Su Dünyaları Hipotezi: Ya Fazlası Zararsa?

Fermi Paradoksu‘nun olası çözümleriyle ilgili yazı dizimize tekrar hoş geldiniz. Bu yazı dizisinde fizikçi Enrico Fermi’nin ünlü sorusu, “Uzaylılar nerede?”nin olası çözümlerini inceliyoruz. Bugün, büyük sessizliğin sebebi olarak evrendeki gezegenlerin aslında fazla “sulu” olma ihtimalini ele alacağız. 1950 yılında Enrico Fermi, Los Alamos Ulusal Laboratuvarı’nda Manhattan Projesi üzerinde çalışırken meslektaşlarıyla öğle yemeği yiyordu. Söylendiğine göre, sohbet dönüp dolaşıp uzaylılara ve o dönemde oldukça yaygınlaşan UFO haberlerine geldi. O sırada Fermi, tarihe geçecek olan bir soru sordu: “Herkes Nerede?” Bu soru, istatiksel açıdan olası görünmesine rağmen uzaylıların varlığına dair bir türlü kanıt bulunamaması çelişkisini ifade ediyordu. Bugün bu durum Fermi Paradoksu olarak adlandırılıyor. Fermi’nin sorusuna bugüne kadar birçok yanıt önerildi. Yazı dizimizde bunların bir kısmını inceledik. Bugün ise Su Dünyası Hipotezi‘ni ele alacağız.

Su Dünyası terimi (Okyanus Dünyaları ile karıştırılmamalı), yüzeylerinde önemli miktarda su bulunan kayalık gezegenleri tanımlamak için kullanılır. Hipotezin merkezinde, evrenimizde yaşamın var olabileceği koşullar ve ötegezegen araştırmalarındaki son bulgularla ilgili temel bir varsayım yer alır. Bilim insanları bugüne kadar Dünya’da evrimleşmiş bütün türleri referans aldıklarında, bildiğimiz türden yaşam için anahtarın ‘su’ olduğu sonucuna varıyor. Su, bilinen tüm çözücüler arasında yaşamı destekleyen tek madde ve Dünya üzerindeki tüm canlılar hayatta kalabilmek için ona bağımlı. Bu durum ister basit ister karmaşık yapılı olsun, Dünya dışı yaşam arayışının temel ve sınırlayıcı faktörü… Su, Dünya dışı yaşam arayışında bir ‘biyolojik imza’ kabul ediliyor. Öte yandan, suyun aşırısı da yaşamsal bazı süreçleri engelleyebiliyor…

Şimdi konuyla ilgili terminolojiye şöyle bir göz atalım.

Biyolojik İmza

Tanım olarak ‘biyolojik imza’ terimi, yaşamın varlığına kanıt olabileceği düşünülen herhangi bir bileşik, izotop veya süreci ifade eder. Daha spesifik olarak, serbest enerji tüketen ve organik atık (biyokütle) üretimiyle sonuçlanan karmaşık süreçlerin göstergesidir. Bu imzalar hidrojen (H₂), oksijen (O₂), karbondioksit (CO₂) ve metan (CH₄) gazları ile su (H₂O) ve bazı sülfürlü ve fosforlu bileşikleri içerir.

Gerek yaşamı desteklediği bilinen tek çözücü olduğu için, gerekse Dünya’daki tüm yaşam formlarının yaşam kaynağı olması bakımından su en çok aranan biyolojik imzadır. Bu önemli madde, Dünya yüzeyinin alanca %71’ini kaplasa da kütlece gezegenimizin yalnızca %0,02’ini oluşturmaktadır. Bu oran daha yüksek olsaydı, gezegenimizin yüzeyi tamamen derin okyanuslarla kaplanacak ve bu durumda Dünya, yaşamın gelişebilmesi için uygun bir ortam olmayacaktı. Bu durum, atmosferinde bol miktarda oksijen bulunan ancak bu oksijenin canlılık aktivitesinden değil, diğer kimyasal süreçlerden kaynaklandığı görülen ‘geçici olarak yaşanabilir gezegenlere’ benziyor. Bu gezegenlerde ultraviyole ışınlar atmosferdeki su buharını parçalayarak hidrojen ve oksijen gazı üretiyor. Hafif olan hidrojen uzaya kaçarken, oksijen gezegenin çekim gücüyle atmosferde tutuluyor. Fakat oksijen, fotosentez yapan siyanobakteriler gibi birçok basit yaşam formu için hayli zehirli olduğundan, canlılık dışı (abiyotik) süreçlerden kaynaklanan oksijenin varlığı, yaşamın ortaya çıkmasını engelleyebiliyor. Benzer bir etki fazla miktarda su için de geçerli olabilir.

