NRCFs frågelåda i fysik - nyckelord: liv i universum

Ursprunglig fråga:
Om en planet har två eller flera solar, hur varmt skulle det bli? Hur många solar kan en planet ha? Hur många månar kan en planet ha?
/Mattias och María S, sjöstadsskolan, stockholm

Svar:
Hej Mattias och Maria! Bra fråga, för det är ju så att en stor andel av alla stjärnor är medlemmar i dubbelstjärne-system eller system med ännu fler stjärnor.

Problemet är inte att det nödvändigtvis skulle bli alltför varmt utan att en planetbana är mycket instabil i ett dubbelstjärne-system. Planeten kommer att slingra omkring slumpmässigt på olika avstånd från stjärnorna, och det är tom risk att planeten kastas ut ur systemet eller in i en av stjärnorna. Det finns två gränsfall för vilka man kan tänka sig stabil bana för en planet: om solarna kretsar mycket nära varandra eller om de är långt ifrån varandra.

Om det skall kunna finnas liv på en planet, så måste den under mycket lång tid (miljarder år) befinna sig på "lagom" avstånd till en stjärna. Man brukar anta att liv som vi känner det kan förekomma om det finns flytande vatten, dvs mellan 0 och 100^oC. Avstånd från stjärnan som uppfyller detta brukar kallas beboelig zon (Habitable_zone ), se nedanstående bild från Wikimedia Commons.

Bilden visar att solsystemets beboeliga zon är ganska bred och sträcker sig nästan från Venus till Mars. För en mindre stjärna (som skulle vara svalare än solen och röd), är den beboeliga zonen mycket smal. (Detta låter kanske konstigt om man bara tittar hastigt på figuren, men observera att avståndsskalan längst ner är logaritmisk. För solen är den beboeliga zonen 0.8 till 1.3, medan den för en röd dvärgstjärna är 0.1 till 0.3.)

Ett annat problem med en röd dvärgstjärna är att en planet som befinner sig så nära en stjärna utsätts för så starka tidvattenskrafter att planeten får bunden rotation. Detta innebär att den alltid vänder samma sida mot stjärnan, så ena sidan av planeten blir mycket varm och den andra mycket kall.

För en större stjärna som strålar mer än solen är den beboeliga zonen visserligen stor, men förutsättningarna är ändå dåliga del pga den starka UV-strålningen som är skadlig för liv, och dels för att en tung stjärna inte blir tillräckligt gammal för att liv skall hinna utvecklas.

Man tror alltså att största chansen att hitta liv är på planeter runt solliknande enkla stjärnor. Det låter som en mycket stor begränsning, men eftersom det finns så enormt många stjärnor i Vintergatan (c:a 200 miljarder), finns det ändå många möjligheter.

Länk 1 är en animering (på engelska) där man kan studera vad som påverkar en planets temperatur.

En planet kan i princip ha nästan hur många månar som helst, men med riktigt många kommer de att börja påverka varandra och kastas ut ur systemet, in i planeten eller kollidera så de splittras och bildar ringar.

Svar:
Ett ufo är ett oidentifierat flygande föremål. Begreppet infördes av det amerikanska flygvapnet i början av 1950-talet och ordet är en akronym av engelska ”unidentified flying object”.

Alexander! Javisst, ET har besökt oss många gånger med sina flygande tefat! Dessa tefat eller UFOn observerades speciellt på 1950-talet och i en del fall hade man direktkontakt med utomjordingarna. Se vidare Ufo och Unidentified_flying_object .

Nej jag bara skojar

! Det finns inga bevis för att utomjordingar (intelligenta varelser från andra planeter än jorden) finns. Å andra sidan finns det säkert många planeter som har förutsättningar att hysa liv, se fråga 13036

nedan. Eftersom enkelt liv uppstod på jorden i stort sett omedelbart när förutsättningarna fanns, tror många att liv är ganska vanligt i universum. Steget till utomjordiskt intelligent liv och att få kontakt är emellertid mycket långt.

