreline!

Možemo li zamisliti život negdje u svemiru, na planetu koji nema svoga Sunca, čiju površinu ne brani atmosferski pokrivač, čije tlo šibaju snažna zračenja i električne struje visokoenergetskih čestica?

Usluge koje nam atmosfera pruža još su mnogo šire i obuhvatnije. Zbog nje nam je lijepo. Kada ne bismo imali atmosferu, naše bi nebo bilo crno. Obasjavajući Zemlju Sunčeve se zrake raspršuju u atmosferi na sve strane i danje svjetlo dopire do nas sa svih strana. Nebu i Zemljinoj površini atmosfera daruje svjetlost.

Daljnja važna uloga atmosfere je u preraspodjeli topline dobivene od Sunca. Sunčevo se zračenje na veoma složen način prenosi kroz zrak. Gusti zrak svoju toplinu prenosi na nas.

Najdonji sloj atmosfere je troposfera. Ona se diže do 12 ili 18 km, što ovisi o geografskom položaju i dobu godine; u njoj temperatura s visinom postupno opada.

Sve ono što doživljavamo kao klimu, kao meteorološke pojave, odvija se u troposferi: ovdje su oblaci, iz njih pada kiša, ovdje se voda isparava i dižu se magle, ovdje puše vjetar, lahor ili orkan, ovdje sijevaju munje. Troposfera je naš životni dom. U njoj se odvija život, udišemo kisik i dušik; 99% zraka sastavljeno je od od ova dva kemijska elementa. Iznad troposfere smještena je stratosfera gdje temperatura raste. U stratosferi se nalazi ozon (kisikova molekula od tri atoma), koji upija za živo tkivo štetna ultraljubičasta zračenja. Na nekim drugim planetskim tijelima, u stratosferi se zadržava sloj magle.

Mezosfera je treće atmosfersko područje u kojem – barem na Zemlji – temperatura opada. Prijelaz od planeta u svemirski prostor čini termosfera. Njezine visoke temperature posljedica su upijanja Sunčevih kratkovalnih zračenja, dalekog ultraljubičastog i rendgenskog zračenja. Gotovo je nezamislivo kolika je to pogodnost za živa bića na Zemljinoj površini, jer su i ta zračenja pogubna za živo tkivo.

Toplina sa tla

U legendi o Dedalu i Ikaru, Ikar je poletio previsoko pa mu je Sunce rastopilo voskom slijepljena krila. Iskustvo je pak suprotno – kada letimo mlaznim avionom, obavještavaju nas da okolni zrak ima temperaturu -40 °C. Tu se vosak ne bi rastopio, već bi postao krut kao metal. Zašto je zrak pri tlu topliji nego na planinskim vrhuncima?

Troposfera se ne zagrijava odozgo, od Sunca, već odozdo, od zagrijanog tla. Sunčeva zračenja najprije zagrijavaju tlo, zračne mase smještene neposredno uz tlo se također zagrijavaju, postaju lakšima i dižu se. Predavši toplinu u visini, hlade se i spuštaju. Tako zračne mase cirkuliraju od tla do vrha troposfere i tjelesno prenose toplinu. Zato je na vrhovima planina hladnije nego pri morskoj razini, iako su planine bliže Suncu.

Tlo i zračne mase smještene neposredno uz tlo čuvari su topline. Vjetrovi pušu s toplijeg dijela Zemlje prema hladnijem, sa osunčane strane na noćnu. Zrak se noću sporo hladi, osobito ako su prisutni oblaci. Tako na dnevnoj i noćnoj strani Zemljina globusa ne vladaju bogzna kako različite temperature. Atmosfera čuva i preraspodjeljuje dobivenu toplinu. Tlo se noću ipak hladi, ali i tu postoje velike raznolikosti.