Hipotezin Kökeni

Su Dünyaları Hipotezi, çoğunlukla son dönemdeki ötegezegen keşiflerinden destek alsa da temelleri birkaç on yıl önce atıldı. Örneğin David Brin, bu hipotezin arka planındaki düşünceyi 1983’te yayımladığı “Büyük Sessizlik: Dünya Dışı Akıllı Yaşam Tartışması”  adlı çığır açıcı çalışmasında şöyle özetliyor:

“Dünya yüzeyinin yüzde 70’inden fazlasını su oluşturuyor. Ancak Dünya, yaşanabilir gezegen sınıfının belki de en az suya sahip üyelerinden biri. Karaların küçük ya da az olması, alet kullanabilen türlerin evrimi için pek fazla fırsat sunmaz. Evrendeki akıllı türler yunuslar gibi zeki olabilir. Öte yandan, tıpkı yunuslar gibi radyo dalgalarını kullanamayabilirler. Hatta belki de yıldızlara yolculuk etmeyi düşleyemezler bile.”

Benzer argümanlar, Harvard Smithsonian Astrofizik Merkezi ve Harvard Üniversitesi Teori ve Hesaplama Enstitüsü’nden iki araştırmacı olan Manasvi Lingam ve Abraham Loeb tarafından da dile getirildi. İkili, 2018 tarihli bir çalışmada okyanusların ve kıtaların yaşamın ortaya çıkışındaki rolünü inceledi. Sonuç olarak, iki olası senaryo geliştirdiler. Hesaplar, okyanuslar ve kara kütleleri arasındaki hassas dengenin karmaşık yaşam alanlarının ortaya çıkışı için kritik olduğunu gösterdi. Diğer taraftan Dünya gibi %30’u kara, %70’i okyanus olan gezegenlerin nadir olduğu sonucuna vardılar. Son yıllarda, gökbilimciler gezegenlerde suyun daha önce düşünülenden daha yaygın olabileceğine dair işaretler de gözlemledi. Modern araştırmalar, yıldızının etrafında yaşanabilir bölgede bulunan tamamen suyla kaplı birçok ötegezegen keşfetti. Ayrıca, son on yılda M-tipi (kırmızı cüce) yıldız sistemlerinin parçası olan kayalık gezegenlerin sayısı da oldukça arttı. Bunların arasında Güneş Sistemi’ne en yakın ötegezegen olan Proxima B’nin (4,24 ışık yılı uzaklıkta) de yer alıyor.

2016’de yürütülen bir çalışmada, Bastien Brugger ve ‘Pale Red Dot / Soluk Kırmızı Nokta’ ekibi, bu gezegenlerin büyük ölçüde sudan oluşabileceğini gösteren bir dizi model oluşturdu. Brugger ve ekibi tarafından yürütülen araştırmada, kayalık ve zayıf atmosferli olduğu farz edildiğinde Proxima B’nin Dünya’nınkinden en fazla 1,4 kat daha büyük bir yarıçapa ve 1,46 kat daha fazla kütleye sahip olabileceği sonucuna varıldı. Ancak bu parametreler %50’ye varan miktarda su içeren bir kütle oranı öngörüyor. Bu da Proxima B’nin büyük ihtimalle donmuş buz kabuğuna sahip bir ‘okyanus gezegeni’ olduğu anlamına geliyor. Bern Üniversitesi araştırmacıları, benzer bir çalışmada çok düşük kütleli (kırmızı cüce) yıldızların etrafındaki gezegen oluşumunu incelediler. Sonuçlar, böyle gezegenlerin Dünya’nın yarıçapının 0,5 ila 1,5 katı arasında değişen bir büyüklüğe sahip olabileceklerini (ortalama Dünya yarıçapı) ve vakaların %90’ında suyun gezegenlerin kütlesinin %10’undan fazlasını oluşturacağını gösterdi.

2017’de gökbilimciler, TRAPPIST-1 yıldızının etrafında yedisi kayalık olmak üzere dokuz gezegenin varlığını doğruladı. Bunlardan üçü yıldızın yaşanabilir bölgesinde yer alıyor. O zamandan beri yapılan çalışmalar, sistemin su açısından zengin olabileceğini ortaya koyuyor. Ayrıca Arizona State Üniversitesi Yer ve Uzay Araştırmaları Okulu’nda yürütülen 2018 tarihli bir çalışma, TRAPPIST-1 gezegenlerinin su içeriğini hesapladı ve benzer sonuçlara ulaştı.