Se fråga 16561

för lite spekulationer om hur utomjordingar skulle kunna se ut.

Länk 1 är till Riksorganisationen UFO Sverige. Länk 2 är en ganska okritisk men mycket omfattande sammanställning av UFO-rapporter.
/Peter E

Ursprunglig fråga:
Finns någon anledning till att man säger att marsmänniskor ska vara just gröna?
/Å-L W

Svar:
Intressant fråga! Låt oss beakta två aspekter på frågan: var uttrycket kommer ifrån och vilka egenskaper skulle ET ha om vi skulle möta honom?

Det finns en lång och mycket initierad artikel i Wikipedia om var uttrycket "little green men" kommer ifrån, se Little_green_men . Det är klart att uttrycket är mycket äldre än man skulle kunna vänta sig - omkring sekelskiftet 1800-1900 - och att ursprunget är svårt att spåra.

Uttrycket var populärt på 1950-talet då det gjordes en hel del Science Fiction kalkonrullar, även om dessa för det mesta var i svart/vitt. Jag skulle ha gissat på att uttrycket uppkom som en nedsättande beteckning på de varelser som kom hit med de flygande tefat som förekom i media mycket på 1950-talet. Anledningen till att de blev gröna var kanske att grön är en färg som inte förekommer på människor.

Uttrycket är emellertid mycket välkänt. En av de mer kända användningarna var 1967 då Jocelyn Bell Burnell and Antony Hewish från Cambridge, UK i sin loggbok kallade den först upptäckta pulsaren för LGM-1 ("Little Green Men") för att de snabba, regelbundna signalerna skulle kunna komma från intelligenta varelser. Beteckningen ändrades senare till CP 1919, och heter nu det fantasilösa PSR B1919+21 (Pulsating Source of Radio). Se Pulsar .

[Idéerna i detta avsnitt kommer till en del från det mycket intressanta sista kapitlet i Lewis Dartnells bok Life in the Universe (Oneworld, Oxford, 2007).]

Låt oss kalla vår vän ET. Hon/han/det (ET behöver inte föröka sig sexuellt, även om detta är den dominerande metoden på jorden) är en intelligent utomjording med utvecklad teknologi.

Jorden och solsystemet skapades ur ett gas/stoftmoln för c:a 4.6 miljarder år sedan. Eukaryoter (bestående av celler med cellkärna) har funnits på jorden i över 2 miljarder år. Komplexa djur/växter har funnits c:a 0.5 miljarder år. Någon sorts enkelt encelligt liv (prokaryoter) kan ha funnits för 3.5-3.8 miljarder år sedan.

Man kan se på utvecklingen av liv att Moder Natur snarare är en knåpare (eng. tinkerer) än en uppfinnare (eng. inventor). Lösningar återanvändes snarare är att det kommer fram nya, och utvecklingen sker i små steg. Grunderna för det liv som vi ser i dag fanns redan i början.

Möjliga lösningar begränsas av naturlagarna, vilket betyder att samma lösning på ett problem kommer upp i flera sammanhang. Ögat som däggdjur har med en lins och en ljuskänslig yta har t.ex. uppkommit vid flera tillfällen oberoende av varandra, se Öga#Ögats_evolutionära_utveckling . Naturligt urval hos vitt skilda organismer har konvergerat mot en och samma lösning. Detta bör även gälla extraterrest liv eftersom naturlagarna är desamma - detta är åtminstone vad vi antar.

Flygförmåga är sannolikt en egenskap som utvecklas av några arter på en jordliknande planet eftersom det ger stora fördelar för att undvika rovdjur och för att söka föda. Tvärtemot vad man kanske väntar sig bör flygförmåga vara svårare på en liten planet med låg tyngdkraft. Detta eftersom en sådan planet antagligen har en tunn atmosfär. På en större planet med tjockare atmosfär skulle det vara enklare att flyga eftersom man får tillräcklig lyftkraft med rimligt stora vingar. ET som intelligent varelse kan antagligen inte flyga eftersom överlevnadsvärdet är marginellt - ET kan säkert försvara sig på andra sätt.