Niti jedna atmosfera ne sastoji se samo od plinova. Kada bi se Zemljina atmosfera sastojala samo od dušika i kisika, ne bi sadržavala oblake, niti bi davala kišu. Kišu i oblake uzrokuje onečišćenje atmosfere sitnim česticama i vodenom parom. Vremenske promjene zahvaljujemo složenom sastavu atmosfere u kojoj dušik i kisik nisu jedini sastojci. Od najsitnijih čestica praha i vodene pare formiraju se oblačne mase. Odlučujuću ulogu u atmosferskim svojstvima i mogućnostima života na svemirskim tijelima imaju manjinski atmosferski sastojci, čestice praha i kruti smrznuti sastojci.

Život i životni pojas

Za život na Zemlji neobično je važan njezin položaj u Sunčevu sustavu: ona je treći planet od Sunca, s tijelom izgrađenim od stijena, tankog vodenog i prozirnog plinovitog omotača. Iako je planet nazvan Zemljom, površina mu pokazuje više vode nego zemlje.

Traganje za životom svodi se na traganje za vodom, te za životnim skupinama molekula – organskim molekulama.

Pogledamo li koji elementi u svemiru prevladavaju, uočit ćemo da su to upravo najobilniji sastojci živih organizama (s izuzećem helija). U svemiru najviše ima vodika, helija, kisika, ugljika i dušika. Zar onda nije lako razumjeti da nismo plinoviti mjehuri od vodika i helija, već tekući i čvrsti organizmi? Ali, ne radi se samo o tome da su ovi “organogeni” elementi među najbrojnijima, već i o tome u kakve sve kombinacije oni stupaju. Zato treba pogledati i zastupljenost molekula u svemiru. Astronomi ih nalaze u područjima izvan zvijezda, jer su na samim zvijezdama molekule rjeđe zbog visokih temperatura na kojima se raspadaju. Za biologiju su najvažniji elementi od kojih se slažu molekule, a raspoznajemo ih po abecednom redu: CHNOPS (ugljik C, vodik H, dušik N, kisik O, fosfor P u molekuli PO4, te sumpor S). Pronađu li se na nekom svemirskom tijelu, treba se njime ozbiljno pozabaviti jer upućuje na nama poznati život.

Svemir je bogat organskim molekulama. U prostoru među zvijezdama nađeno ih je veoma mnogo, a većina ih sadrži atom ugljika. Ugljikovi se spojevi ostvaruju u jako mnogo kombinacija, a i kemijski procesi koji se odvijaju između tih molekula veoma su raznovrsni.

No to još nije sve. Potrebna je i voda, H2O, a ona je čudesno sredstvo. Spojevi temeljeni na ugljiku u reakcijama trebaju otapalo, tekućinu u kojoj se međusobno rastavljaju i pregrađuju. Voda je upravo takvo otapalo. Teško je zamisliti neke druge elemente, kao silicij ili željezo, od kojih bi mogli nastajati organizmi temeljeni na siliciju ili željezu, a za čije bi molekule moglo postojati jednako učinkovito otapalo kao što je voda za ugljikove spojeve. No voda donosi i ograničenja. Prisustvo tekuće vode u biološkim procesima, i u tkivu, u živim stanicama, u biti ograničava život u područje temperatura od ledišta do vrelišta.

To su široke granice naših životnih uvjeta. Koliko je tijela Sunčeva sustava smješteno u području gdje Sunčeve zrake zagrijavaju atmosferu na temperaturu koja nije viša od vrelišta i ne mnogo niža od ledišta vode? Prosječna je temperatura Zemljine površine 15 °C, Venerine 480 °C, a Marsove -50 °C. Izabrali smo: jedino je Zemlja planet na kojemu postoje uvjeti za život kakav poznajemo, i to već nekoliko milijardi godina!

