Niezwykła mieszanina

Jeśli planeta ma właściwy rozmiar, może odbierać z atmosfery wszystkie składniki potrzebne do życia. Znamy tylko jedną taką planetę. Otrzymuje ona odpowiednie składniki, a właściwie odpowiednią kompozycję składników. Ziemia jest absolutnie wyjątkowa.

Podczas badań podłoża dokonywanych przez statek kosmiczny Apollo 1 w 1967 roku trzej astronomowie zginęli w płomieniach, które szybko rozprzestrzeniły się na całą kapsułę. Ta katastrofa była początkiem wielkich zmian w projektowaniu kolejnych kapsuł Apollo, włącznie z redukcją zawartości tlenu ze 100% do 21%, czyli do ilości obecnej w atmosferze.

Może myślisz, że atmosfera pełna czystego tlenu byłaby dla nas lepsza niż ta, która zawiera tylko 21%. Przecież tylko ten gaz jest używany w czasie oddychania. Jednakże atmosfera zawierająca wyłącznie czysty lub prawie czysty tlen byłaby niebezpieczna—nie tylko dlatego, że ogień szybko by się rozprzestrzeniał. Doświadczenia pokazują, że komórki żywych organizmów uległyby zniszczeniu, gdyby były przez dłuższy czas narażone na nadmierny kontakt z tlenem.

Nagromadzenie azotu

W powietrzu interesuje nas tylko tlen, którym oddychamy, i nie zwracamy zbytnio uwagi na inne składniki. Ale atmosfera składa się w większości z azotu (78%), a 1% stanowi mieszanina pierwiastków śladowych. Jaka zatem jest rola azotu w atmosferze?

Azot występuje w postaci dwuatomowej, co oznacza, że każda jego cząsteczka jest zbudowana z dwóch ciasno związanych atomów. Zapis chemiczny to N2. Dwuatomowy azot jest chemicznie obojętny, co oznacza, że rzadko wchodzi w reakcje. Wspaniałość ziemskiej at-mosfery polega na tym, że dostarczany jest ładunek, a zabierana przestrzeń. To idealna sytuacja, ponieważ dzięki temu utrzymuje się właściwe ciśnienie powietrza, jakiego wymagają organizmy żywe, i nie zostają zakłócone podstawowe procesy życiowe. Na przykład prosta wymiana gazowa podczas oddychania wymaga odpowiedniego ciśnienia powietrza. Gdyby nie było obojętnego chemicznie azotu, oddychanie byłoby trudne.

photos: NASA

Nie musimy podróżować poza nasz Układ Słoneczny, by zauważyć, jak wielkie problemy napotyka szukanie planet możliwych do zamieszkania. Odpowiedni rozmiar planety nie gwarantuje, że będzie tam obecna właściwa atmosfera.

Ziemia
Aby zaistniało życie, planeta musi mieć odpowiednią masę, która umożliwia utrzymanie gazów korzystnych dla żywych istot i jednocześnie sprawia, że gazy lżejsze, toksyczne, ulatniają się. Jednak sama masa nie wyjaśnia fenomenu unikalnej mieszaniny obojętnych chemicznie gazów. To wszystko wskazuje na dzieło Stwórcy.

Jowisz
Jowisz jest tak ciężki, że utrzymuje zarówno gazy nieszkodliwe, jak i lekkie, toksyczne, które przedostają się do przestrzeni kosmicznej z mniejszych planet. Dlatego też gigantycznych planet gazowych w ogóle nie ma na liście planet możliwych do zamieszkania.

Mars
Choć Mars leży w wąskiej strefie, w której mogłaby istnieć woda w stanie ciekłym, nie ma wystarczającej masy, by utrzymać atmosferę. Za niskie ciśnienie powietrza spowoduje wyparowanie wody.

Wenus
Wenus jest najbardziej zbliżona do Ziemi pod względem rozmiaru. Jednak jej atmosfera nie jest odpowiednia do zaistnienia życia. Gęsta warstwa dwutlenku węgla powoduje efekt cieplarniany, który zmienia planetę we wrzącą kipiel.

Merkury
Najbliższa Słońcu planeta ma za małą masę, aby utrzymać mającą znaczenie atmosferę. Żadne żyjące stworzenie nie mogłoby przetrwać bez dostępu wody i powietrza.

Uniknięcie efektu cieplarnianego

Tlen również jest cząsteczką dwuatomową (O₂). Łącznie więcej niż 99% ziemskiej atmosfery ma postać dwuatomową i to jest bardzo dobre! Inne typy gazów przyczyniają się do powstania efektu cieplarnianego. Ich nadmierna ilość uniemożliwiłaby życie na naszej planecie–byłoby tu potwornie gorąco.

Żadna ze znanych nam planet nie ma dwuatomowego typu atmosfery. Najczęściej występujące gazy na innych planetach mają postać wieloatomową (zawierają trzy lub więcej atomów). Przykładami są: dwutlenek węgla (CO₂), para wodna (H₂O), ozon (O₃) i metan (CH₄). Powodują one efekt cieplarniany, zwany też szklarniowym, gdyż działają podobnie jak szyby szklarni.

Kiedy światło słoneczne wpada przez szyby szklarni, jej wnętrze ogrzewa się, a szkło uniemożliwia ucieczkę ciepła. Słońce ogrzewa powierzchnię, a wieloatomowe gazy chwytają ciepło w niższej atmosferze, skąd nie ma możliwości ucieczki. To wyjaśnia, dlaczego powierzchnia Wenus jest bardzo gorąca—jej gęsta atmosfera składa się niemal wyłącznie z CO₂.

Uniknięcie radykalnych zmian temperatury

Atmosfera Ziemi jest całkowicie odmienna od atmosfery innych planet. Mała ilość wieloatomowych gazów wytwarza taką ilość efektu cieplarnianego, która powstrzymuje nadmierne spadki temperatury w nocy, kiedy ciepło ucieka. To także hamuje promieniowanie podczerwone, którego źródłem jest Słońce, chroniąc Ziemię przed zbyt gwałtownym ogrzewaniem w ciągu dnia. Gdyby Ziemia nie miała żadnych gazów wieloatomowych, temperatura mogłaby ulegać wahaniom wysokości 100°F (55,5°C) każdego dnia.

Naukowcy doskonale zdają sobie sprawę z tego problemu, dlatego zaczęli szukać planet spoza Układu Słonecznego, które mają atmosferę typu dwuatomowego. Wiedzą, że żaden inny model atmosfery nie zadziała. Jednak jak dotąd szukają bezskutecznie. Wygląda na to, że żyjemy na wyjątkowej planecie, specjalnie zaprojektowanej tak, by można było na niej zamieszkać.