En annan egenskap som antagligen är universell är att de flesta djur består av en matsmältningskanal med en ingång och en utgång. Detta är ett effektivt sätt att få i sig den näring som krävs för att dels upprätthålla kroppstemperaturen (vi antar att intelligenta varelser inte kan vara växelvarma), hålla igång en hjärna och driva extremiteter för transport och manipulation.

I detta sammanhang kan vi observera att det är svårt att tänka sig högre stående djur utan växtlighet som kan ge näring. Fotosyntesen ger visserligen energi, men den är alltför ineffektiv (c:a 8% verkningsgrad) för att ett djur skall kunna använda den direkt. Växterna kräver mycket lite energi, så de klarar uppgiften att producera syre och kolhydrater som sedan djuren kan dra nytta av.

Vad gäller växter bör följande egenskaper optimeras: möjlighet att ta upp och lagra vatten, utbyte av gaser med atmosfären, infångandet av solljus, spridande av sporer (frön) och mekanisk stabilitet.

ET bör dessutom ha något sorts internt transportsystem för syre och energi. Hemoglobin innehållande järn är det vanligaste för syretransport, men man kan tänka sig andra transportämnen - vissa krabbor har t.ex. blått blod innehållande koppar.

Hörsel och känsel är självklara sinnen som bör utvecklas som komplement till synen (se ovan). Det krävs också en hjärna för att behandla komplicerade sinnesintryck och för att utveckla intelligens. För att minimera reaktionstiden kan sinnesorganen och hjärnan samlas på ett ställe, som vi kan kalla huvud. Hur sinnesorganen ordnas kan variera, men för både syn och hörsel är mer än ett sinnesorgan en fördel (stereoeffekt). Antal och typ av extremiteter, mönster/färg på huden kan även variera, men intelligenta varelser som utvecklar teknologi måste ha god förmåga att manipulera föremål. (Det är svårt att se hur delfiner skulle kunna utveckla teknologi.)

ET måste ganska säkert vara ett landdjur. Eftersom ET förbrukar mycket energi är han antagligen åtminstone delvis köttätare. ET kan ha vilken färg som helst. Grön indikerar antingen att ET är fotosyntiserande (inte troligt, se ovan) eller kamouflerad för att gömma sig bland växter (det behöver han knappast). Dessutom är färger subjektiva för människan eftersom vi utvecklat tre sensorer känsliga för specifika våglängder i för oss synligt ljus (se fråga 16135

ET har antagligen linsögon som vi, och om hans centralstjärna har lite lägre temperatur än solen skulle han säkert ha sensorer för infrarött.

Ett ytterligare skäl att ET troligen är köttätare är utvecklingstrycket: en jägare måste utvecklas för att lura sitt byte medan ett betande djur inte har samma behov till utveckling.

ET måste vara social och kunna leva i ett samhälle där man kan samla kunskap och föra den vidare till senare generationer. För detta krävs ett språk (tal eller tecken) och antagligen något sorts skriftspråk.

ET bör inte vara alltför aggressiv mot sina artfränder - då hade han säkert utrotat sig själv på ett tidigt stadium.

Ovanstående bygger på att liv är någotsånär som på jorden, dvs kol/vatten-baserat. Man kan naturligtvis tänka sig helt annorlunda livsformer, se ett par exempel i fråga 15912

. Att identifiera sådant liv - när vi inte vet vad vi skall leta efter - kan emellertid vara svårt.

Svar:
Hej Thomas! Det är nog inslaget i länk 1 du refererar till. Länk 2 innehåller hela artikeln.

Om man läser artikeln (journalistiska framställningar är ofta lite tillspetsade) så ser man dels att skillnaderna i sammansättning är ganska liten och att det kan finnas flera förklaringar till skillanden. Men det är en intressant idé!