Život u oblacima

Na Veneri, pod okriljem toplih Sunčevih zraka, u obilju vlažnosti i oblaka iz kojih se često prosiplju pretpotopne kiše, buja silna vegetacija a njome se napasaju divovske životinje kao što su nekad postojale na Zemlji. To je mišljenje bilo podržavano još ne tako davno, o planetu koji je praktički jednake veličine kao Zemlja. Stvarnost je mnogo drukčija i za naše pojmove znatno surovija. I danju i noću, na ekvatoru i na polu, temperatura se s manjim razlikama kreće oko nevjerojatnih 480 °C. Tlo žari i spaljuje svemirske sonde, a zbog golemog ih pritiska tlači i uništava. O bićima poput dinosaura, od mesa i kostiju, ne može se niti pomisliti. Organska bi tvar izgorjela. Slični uvjeti kao na Zemlji javljaju se jedino u Venerinim oblacima na visini od pedeset kilometara, gdje je tlak jedna atmosfera, a temperatura blizu ništice. Tamo bi zemaljski organizmi mogli preživjeti!

Jednako kao Venerina, i Marsova je atmosfera izgrađena od ugljik-dioksida. No na Marsu je naizgled sasvim drukčije samo zato što je njegova atmosfera sasvim razrijeđena i pritišće tlo stotinjak puta slabije od tlaka na našoj morskoj razini.

Planetske su atmosfere raslojene na jednak način, bilo da kao Venera imaju čvrsto tlo, bilo da se kao Jupiter posve sastoje od plinova. Jupiter, Saturn, Uran i Neptun divovske su plinovite kugle. I opet ih termosfera brani od energijski učinkovitih Sunčevih zračenja. Ispod termosfere prostire se mezosfera u kojoj je temperatura prilično stalna, a zatim stratosfera u kojoj temperatura pada sve do vrha troposfere. Kao i na Zemlji, u troposferi su se stekli fizički uvjeti da manjinski sastojci grade oblake. Jupiterovi se oblačni slojevi sastoje od tih sastojaka: amonijaka, amonijeva sulfida i vjerojatno od vode. Ispod sloja s vodenom parom stječu se uvjeti za život: temperatura oko ništice i više, tlak od jedne do nekoliko atmosfera. I ozbiljni istraživači uočili su da bi u toj sredini mogle postojati organske molekule koje bi živim organizmima predstavljale hranu, pa su čak i zamišljeni živi oblici nalik mješincima i meduzama, koji lebde u Jupiterovoj atmosferi, razmnožavaju se, love jedni druge...

Slojevitost atmosfere poput Zemljine – s troposferom, oblacima, mogućim oborinama – svemirska tijela imaju u skladu s načinom na koji zvijezdino zračenje prolazi kroz atmosferu i s načinom kojim se dobivena toplina preraspodjeljuje. Na svima njima neobično su važni manjinski sastojci atmosfera. Zbog njih na Zemlji pada vodena kiša, u Venerinim oblacima sipi kiša od sulfatne kiseline, na Uranu sniježe etan i metan iz isto takvih oblaka…

Život na satelitima

Nije lako povjerovati da bi se na drugom velikom Jupiterovu satelitu, Europi, mogao skrivati život. Ona je gotovo bez atmosfere i izvan “životne zone” Sunčeva sustava, a život je moguć!

Kako je 1979. godine posvjedočila letjelica Voyager 2 radi se o ledenoj pustinji – santi leda zaprljanoj blatnim materijalom. Danas je znanje o Europi izvanredno napredovalo i gotovo da nema sumnje kako je osim ledene površine na tom tijelu manjem od Mjeseca još jako mnogo vode: globalna santa leda, led koji obuhvaća Europu kao kora lubenice slatku unutrašnjost, pliva na oceanu tekuće vode. Rijetka atmosfera sadrži kisik, kao vjerojatnu posljedicu fotolize vode.

Poslije Marsa, Europa je posljednja oaza u kojoj bi mogao postojati život. Što znači tekuća voda? Ako je voda zaista tekuća, tada su i temperature ispod vidljivog ledenog pokrova iznad ledišta!

