כדור הארץ הנדיר

"כדור הארץ הנדיר: מדוע חיים מורכבים נדירים ביקום" (באנגלית: Rare Earth: Why Complex Life is Uncommon in the Universe) הוא ספר מדע פופולרי שפורסם בשנת 2000 ונכתב על ידי פיטר ווארד (אנ'), גאולוג ופלאונטולוג, ודונלד י. בראונלי (אנ'), אסטרונום ואסטרוביולוג. הספר עוסק בשאלה מדוע לא נמצאו חיים תבוניים מחוץ לכדור הארץ ומבקר גישות כמו עקרון הממוצעות, נוסחת דרייק וניסיונות לחיפוש חוצנים דוגמת פרויקט סט"י. ערך מורחב – פרדוקס פרמי אין ראיות מהימנות או ניתנות לשחזור לכך שחוצנים ביקרו בכדור הארץ. לא זוהו או נצפו שידורים או עדות לחיים חוצניים תבוניים בשום מקום אחר ביקום, מלבד כדור הארץ. עובדה זו נוגד את הידיעה שהיקום מלא במספר רב מאוד של כוכבי לכת, שסביר להניח שחלקם בעלי תנאים מסבירי פנים לחיים. החיים בדרך כלל מתרחבים עד שהם ממלאים את כל הנישות הזמינות. עובדות סותרות אלו מהוות את הבסיס לפרדוקס פרמי, שהשערת כדור הארץ הנדיר היא אחד הפתרונות המוצעים שלו. הספר מבוסס על תאוריה המורכבת משני חלקים: חיים מיקרוביאליים שכיחים במערכות כוכבי לכת. חיים מורכבים (בעלי חיים, לדוגמה) הם נדירים ביקום. על פי הכתוב בספר, כדור הארץ והחיים על פניו נוצרו בעקבות צירוף מקרים נדיר המורכב מגורמים רבים. כך למשל, הכותבים ביקרו באופן נרחב את נוסחת דרייק, משוואה שנוצרה על מנת להעריך את מספר הציוויליזציות התבוניות שיכולות ליצור קשר עם כדור הארץ באמצעות גלי רדיו, וטענו שהיא מתעלמת מגורמים מהותיים. המשוואה מניחה שדי בקיומם של כוכבי לכת במערכות שמש מתאימות, אך כותבי הספר טוענים שיש להתחשב בכל אחת מן התכונות שיש לכדור הארץ והופכות אותו למתאים לחיים. תכונות שמדובר עליהן בספר הן: המיקום הנכון בגלקסיה - קרוב למרכזה של גלקסיה הצפיפות והטמפרטורה גבוהות, רמת הקרינה מהחור השחור העל-מאסיבי ומכוכבים אחרים מסוכנת ואירועים קיצוניים כמו סופרנובה והתנגשות בין גרמי שמיים תדירים במיוחד. מצד שני, במרחק רב מדי ממרכז הגלקסיה המתכתיות של כוכבים נמוכה מכדי ליצור כוכבי לכת סלעיים. המיקום הנכון במערכת שמש נכונה - על מנת שיתקיימו בו חיים, על כוכב לכת להיות באזור הישיב (טווח המרחקים מכוכב בו יכולים להתקיים מים במצב צבירה נוזלי) של כוכב דמוי שמש. בנוסף, עליו להיות בעל אפקט חממה דומה לזה של כדור הארץ המבוסס על הכמות הנכונה של פחמן דו-חמצני ואדי מים. אם האזור הישיב של כוכב קרוב מדי לכוכב, נוצרת סכנה של "נעילת מסלול", מצב בו לוויין מקיף גרם שמים כך שהוא תמיד מפנה אליו צד אחד בלבד בדומה לירח וכוכב חמה. התוצאה היא שמחצית אחת בעלת טמפרטורה גבוהה מאוד והמחצית השנייה בעלת טמפרטורה נמוכה מאוד, מצב קטלני שלא מאפשר חיים מורכבים. אם כוכב הוא גדול וחם מאוד, הוא בעל תוחלת חיים קצרה מדי שלא יכולה לאפשר תהליך איטי של אבולוציה. יצורים חיים דורשים את קיומן של מולקולות ותהליכים כימיים מורכבים, לכן כוכב לכת דמוי ארץ צריך להקיף כוכב בעל מתכתיות (מדד לכמות היסודות הכבדים מהליום המצויים בכוכב) דומה לזו של השמש. סדר כוכבי הלכת הנכון - התומכים בתאוריית "כדור הארץ הנדיר" טוענים שקיומם של כוכבי לכת דמויי צדק (ענקי גזים) בחלקה החיצוני של מערכת כוכבים הוא חיוני מכיוון שכוח המשיכה הגדול שלהם מושך אליהם גופים כמו אסטרואידים אשר היו עתידים להתנגש בכדור הארץ בהיעדר ענקי הגזים. סימולציות מחשב במאה ה-21 מגלות שלצדק תפקיד בשינוי מסלולם של אסטרואידים גם לעבר כדור הארץ. מסלול יציב לאורך זמן - כוכבי לכת מקיפים כוכבים במסלול אליפטי, וכאן הכוונה למסלול שאינו אקסצנטרי מדי, אחרת כוכב הלכת יחווה שינויים קיצוניים