Sökandet efter jordliknande exoplaneter som kan ha liv sker bara i vår närhet i vår vintergata. Anledningen är att man prioriterar solliknande stjärnor, och de är alltför svaga för att observeras i andra galaxer. Ljusstarka stjärnor som kan ses i andra galaxer har alltför kort livslängd för att liv skall kunna uppstå.
/Peter E

Ursprunglig fråga:
Hej! Hur långt ut sträcker sig solsystemet? Är det så långt som till den punkt där vår närmaste stjärnas gravitation är starkare än solens eller är det till nå't annat avstånd?

Man letar efter exoplaneter som roterar kring avlägsna stjärnor, men anser man att det inte finns några härifrån och dit eller är det av längtan att finna planeter med möjligt liv man letar så långt bort? (Det blir lite som när matematikerna letar efter allt större primtal: man hittar nya och större men kanske inte alla m e l l a n de funna primtalen.)
/Thomas Å, Arlandagymnasiet, Märsta

Det finns ingen definition på detta. Man kan välja där Oorts moln tar slut, där solens gravitation inte dominerar eller, kanske det bästa, där solens plasma (joner och elektroner som solen skickar ut) övergår i det interstellära mediet.

Fråga 2: Vad menar du egentligen? Man letar efter exoplaneter både bland närbelägna stjärnor och bland avlägsna. De närbelägna är intressanta eftersom de i en framtid kan tänkas studeras närmre (direkt avbildning, spektra). De avlägsna är intressanta för att de är så många - man kan lära sig hur planetsystem uppkommer genom att studera många system.

Tillägg 10/12/08:
För det första letar man inte exoplaneter bara för att hitta liv. Det hade naturligtvis varit en fantastisk upptäckt, men man kan även förhoppningsvis bättre förstå hur planetsystem bildas och utvecklas. Vad gäller sökande efter liv, så är det inriktat på livsformer som liknar det som finns på jorden, dvs livsformer som behöver flytande vatten (0-100^oC). Detta kan vara kortsynt, men problemet är att vi inte vet hur avvikande livsformer ser ut, så det är svårt att leta efter dem.

I science fiction litteraturen finns det emellertid exempel på större fantasi. Här är ett par av klassikerna: The_Black_Cloud av Fred Hoyle och Dragon's_Egg av Robert Forward. I Carl Sagans Contact_(film) undviks på ett subtilt sätt att avslöja hur utomjordingarna ser ut.

Nedanstående bild från Wikimedia Commons visar hur en exoplanet skulle kunna se ut. Se Exoplanet och Exoplanets för mer om exoplaneter.

Svar:
Hej Nettan! Jorden! Om du menar intelligent liv så är jag dock tveksam...

I solsystemet är den allmänna meningen att Mars kan ha haft liv, jupitermånen Europa skulle kunna ha något primitivt liv i de oceaner som antagligen finns under ett islager. Sen är det nog stopp vad gäller vårt solsystem.

Man har emellertid de senaste åren upptäckt att många andra stjärnor än solen omges av planeter (s.k. exoplaneter, se länk 1). Bland annat detta har givit upphov till ett helt nytt vetenskapsområde som kallas astrobiologi, se länk 2. De flesta exoplaneter har upptäckts genom att man mycket noggrannt studerat dopplerförskjutningar i stjärnors spektra, se figuren nedan. Se vidare liv i universum , livets uppkomst och Extraterrestrial_life .

Ursprunglig fråga:
Vi har i området astronomi kommit in på frågor om möjligheten att hitta intelligent liv på andra planeter. När man beräknar antal möjliga planeter som skulle kunna hysa liv (för tex vår egen galax), vilka grundkriterier utgår man från då?