Kütle-yarıçap-kompozisyon modellerine göre, en içteki gezegenler (B ve C) daha ‘kuru’ çıktı. Bunların kütlelerinin %15’i sudan oluşuyor. Dıştaki gezegenlerin (F ve G) ise kütlelerinin %50’sinden fazlasını su oluşturuyor. 2018’de Harvard araştırmacısı Li Zeng liderliğindeki uluslararası bir bilim insanı grubu, Kepler Uzay Teleskobu ve Gaia Görevi verilerini inceleyerek ‘su dünyalarının’ gerçekte ne kadar yaygın olduğunu belirlemeye çalıştı. Bu çalışmadan yola çıkarak Zeng ve ekibi, kütle ile yarıçap arasındaki ilişkiyi gösteren bir model oluşturmayı başardı. Araştırmanın sonucu, Dünya’nın yarıçapının 2,5 katı büyüklüğe ve yaklaşık 10 katı fazla kütleye sahip gezegenlerin büyük olasılıkla su dünyaları olduğuydu. Bu gezegenlerde suyun kütlenin %50’sini oluşturduğu tahmin ediliyor. Sonuç olarak, Dünya’dan büyük gezegenlerin yaklaşık %35’inin su açısından zengin olabileceği ortaya konuluyor.

Peki Bu Ne Anlama Geliyor?

Pek çok gezegenin su dünyası olması, bildiğimiz şekliyle yaşam arayışını sekteye uğratabilir. Kütlesinin yarısı sudan oluşan gezegenlerde, muhtemelen kilometrelerce derinlikte okyanuslar bulunacaktır. Bu durumda gezegen, yüksek basınç altında katılaşmış bir buz tabakası üzerinde sıvı bir okyanustan ve merkezde kayalık bir çekirdekten oluşacaktır.

Kayalık çekirdek ile yüzeydeki okyanus arasında yer alan buzun varlığı, jeotermal aktivite yoluyla enerji alışverişini engeller. Dünya’da çekirdek-manto sınırındaki jeotermal bacaların en başta yaşamın ortaya çıkışında kritik bir rol oynadığı düşünülmektedir. Europa gibi buzlu uydularda da yaşamın ortaya çıkabilmesi için bahsedilen aktivitelere gerek olduğu tahmin ediliyor. Su dünyalarının yaygınlığı göz önüne alındığında, evrende yaşamın nadir olmasının sebebi acaba bu gezegenlerin çokluğu olabilir mi? Belki de bildiğimiz şekliyle yaşam, gerekli bir bileşenin yokluğundan değil, aşırı fazlalığından dolayı nadirdir. Bu durum, birçok astronomun beklediğinin tam tersi bir sonuç olsa da, Fermi Paradoksu’na olası bir çözüm sunmaktadır.

Eleştiriler

Fermi Paradoksu açısından cazip olsa da, Su Dünyaları hipotezi bu gezegenlerde yaşam ihtimalini tamamen ortadan kaldırmıyor. Örneğin, jeofizikçi Edwin Kite ve astrofizikçi Eric Ford tarafından 2018 yılında kaleme alınan “Su Dünyalarının Yaşanabilirliği” başlıklı çalışma, bu gezegenlerin jeolojik aktivite veya kara kütleleri olmadan bile bir karbon döngüsü sürdürebileceğini ve dolayısıyla yaşanabilir olabileceklerini öne sürüyor. Dünya’da sıcaklıklar milyarlarca yıl boyunca istikrarlı kaldı. Bunun nedeni atmosferimizdeki CO₂ seviyelerinin nispeten sabit olması. Bu durum, sera gazlarının mineraller tarafından absorbe edilmesi ve manto konveksiyonu sayesinde periyodik olarak volkanik aktivite yoluyla atmosfere geri salınması ile gerçekleşen karbon döngüsü sayesinde mümkün oluyor. Bu senaryoda, jeolojik aktivite yaşanabilirliği korumak için kritik rol oynuyor.

Su Dünyalarında ise yüzeyin tamamen sularla kaplı olması jeotermal aktivitenin atmosfere madde veya enerji aktarımını engeller. Ancak Kite ve Ford tarafından yapılan simülasyonlara göre, Su Dünyaları milyarlarca yıl boyunca istikrarlı bir iklim sürdürebilmek için atmosfer ve okyanuslar arasında yeterli miktarda karbon döngüsü sağlayabilir. Bunun da ötesinde, 2018 yılında Pennsylvania State Üniversitesi’nden jeofizikçiler Bradford Foley ve Andrew Smye tarafından yürütülen bir çalışma, levha tektoniğinin bir gezegende yaşanabilir koşulları sürdürmek için gerekli olmadığını gösterdi. Ekip, bir gezegenin kabuğunda konveksiyon veya volkanik aktivite olmadan (mantoda yeterli miktarda radyoaktif element olması kaydıyla) karbon döngüsünün sürdürülebileceğini kanıtladı.