במידת הקרינה הנקלטת מן הכוכב. בנוסף, כוכבי לכת מאסיביים הנמצאים במסלול קרוב לכוכב האם שלהם (כוכב לכת כזה נקרא "צדק חם") עלולים לשנות את מסלולם של כוכבי לכת קטנים יותר במערכת בעקבות הכבידה שלהם, לכן קיומם של "צדקים חמים" אלו מקטין את הסיכוי לקיום חיים במערכת. כוכב לכת ארצי בגודל הנכון - אם המסה של כוכב לכת גדולה מדי, קיים סיכוי גדול יותר שהוא יהיה ענק גזים - בעל אטמוספירה סמיכה וגדולה וליבה סלעית קטנה. אם המסה שלו קטנה מדי, הוא לא יוכל להחזיק אטמוספירה סמיכה דיה לקיום חיים. אם כן, כוכב לכת דמוי ארץ צריך להיות ארצי, בגודל הנכון ועם האטמוספירה המתאימה. טקטוניקה - בספרם, ווארד ובראונלי טוענים שטקטוניקת הלוחות של כדור הארץ הכרחית לקיום המגוון הביולוגי בכדור הארץ, ייצוב הטמפרטורה העולמית ושמירתה, מחזור הפחמן והשדה המגנטי של כדור הארץ. לדוגמה, ההחלפה האמריקנית הגדולה הייתה אירוע פלאוזואוגאוגרפי בו אמריקה הדרומית התחברה עם אמריקה הצפונית כאשר היו הן יבשות נפרדות. בעקבות האירוע התאפשרה נדידה של בעלי חיים ליבשת השכנה, מה שהגדיל את המגוון הביולוגי בעולם. ירח גדול - הירח של כדור הארץ גדול יחסית אליו, ולו השפעה כבידתית ישירה על כדור הארץ בצורה של גאות ושפל - תופעה הקשורה הן לאוקיינוסים והן לתנועת הלוחות הטקטוניים. על פי תאוריית הפגיעה הגדולה להיווצרות הירח, הירח הוא סלע שפגע בכדור הארץ וגרם לו להסתובב סביב צירו, מה שהקנה לכדור הארץ את מהירות הסיבוב הנוכחית ונטיית הציר שלו. משוער גם שהירח מאזן נטייה זו, אשר ללא הירח הייתה כאוטית. גורם אבולוציוני לחיים מורכבים - משערים כי כדור הארץ הקדום כבר הכיל יצורים חד תאיים ללא גרעין התא ומיטוכונדריה (פרוקריוטים) כמיליארד שנים לאחר היווצרותו, אולם עד שהופיעו יצורים בעלי מיטוכונדריה (אאוקריוטים) עברו 0.8-1.9 מיליארד שנים נוספות. באמצעות המיטוכונדריה יכלו יצורים להפיק אנרגיה באופן יעיל יותר, מה שאפשר להם להסתדר כיצורים רב תאיים מורכבים כמו האדם. כדי שזה יתרחש דרוש אירוע שיגרום לשינוי כזה במבנה התא, ובלעדיו כנראה החיים יישארו מיקרוביאליים. הזמן הנכון באבולוציה - בהמשך לנקודה הקודמת, הכותבים טוענים שלא די בקיומם של תאים בעלי גרעין אלא יש להיות בתקופה הנכונה בזמן בה קיימת ציויליזציה תבונית. למען השוואה, כדור הארץ הוא בן כ-4.5 מיליארד שנים, אך האדם הופיע רק לפני כ-50,000 שנים ותקשורת הרדיו הופיעה רק במאה ה-20. בנוסף יש לזכור שבמהלך חייו של כדור הארץ התרחשו אירועים קיצוניים כמו הכחדת פרם-טריאס, אסונות טבע והיווצרות הירח על פי השערת ההתנגשות הענקית, ואלו יכולים להוביל להכחדה המונית. מנגד, טקטוניקת הלוחות ואירועים כמו הפיצוץ הקמבריוני גורמים לעליה במגוון הביולוגי. ניתן להסיק שכדור הארץ כפי שאנו מכירים אותו הוא כזה בעקבות אירועים ספציפיים שחלו עליו, וקיים שוני בין תקופות שונות בכדור הארץ. אם קיימים חיים בכוכב לכת חוץ-שמשי, עליהם להיות בדיוק בחלון הזמן בו מתקיימת ציוויליזציה תבונית שלה יכולת לתקשר עם כדור הארץ. מאחר שלא נמצאו חיים תבוניים חוץ-ארציים, לא ניתן לדעת אם תאוריית כדור הארץ הנדיר מתארת את שכיחותם ביקום באופן מדויק. לתאוריה קמו מתנגדים ולהם ביקורת על נקודות החולשה שלה. נימוקיהם העיקריים הם: מתקיים חיפוש אחר כוכבי לכת דמויי ארץ - מאז פרסום הספר התגלו למעלה מ-1000 כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש, בעיקר בזכות טלסקופ החלל קפלר. מחקר שנעשה בשנת 2013 שיער שאחד מכל חמישה כוכבים דמויי שמש מכיל כוכב לכת בטווח האזור הישיב, כלומר בין 2 ל-8 מיליארד בגלקסיית שביל החלב לבדה. בנוסף, תכונות