Vznikl život na Zemi na úkor života na Marsu?

Proč má planeta Mars jen poloviční velikost a desetinovou hmotnost Země? Proč na Marsu, který spolu se Zemí obíhá Slunce tzv. „zóně života“, není nic, co by nasvědčovalo existenci živých organismů? 

Tato záhada zůstala dlouhé roky nevysvětlena. 

Obrázek ukazuje všech osm planet Sluneční soustavy. Je z něj patrné, že se liší jak velikostí, tak složením a vzdáleností od Slunce.

První čtyři planety, tzv. „kamenné“, jsou tvořeny minerály. Merkur, Venuše, Země a Mars se nacházejí v tzv. „vnitřní“ sluneční soustavě, relativně blízko Slunci.

Čtyři vzdálenější planety jsou daleko objemnější. Skládají se převážně z plynu. Největší z nich je Jupiter, který sehrál klíčovou roli při tvorbě Sluneční soustavy – a přispěl tím mimo jiné i k tomu, že život vznikl na Zemi a ne na Marsu.

Mars vznikl z podobné hmoty jako Země, v její relativní blízkosti. Měl by mít tedy logicky podobné vlastnosti, protože ho tvořily stejné procesy a síly, jaké vytvořily Zemi a Venuši. Je jen o něco vzdálenější Slunci, než je tomu u Země, měl by být tedy o něco chladnější, nejspíš by měl být pokrytý silnou vrstvou ledu. Nic takového na Marsu nepozorujeme. Povrch Marsu tvoří suchá a chladná poušť. Přítomnost železa v minerálech, ze kterých se skládá jeho povrch, se zasloužila o název „rudá planeta“. Pod povrchem se, na rozdíl od Země, nevyskytuje železné jádro. Absence železného jádra má pak za následek další rozdíl mezi Zemí a Marsem – chybějící magnetické pole rudé planety. Magnetické pole chrání planetu před škodlivým kosmickým zářením a slunečním větrem – v případě Marsu hraje jeho absence roli dalšího hřebíčku do rakve života.

Záhadu rozluštila až počítačová simulace

Planety sluneční soustavy se vyvíjely postupnou kondenzací hmoty v původním disku z plynu a prachu, ze kterého vzniklo i naše Slunce. (Viz minulý blog.) Pod vlivem vlastní gravitace se tu tvořily shluky hmoty, ze kterých se formovaly asteroidy a protoplanety.

Vědci tyto jevy nasimulovali – a sestavili matematický model, která vnáší světlo do řady dosud záhadných otázek.  Oproti starším verzím zahrnuje tato novější simulace navíc jev, který byl pozorován u většího množství planet v cizích slunečních soustavách: velké plynové planety nezřídka mění svou oběžnou dráhu a tím i svou vzdálenost od centrální hvězdy. Pozorování potvrdila, že se tyto planety v cizích planetárních soustavách často nacházejí příliš blízko své centrální hvězdy, v oblasti, ve které nemohly vzniknout. Některé z nich se nacházejí dokonce tak blízko svého „Slunce“, že je jeho vliv doslova cupuje na kusy. Tyto planety ztrácí svou hmotu a vytváří ohon, jaký známe u komet.

AU (astronomical unit)

Vzdálenosti, které měříme ve vesmíru, se vymykají našim představám. Proto vědci používají „zástupné“ veličiny. V rámci sluneční soustavy, je to takzvaná AU (astronomical unit, astronomická jednotka) – odpovídající vzdálenosti mezi Zemí a Sluncem. Jedna astronomická jednotka odpovídá také 499,004784 světelným vteřinám nebo 1,58125074 · 10?5 světelným rokům. 1 AU je dlouhá 149?597?870?700 metrů.

Největší plynovou planetou v naší sluneční soustavě je Jupiter. Dnes obíhá Slunce ve vzdálenosti  kolem 5 AU. Vše nasvědčuje tomu, že Jupiter, podobně jako jeho planetární „bratři“ v cizích  soustavách, v minulosti podnikl výlet do centra sluneční soustavy. Tento výlet nezůstal bez následků. Na jednu z vnitřních, kamenných planet sluneční soustavy zapůsobil negativně, na jinou pozitivně.

Původní Sluneční soustava

Vědecký tým pod vedením Kevina Walshe ze Southwest Research Institute, USA, vytvořil model vzniku sluneční soustavy, pohybu jejích planet a protoplanet v počátečních dobách její existence.

Ukázalo se, že to byla především souhra obřích planet Jupitera, Saturnu později i Neptunu a Uranu, která dala naší soustavě její konečnou podobu.  

Protoplanety,  které vznikaly v plynoprachovém disku kolem právě zažehlého Slunce, se ve svých vlastnostech navzájem lišily. V blízkosti centrální hvězdy se tvořily tzv. kamenné planety. V relativní blízkosti Slunce totiž mohly kondenzovat jen prachové částice, na kondenzaci plynu bylo v této oblasti (díky slunečnímu záření) příliš teplo. Plyn, který nemohl kondenzovat, byl slunečním větrem odnášen do vnějších oblastí soustavy, kde bylo dostatečně chladno na to, aby z něj mohla kondenzací vznikat pevná hmota – led. Hranice, která dělila zónu tzv. kamenných protoplanet od protoplanet plynových, leží v naší soustavě ve vzdálenosti 2,7 AU.