Kopernik mi, İnsancı İlke mi?

Bu hipotezin gündeme getirdiği bir diğer önemli konu ise Dünya ve karasal yaşamın doğası hakkındaki sorular. Özellikle, Dünya’nın yaşanabilir gezegenlerin tipik bir örneği mi yoksa istisnai ve tekil bir vaka mı olduğu tartışmalarını alevlendiriyor. İlk ihtimal, Kopernik Prensibinin (veya Orta Düzey Prensibinin) bir örneğini oluşturuyor. Bu ilke, Dünya ve insanlığın ayrıcalıklı bir konumda olmadığını ifade ediyor.

Buna karşılık insancı ilke, bilimsel gözlemlerin ancak evrenin yasalarının duyarlı yaşamı desteklediği için mümkün olduğunu savunuyor (Yasalar bir dengeye sahip olmasaydı, varlığın doğasıyla ilgili sorular sorabilecek bilinçler de ortada olmayacaktı). Kozmoloji bağlamında, Antropik Kozmolojik İlke, insanlığın ve Dünya’nın gerçekten de ayrıcalıklı bir konumda olduğunu ve yaygın bir örnek olmadığını öne sürüyor. Bu açıdan bakıldığında, su dünyalarının varlığı, Dünya benzeri gezegenlerin evrende oldukça nadir bulunduğunun bir göstergesi olabilir. Yaşanabilir olup olmadıklarına bağlı olarak, aynı zamanda insanlık (karasal, alet kullanan vb.) gibi türlerin azınlıkta veya istisna olduğu anlamına da gelebilir. Her iki durumda da kimseden haber alamama nedenimiz bu şekilde açıklanabilir!

Sonuç: Su Dünyaları Yaşamın Düşmanı mı, Yoksa Evrenin Gerçekliği mi?

Bilim insanları Su Dünyalarının yaşamı destekleyip desteklemeyeceği konusunda kesin bir şey söyleyemese ve Güneş Sistemi dışındaki gezegenlerin önemli bir kısmını oluşturup oluşturmadıkları bilinmese de, bu hipotez son yıllarda gezegenlere dair bilgi birikimimizin ne kadar arttığının bir göstergesi. Aynı zamanda, Kopernik ve İnsancıl İlke arasındaki tartışmanın bitmediğini de bize hatırlatıyor. Su Dünyaları Hipotezi, Fermi Paradoksu’na olası bir çözüm sunsa da, bu gezegenlerde yaşamın var olma ihtimalini tamamen ortadan kaldırmıyor. Sonuç olarak, Dünya benzeri gezegenler evrende yaygın olmayabilir ve bizler evrendeki akıllı yaşamın nadir bir örneği olabiliriz. Bu durum uzayda yalnız olduğumuz anlamına gelmese de, yaşamın ortaya çıkmasının bizlerin bildiğimizden çok daha zor ve ender görülen bir olay olabileceğini düşündürebilir. Yine de olasılıklar açısından bakıldığında, Su Dünyaları oldukça ilgi çekici bir konu. Belki de David Brin bu durumu en iyi şekilde özetliyor:

“Anlaşılan Dünya, Güneş’in yaşanabilir (Goldilocks) bölgesinin tam kenarında yer alıyor. Ve Dünya anormal olabilir. Güneş’e yakınlığımız nedeniyle anormal derecede oksijen zengini bir atmosfere ve bir su dünyası için anormal derecede az okyanusa sahip olabiliriz… Bu durumda, bizim gibi elleri olan ve ateşi kullanabilen yaratıkların evrimi galakside nadir olabilir. Dolayısıyla yıldız gemileri inşa edip dışarı çıktığımızda, belki de sayısız yaşam gezegeni bulacağız, ancak bunlar yıldız gemisi inşa edemeyecek yunuslar, balinalar ve mürekkepbalıkları olacak.”

Su Dünyaları hipotezi, uzayda yaşam arayışımızı zorlaştırsa da, aynı zamanda evrenin çeşitliliğine dair anlayışımızı derinleştiriyor. Gerek Kopernik gerekse İnsancı İlke açısından bakıldığında, kendi gezegenimiz ve üzerindeki yaşamın ne kadar özel ve değerli olduğunu yeniden hatırlamamızı sağlıyor.

Kaynak: Universe Today