Som jag själv förstår det får inte planeten ligga alltför nära galaxens centrum, eftersom strålningen då skulle bli alltför hög; å andra sidan får den inte ligga allt för långt ut i ytterkanterna av galaxen, eftersom galaxens ytterområden saknar många av de grundämnen som är nödvändiga för liv (hur många planeter blir kvar att räkna med då i vintergatan?)

Vi måste också ha en stjärna med ett planetsystem och i detta planetsystem så måste det finnas en planet på "rätt" avstånd från stjärnan så att temperaturen blir gynsam (för temperaturer gynsamma för liv borde även planetens egen rotation kring sin egen axel, samt formen på den bana planeten tar kring sin stjärna ha betydelse!). För att planeten skall ha rätt sammmansättning av grundämnen krävs också rätt avstånd till sin stjärna

Storleken på planeten borde också vara avgörande för liv, för att alt.1: allt väte inte skall samlas på marken ( för stor planet) eller alt.2: allt syre inte skall stiga upp i atmosfären (för liten planet).

Planeten skulle också behöva en "dammsugare" typ Jupiter, som skyddar planeten mot alltför stort bombardemang av meteorer.

Kanske har jag missuppfattat en del av kriterierna för liv men, Hur stort är det teoretiska antalet planeter i Vintergatan som uppfyller kriterierna för intelligent liv och hur många sådana faktiska planeter känner man till? Var ligger de?
/Helena E, Folkungaskolan, Linköping

Svar:
Helena! Du har missuppfattat en del men mycket av det du skriver är rätt. Låt oss försöka reda ut begreppen, men observera att när det gäller liv i universum är allt bara spekulationer utifrån vad vi vet om livet på jorden. Vi känner inte till något exempel ännu.

Börja med att läsa artiklarna om liv, liv i universum och livets ursprung och SETI i Nationalencyklopedin . SETI står för Search for ExtraTerrestial Intelligense, vilket betyder sökande efter intelligent liv på andra planeter.

Vi systematiserar problemet genom att dela in det i tre steg: förutsättningar för liv, primitivt liv och intelligent liv.

Om man begränsar sig till liv som vi känner till det (baserat på kol) måste det finnas förhållanden som är i närheten av förhållandena på jorden. De viktigaste förutsättningarna är

Du säger att vi inte väntar oss liv nära vintergatans centrum. Jag tror inte det svarta hålet i centrum ger så mycket strålning att det omöjliggör liv. Däremot måste gasen en stjärna med planetsystem bildas ur innehålla tillräcklig mängd tunga grundämnen för att planeter med fast yta skall kunna bildas. Detta betyder att stjärnan inte får vara alltför gammal utan vara "andra generationens" stjärna som berikats på tunga grundämnen av "första generationens" stjärnor.

På jorden uppkom primitivt (encelligt, bakterieliknande) liv förvånadsvärt snabbt - på några hundra miljoner år. Detta kan antingen tyda på att uppkomsten av liv är en naturlig och enkel process eller att livet på något sätt kom någon annan stans ifrån.

Det tog emellertid mycket lång tid (flera miljarder år) för livet att utvecklas till komplexa flercelliga livsformer. Det är här man antagligen behöver en långlivat och stabil planet som ger utvecklingen den tid som behövs.

Så långt är vetenskapen på ganska fast mark, men när det gäller intelligent liv så är det mesta spekulationer. Säkert är att det finns många stjärnor med planetsystem. Antagligen finns det även många med förhållanden som tillåter liv att utvecklas. Förutom att dessa system är utspridda över ett område på ca 100 miljoner ljusår, så kan det tänkas att intelligent liv inte varar så länge. Tänk bara på vilka ansträngningar vi gör för att på olika sätt förstöra oss själva och miljön

Astrobiologi - vetenskapen om liv utanför jorden - har de senaste åren etablerats som en seriös gren av naturvetenskapen. Resurscentrum för fysik och Institutionen för astronomi vid Lunds universitet ger hösten 2004 en kurs för lärare i astrobiologi (länk 2). Wikipedia-artikeln Extraterrestrial_life är bra och omfattande även vad gäller historiska aspekter.

