Nadir Dünya hipotezi

Bakteri gibi basit yaşam evrende yaygın olabilir; peki ya hayvanlar, ormanlar, zeki türler? Nadir Dünya hipotezi, karmaşık yaşamın ortaya çıkması için astronomik ve jeolojik açıdan pek çok olası olmayan koşulun bir araya gelmesi gerektiğini, bu yüzden Dünya gibi gezegenlerin son derece nadir olabileceğini savunur. Fermi paradoksuna verilen en bilinen yanıtlardan biridir; genel çerçeve Fermi paradoksu sayfasında.

Kitap ve yazarları

Hipotez adını, Washington Üniversitesi'nden jeolog ve paleontolog Peter Ward ile astronom ve astrobiyolog Donald E. Brownlee'nin 2000'de yayımladığı Rare Earth: Why Complex Life Is Uncommon in the Universe (Nadir Dünya: Karmaşık Yaşam Evrende Neden Seyrek) kitabından alır.

Kitap, bilinçli olarak bir karşı tez olarak yazıldı. 1970'ler ve 80'lerde Carl Sagan, Frank Drake ve başkaları, Kopernik ilkesinden türetilen sıradanlık ilkesini yaşama da uygulamış ve Dünya'nın özel olmadığını, dolayısıyla karmaşık yaşamın yaygın olması gerektiğini savunmuştu. Kopernik ilkesi kabaca, evrende ayrıcalıklı bir konumda bulunmadığımızı söyler. Ward ve Brownlee ise Dünya'nın birçok açıdan "şanslı" olduğunu ve bu şansın tekrarının zor olduğunu ileri sürdü.

Karmaşık yaşam için gerekenler

Ward ve Brownlee'nin listesi galaksi ölçeğinden başlayıp Dünya'nın biyolojik tarihine kadar uzanır:

• Galakside doğru yer: Galaktik merkeze yaklaşık 7-9 kiloparsek uzaklıkta, "galaktik yaşanabilir bölge" denen bir halka. Merkeze çok yakın bölgeler süpernova ve yoğun radyasyon nedeniyle tehlikeli, dış bölgeler ise gezegen yapımı için gereken ağır elementlerden yoksundur. Lineweaver ve arkadaşları bu bölgenin Samanyolu yıldızlarının yaklaşık yüzde 10'unu, Gonzalez ve arkadaşları ise en fazla yüzde 5'ini içerdiğini tahmin eder.
• Doğru yıldız: Parlaklığı az değişen, kararlı, çift yıldız sisteminin üyesi olmayan bir yıldız ve onun çevresindeki yaşanabilir bölge. Hayvanlar için "sürekli yaşanabilir bölge" yaklaşık 0,95-1,15 astronomik birim (AB) olarak hesaplanmıştır. (1 AB, Dünya ile Güneş arasındaki ortalama uzaklıktır.)
• Doğru gezegen düzeni: İç kısımda küçük kayalık gezegenler, dışta gaz devleri; özellikle de çarpışma tehlikesi oluşturan cisimleri saptıran ya da yutan Jüpiter benzeri bir "koruyucu".
• Doğru gezegen: Uygun büyüklükte, levha tektoniği ve manyetosferi olan, yörüngesi ve eksen eğikliği kararlı bir kayalık gezegen.
• Büyük bir uydu: Eksen eğikliğini kararlı tutan, gelgitleri yönlendiren ve tektoniğe katkı verebilen Ay benzeri bir uydu.
• Uygun atmosfer: Ozon tabakası, azot ve karbondioksit dengesi.
• Biyolojik tetikleyiciler: Mitokondri taşıyan ökaryot hücrelerin ortaya çıkışı, eşeyli üreme ve Kambriyen patlaması gibi nadir olaylar.
• Zamanlama: Dinozorları ortadan kaldıran Kretase-Paleojen yok oluşu gibi, memelilerin ve insanın evrimine yol açan rastlantılar.

Nadir Dünya denklemi

Ward ve Brownlee, Drake denklemine karşılık gelen kendi denklemlerini de önerdiler (Drake denkleminin ayrıntısı Drake denklemi sayfasında). Bu denklem, Samanyolu'ndaki yıldız sayısını (N*) ve bir yıldızın yaşanabilir bölgesindeki ortalama gezegen sayısını (ne) şu dokuz oranla çarpar:

• fg: galaktik yaşanabilir bölgedeki yıldızların oranı,
• fp: gezegeni olan yıldızların oranı,
• fpm: gaz değil kayalık olan gezegenlerin oranı,
• fi: yaşanabilir gezegenlerden mikrobik yaşamın başladığı oran (yazarlara göre küçük olması beklenmez),
• fc: karmaşık yaşamın evrimleştiği gezegenlerin oranı (yazarlara göre küçük olabilir; Dünya'da mikropların ortaya çıkışından bu yana geçen sürenin yaklaşık yüzde 80'inde yalnızca bakteriler vardı),
• fl: gezegenin toplam ömründe karmaşık yaşamın var olduğu sürenin payı,
• fm: büyük bir uydusu olan yaşanabilir gezegenlerin oranı,
• fj: büyük, Jüpiter benzeri gezegenleri olan sistemlerin oranı,
• fme: yeterince az sayıda yok oluş olayı yaşayan gezegenlerin oranı.