Među svjedočanstvima o vodi ističe se mladost Europi1ne površine. Kao i drugi sateliti, Europa je morala nastati u vrijeme nastanka Sunčeva sustava. Svi drugi Jupiterovi sateliti bogati su kraterima, jamama nastalim od asteroidnih udara. Krateri su svih veličina, od najvećih (stotinjak kilometara pa i više) do najmanjih. A na Europi je nađeno tek nekoliko kratera, pritom ne većih od 20 kilometara. Zar na Europu nisu padala velika tijela koja dube velike kratere? Ni u kojem slučaju. Ona su potonula u dubinu, a Europina se kora zaklopila nakon njihova pada. Rastalila se i ponovo zamrznula.

Epizode s taljenjem nastavljale su se zbog Jupiterove blizine. To je treći uvjet mogućeg života na Europi. Jupiter bi joj mogao povremeno darivati toplinu. Za Europu je Jupiter ono što je Sunce za Zemlju. Zato pojam životnih pojaseva oko zvijezda valja proširiti na planete koji odišu energijom. Pojas oko Jupitera obuhvaća satelite Io i Europu!

Na još nekim tijelima ima ili bi moglo biti vode: osim Marsa, u obzir dolazi i Neptunov satelit Triton, koji ima atmosferu, dok bi organskih molekula moglo biti na Saturnovu satelitu Titanu i na Plutonu.

Titan je sasvim poseban slučaj. Najveći satelit u Sunčevu sustavu poslije Ganimeda, veći od planeta Merkura. Po gustoći atmosfere prvi je do Venere, s tlakom većim od Zemljina. Pri tlu mu vlada nevjerojatnih 1,5 atmosfera. Zemlja je tek na trećem mjestu… No prevedemo li tlak u gustoću, dobivaju se druge brojke.

Venerina je atmosfera pri tlu 55 puta a Titanova samo 5 puta gušća od Zemljine. Sastav je veoma pogodan za izgradnju organske “juhe”. Dušik, amonijak, metan, i mnogi ugljikovodici. Pokusima je dokazano da neke od zemaljskih bakterija preživljavaju u takvoj okolini i hrane se sastavnicama takve atmosfere…. Istraživanje Titana pomoći će da se rasvijetli Zemljina prošlost.

Ipak, moramo reći stop! Još nitko nije zamislio otpočinjanje životnih procesa pri temperaturi od -178 °C. Preniska bi temperatura spriječila svaki razvoj života nalik zemaljskom.

No ni tu nije sve tako pesimistično. Kometski i asteroidski udari na Titanu mogli su zagrijati pojedine manje dijelove tla tvoreći tzv. vruća mjesta. Toplina se tu može zadržati i više tisuća godina, omogućujući elementarne životne procese.

Ima li ikakvih ostataka života i koliko ima organskih molekula na udaljenijim tijelima Sunčeva sustava odgovorit će istraživanja u idućih 10–20 godina kojima se na Zemlju namjeravaju donijeti uzorci tla.

Novi planeti na vidiku

Naše Sunce nije jedina zvijezda koju okružuju planeti. Njih ima posvuda u svemiru, što potvrđuju najnovija otkrića. Već su kod par desetaka zvijezda pronađeni pratioci koji nisu zvijezde, a veliki su otprilike poput Jupitera. Neki se od njih nalaze u životnoj zoni svoje zvijezde, ali većina ih je preblizu zvijezdi, sva ižarena i teško bi bilo zamisliti život na njima.

Planetski su sustavi pratioci zvijezda zato jer je njihov postanak normalna pojava u vrijeme postanka zvijezda. Nikada se sav svemirski materijal ne pretvori u zvijezdu, uvijek još ostane dovoljno sitneži da se od njega oblikuju planeti. Planeti su nađeni i pokraj zvijezda sličnih Suncu (žutih zvijezda), ali nađeni su i pokraj pulsara – neobičnih, malenih zvijezda koje se brzo okreću. Može li se tamo zamisliti voda, zrak i toplina? Nova istraživanja donijet će ne samo nove podatke već i nove poglede na život i mogućnosti njegova postojanja. Da bi se saznalo hoće li se jednog dana povratiti uzorci tla s planeta drugih zvijezda valja malo pričekati.