Länksamling för Astrobiologi är en omfattande länksamling till webb-resurser som har att göra med astrobiologi.
/Peter E

Svar:
Klimatet har gått åt helt olika håll för våra närmsta grannplaneter. Venus har råkat ut för extrem växthuseffekt, så att temperaturen på ytan är nästan 500 grader. Vatten bör ha funnits där, men det är borta nu. Mars har blivit en arktisk öken, med en typisk temperatur på ungefär -80 grader. Där har funnits flytande vatten, men allt har försvunnit ut i rymden eller frusit. Det är troligt att klimatet varit bättre förr på båda planeterna, och vi kan inte utesluta att där funnits liv. Det är helt uteslutet att liv, som vi känner det, skulle kunna finnas nu på Venus. På Mars kan det tänkas existera livsformer som lever djupt nere i marken, utan behov av solljus. Sådana har man hittat här på jorden. Länk 1 är ny (2012) forskning om förekomsten av flytande vatten på Mars.

En annan himlakropp som är intressant i detta sammanhang är Jupiters måne Europa. Den är helt istäckt, men man är ganska säker på att det finns en flytande ocean under. Vatten kan förekomma på Europa trots den mycket låga temperaturen eftersom Europa "knådas" av tidvatteneffekter från den massiva Jupiter, se fråga 2571

.
/KS/lpe

Svar:
Syre i atmosfären är nog ett ganska säkert tecken på liv. Syre är ett mycket reaktivt ämne, som helst vill ingå i förening med andra ämnen. För att syrehalten ska behållas, måste det hela tiden nyproduceras. Här på jorden görs det av de gröna växterna, som av koldioxid och vatten producerar kolhydrater och syre. Energin kommer från solljuset. Detta kallas fotosyntes.

De blågröna algerna (cyanobakterier) anses vara de tidigaste syreproducenterna, och de fanns redan för 3500 miljoner år sedan. Antagligen var det en sorts giftkrig. Syre är oerhört giftigt för de organismer som inte är utrustade för att hantera det. Vi har ett mycket imponerande system som oupphörligt kollar och reparerar arvsmassan i varje cell. Annars skulle vi nog inte leva många timmar. De organismer som lärde sig hantera syret fick en oerhörd fördel. Att förbränna socker med syre (som vi gör) ger ungefär 20 gånger mera energi än att jäsa det till alkohol. Det gör oss rörliga (muskler) och är en absolut förutsättning för hjärnan - kroppens, relativt sett, mest energiförbrukande organ.

Nu kom det inte så mycket syre till atmosfären för 3500 miljoner år sedan. Det skulle dröja ytterligare 1000 miljoner år, se nedanstående diagram. Det första syret förbrukades antagligen för att oxidera järn i havsvattnet, som fälldes ut som rost på havsbottnen. En del av våra järnmalmer har uppkommit på detta vis. Dagens havsvatten är fattigt på järn, bara ett tiotusendels gram per kubikmeter. Järn behövs för de flesta former av liv. Det är den låga järnhalten, som begränsar tillväxten i havet. Ska man göda havet, ska man göra det med järn!

I National Geographic Magazine, mars 1998, finns en bra artikel som handlar om dessa saker. Du hittar den säkert på biblioteket. Där finns nog en del svåra ord, men du kan säkert få hjälp av en lärare. Bra att veta är följande:

Livsträdets (se länk 1) tre grenar:
Eukaryoter Cellen har kärna (som vi). Bakterier saknar kärna. Arkeoner saknar också kärna, men är inte bakterier. Kallades förr arkebakterier.

Ämnesområde
Sök efter
Grundskolan eller gymnasiet?
Nyckelord:	(Enda villkor)
Definition:	(Enda villkor)

Om du inte hittar svaret i databasen eller i

Sök i svenska Wikipedia:

- fråga gärna här.