Hipotezde N* ile ne çarpımı yaklaşık 5×10¹¹ alınır. Geri kalan dokuz çarpanın çarpımının en fazla 10⁻¹⁰, hatta 10⁻¹² kadar küçük olabileceği öngörülür; bu da sonucun 0 ya da 1 olabileceği anlamına gelir. Galaktik yaşanabilir bölgede olma olasılığı Ward, Brownlee ve Gonzalez tarafından 0,1 olarak tahmin edilmiştir. Ancak yazarlar N için kesin bir sayı vermez; çünkü elimizdeki tek örnek Dünya'dır ve tek bir veri noktasından olasılık hesaplamak mümkün değildir.

Önemli bir fark daha var: Nadir Dünya denklemi, Drake denkleminden farklı olarak karmaşık yaşamın zekâ ve teknoloji geliştirme olasılığını içermez. Yani "uygarlıkları" değil, hayvan düzeyinde karmaşık yaşam barındıran gezegenleri sayar.

Destekleyenler

Hipotez, farklı alanlardan pek çok bilim insanı ve yazar tarafından benimsendi ya da desteklendi. Bunlar arasında Stuart Ross Taylor, Stephen Webb, Simon Conway Morris, John D. Barrow ile Frank J. Tipler, John Gribbin, Brian Cox ve yaşamın büyük olasılıkla çok nadir olduğunu savunan Richard Dawkins sayılabilir.

Eleştiriler

Nadir Dünya hipotezi, yayımlandığından bu yana sert eleştiriler de aldı:

• Dünya merkezcilik: Jack Cohen, karmaşık yaşamın Dünya benzeri bir yüzeye ihtiyaç duyduğu varsayımının fazla dar olduğunu savunur.
• Gerçek bir hipotez mi? David Darling'e göre hipotez, sınanabilir öngörüler yapmak yerine yaşamın Dünya'da nasıl ortaya çıktığını anlatır. Ona göre asıl soru, Dünya'nın koşullarından herhangi birinin yalnızca olağandışı değil, karmaşık yaşam için gerçekten zorunlu olup olmadığıdır.
• Ötegezegen verileri: 2013'teki Kepler verileri, G ve K türü yıldızların yaklaşık beşte birinin Dünya'ya benzer yörüngede Dünya boyutunda ya da süper-Dünya sınıfında bir gezegeni olduğunu, bunun Samanyolu'nda yaklaşık 8,8 milyar gezegen anlamına geldiğini gösterdi. Eleştirmenler ayrıca hidrojen yakan yıldızların yaklaşık yüzde 82'sinin M ve geç K türü yıldızlar olduğunu hatırlatır.
• Jüpiter gerçekten koruyucu mu? Horner ve Jones 2008'de Jüpiter'in Dünya'ya yönelik çarpışmaları önlediğinden çok tetiklediği sonucuna vardı. James Kasting de 2001'de Jüpiter benzeri bir koruyucunun karmaşık yaşam için önemini sorguladı.
• Levha tektoniği nadir mi? Venüs, Europa, Ganymede, Mars ve Plüton'un uydusu Charon'da tektoniğe benzer etkinlik izleri bulunması, tektoniğin sanıldığı kadar nadir olmadığını düşündürür.
• Oksijen şart mı? Oksijensiz ortamda yaşayan Spinoloricus cinziae gibi çok hücreli hayvanların bulunması, hayvanlar için oksijenin mutlak koşul olduğu iddiasını zorlar.
• Manyetik alan ve büyük uydu: Kasting, atmosferin güçlü bir manyetik alan olmadan da kozmik ışınlara karşı koruma sağlayabileceğini; uydusuz bir Dünya'nın da yaşanabilir ortamlara sahip olabileceğini savunur. Belbruno ve Gott ise uydu oluşturan dev çarpışmaların Lagrange noktalarında gerçekleşebileceğini, dolayısıyla sanıldığından yaygın olabileceğini öne sürer.

Bugün nerede duruyor?

Ötegezegen keşifleri, hipotezin "doğru yıldız, doğru uzaklık, doğru boyut" ayağını önemli ölçüde zayıflattı: Dünya boyutunda ve yaşanabilir bölgede dolanan gezegenler artık istisna değil. Buna karşın hipotezin daha ince iddiaları, örneğin levha tektoniğinin, büyük bir uydunun ya da ökaryot hücre gibi biyolojik sıçramaların ne kadar yaygın olduğu, bugünkü gözlem araçlarıyla sınanamıyor. Bu yüzden Nadir Dünya hipotezi hem savunucuları hem eleştirmenleri olan, tartışmalı bir görüş olarak kalıyor. Gezegenlerin yaşanabilirlik ölçütlerinin ayrıntısı Yaşanabilir bölge sayfasında.

Kısaca

• Nadir Dünya hipotezi, karmaşık yaşamın pek çok olası olmayan koşul gerektirdiği için çok nadir olduğunu savunur.
• Peter Ward ve Donald Brownlee'nin 2000 tarihli kitabıyla ortaya çıktı ve sıradanlık ilkesine karşı bir tez olarak sunuldu.
• Galaktik konum, kararlı yıldız, Jüpiter benzeri koruyucu, levha tektoniği, büyük uydu ve biyolojik sıçramalar başlıca koşullardır.
• Kendi denklemine göre karmaşık yaşamlı gezegen sayısı 0 ya da 1 kadar düşük olabilir.
• Kepler verileri ve Jüpiter'in rolüne dair çalışmalar hipotezin bazı ayaklarını zayıflattı; tartışma sürüyor.

Kaynaklar: Wikipedia — Rare Earth hypothesis, Wikipedia — Fermi paradox