Plynové planety tak měly k dispozici nejen materiál, který původně patřil do jejich okolí, ale i materiál, který původně patřil do vnitřního planetárního systému. Díky této hojnosti nabíraly plynové planety hmotnost rychleji než kamenné. K vývoji jim stačilo několik milionů let, zatímco kamenné planety potřebovaly desetinásobek času.

Jupiter

Jupiter, vznikl původně ve vzdálenosti 3,5 AU, nedaleko zóny, dělící oblast ledových a kamenných protoplanet. Nacházel se zde přebytek použitelného ledového materiálu, který umožnil Jupiteru, aby lehce a rychle nasbíral velké množství hmoty.

Původně pevná kamenná planeta s desetinásobnou hmotností Země, narostla později díky přísunu kondenzovaného plynu do 318-násobku hmotnosti naší planety.

Mimo jiné i díky nesčíslným kolizím s ledovými bloky poklesla Jupiterova rychlost oběhu kolem Slunce. Následek na sebe nedal dlouho čekat - pomalejší Jupiter podlehl přitažlivosti Slunce. Vydal se po spirální dráze na cestu do vnitřních oblastí sluneční soustavy. Po zhruba 100 000 let se dostal až do vzdálenosti 1,5 AU. Zde se „usadil“ a začal lovit na své nové oběžné dráze kamenné úlomky a asteroidy, které by jinak byly bývaly připadly protoplanetě, která se jednoho dne stane Marsem.

Kdyby pokračoval nadále na své pouti ke Slunci, zabránil by tvořící se Zemi a Venuši narůst do dnešní podoby stejně, jako to znemožnil Marsu. Možná by je dokonce svou gravitační silou vymrštil ze slunečního systému.

Saturn

Za záchranu vnitřních planet vděčíme planetě Saturn. Podobně jako Jupiter se utvořila z ledu a prachu ve vnější části planetární soustavy, na pomezí 4,5 AU. Stejně jako on, nabrala mezitím dostatek hmoty (tehdy to bylo 60 hmotností Země, dnes vlastní 95), aby se časem vydala na spirální dráhu směrem ke Slunci, přitahována jeho gravitací. Saturn a Jupiter se tak dostaly do konfigurace, která vytvořila tzv. 2:3 rotaci (Jupiter obíhal Slunce dvakrát, zatímco Saturn to stihl za stejnou dobu třikrát), takže obě planety na sebe navzájem začaly působit svou gravitací.

Ta zastavila jejich pohyb směrem ke Slunci a pomohla jim k návratu zpátky do vnějšího systému. Po cestě přibraly obě planety do své gravitační hry ještě i Neptun a Uran. Celá čtveřice planet se po necelých 600 000 letech usadila v oblastech, kde je pozorujeme dodnes. Jupiter se aktuálně nachází na lehce excentrické dráze a pohybuje se mezi 4,95  a 5,46 AU. Saturn se nachází mezi 9,04 a 10,12 AU, Uran 18,32 a 20,08 AU a Neptun 29,71 a 30,39 AU.

Jejich příchod do vnějšího systému v něm způsobil samozřejmě nový gravitační chaos. Tamní ledové objekty byly gravitačním působením těchto čtyř planet vychýleny ze svých drah a odkloněny do vnitřního slunečního systému. Mohly to být právě ony, kdo přinesl následně na tehdy ještě suchou Zemi vodu, která vytvořila základ pro vznik života.

Pás planetek a asteroidů

Migrací Saturnu a Jupiteru se podařila vysvětlit také další, donedávna záhadná vlastnost pásu planetek za oběžnou dráhou Marsu. Ve vnitřní části se nacházejí kamenné objekty, u jakých se formovaly vnitřní planety. Obsahují jen velice málo plynu. Ve vnější části existují objekty, které se skládají z prachu a ledu. Připomínají hroudy kondenzované hmoty, ze kterých vznikaly vnější, plynové planety nebo komety, které přilétají z vnějších oblastí slunečního systému. Oba typy nemohly vzniknout ve vzájemné blízkosti. Podobná různorodost kategoricky odporuje zákonům pravděpodobnosti. Dnes je jasné, že ledové planetky se dostaly do pásu asteroidů právě díky výletu, který kdysi podnikl mladý Jupiter.

Mars měl smůlu

Pro Mars byl výlet Jupiteru do vnitřní sluneční soustavy likvidační v oblasti, ve které Mars vznikal, vychytal Jupiter svou gravitací objekty, které by bývaly mohly tvořit Marsovu hmotu. Mars zůstal v „dětském“ stadiu. Dosáhl jen polovičního rozměru Země a vlastní jen desetinu její hmotnosti. Chybějící kolize s nesčíslnými tělesy způsobily, že se Mars nenahřál natolik, aby se jeho hmota mohla dostatečně přetavit.  Nikdy proto nevytvořil železné jádro. K tomu, aby se původní materiál rozdělil na lehčí silikáty a těžší  železo, tak jak tomu bylo u planety Země, nevyvinul dostatečnou teplotu.

Země jako výherce vesmírné loterie

Naopak na Zemi zapůsobila Jupiterova cesta pozitivně. Po návratu všech čtyřech obřích planet do vnějšího slunečního systému, v něm vznikl gravitační chaos. Dal do pohybu tamní ledové objekty – ledové komety a asteroidy. Postupem času je jejich změněné oběžné dráhy zavedly do vnitřního slunečního systému. Přinesly na naši planetu její dnešní zásobu vody, jedné ze základních podmínek pro vznik života.