מסוימות המוזכרות בספר אינן ניתנות למדידה באמצעים הטכנולוגיים של ימינו, כגון הימצאות מים על פני השטח, טקטוניקה והימצאות ירח גדול. תכונות כמו ירח גדול ומבנה דומה של המערכת למערכת השמש אינן הכרחיות לקיום חיים. חמצן אינו הכרחי ליצירת חיים רב-תאיים - בספר מוצגת הטענה שלא נמצאו יצורים חיים רב תאיים המבצעים מטבוליזם ללא חמצן. הטענה נמצאה לא נכונה בשנת 2010, כאשר התגלו שלושה יצורים רב תאיים להם מטבוליזה מבוססת מימן. סיבות אנושיות - הכתוב בספר מבוסס על הנחת הכותבים שחיים תבוניים יכולים להתקיים רק בכוכבי לכת בעלי תנאים הדומים לכדור הארץ, הנחה שנתונה לביקורת בשל האופי השמרני והמוגבל שלה. הכותבים, כפי שנטען על ידי אנשים, בחרו מאפיינים של כדור הארץ אשר שירתו את הרעיון שהביאו בספר והתעלמו ממאפיינים אחרים. אחרים טוענים שהספר מתיישב עם הרעיון הבריאתני של התכנון התבוני. סביבות חיים אלטרנטיביות - הכותבים התייחסו בספרם ליצורים חיים המתקיימים על כדור הארץ ומבוססים על ביוכימיה של פחמן ומים. תאוריות של ביוכימיה אלטרנטיבית מאפשרות את קיומם ההיפותטי של יצורים חיים בכל סביבת חיים שיש בה מקור אנרגיה ומולקולות, גם אם היא שונה מהסביבה בכדור הארץ. תפקידו של כוכב לכת דמוי צדק לא ברור - הכותבים טוענים בספרם שקיומו של צדק בחלקה החיצוני של מערכת השמש וכוח המשיכה הגדול שלו מגנים על כדור הארץ מפני פגיעה של מטאוריטים על ידי הסטת מסלולם. תאוריה זו שנויה במחלוקת מכיוון שלא נמצאו הוכחות המבססות אותה, ונמצא שצדק מסיט את מסלולם של עצמים גם לכיוון כדור הארץ. חיוניות טקטוניקת הלוחות - בספר נטענת הטענה שבכדור הארץ פעילות טקטונית ייחודית שלא נצפתה בכוכבי לכת אחרים (כגון יצירת הרים), ופעילות זו חיונית עבור יצירת חיים תבוניים על פניו. עוד שנטען הוא שהירח הגדול של כדור הארץ וכוחות הגאות והשפל שהוא יוצר גורמים לפעילות טקטונית מוגברת. מחקרים מראים שקיימת או שהייתה פעילות טקטונית בעצמים במערכת השמש, כגון במאדים על אף שאין לו ירח גדול. התנגשות עצמים בכוכב לכת אינה נדירה או אינה דרושה - בספר נאמר שכחלק מהשערת ההתנגשות הענקית לפיה הירח התנגש בכדור הארץ, נוצרה נטיית ציר הסיבוב שלו - הסיבה לחילופי עונות השנה. מאורע התנגשות של עצם כל כך גדול בכדור הארץ מתואר כנדיר, וכן גם זווית הסיבוב של כדור הארץ ומהירותו. המתנגדים טוענים שעצם כמו הירח יכל להיווצר מאבק שנכלא בנקודת לגראנז' L4 או L5 של כוכב לכת וכוכב. האבק נאסף לכדי עצם גדול באמצעות כבידה בלבד, ולאחר מכן מאבד את יציבות מסלולו ומתנגש בכוכב. נקודות מסוג זה אינן נדירות בחלל, לכן היווצרות הירח היא מאורע שכיח יותר מן המתואר בספר. נוסחת דרייק חיים מחוץ לכדור הארץ אסטרוביולוגיה כוכב לכת דמוי ארץ Tingay, Steven. "Is there evidence aliens have visited Earth? Here's what's come out of US congress hearings on 'unidentified aerial phenomena'". The Conversation. Retrieved 27 October 2022. Kolbert, Elizabeth (14 January 2021). "Have We Already Been Visited by Aliens?". The New Yorker. Retrieved 27 October 2022. Papagiannis, Michael D. (1978). "1978QJRAS..19..277P Page 277". Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society. 19: 277. Bibcode:1978QJRAS..19..277P. גרסת ארכיון של אתר הספר הרשמי (אנגלית) (האתר עצמו הפסיק להתקיים לאחר שנת 2008) עידו אפרתי, המחקר שמסביר למה כמעט ואין סיכוי לחיים בחלל החיצון, באתר הארץ, 7 בנובמבר 2014 Villain in disguise: Jupiter’s role in impacts on Earth, באתר Astrobiology Magazine מחקר: מיליארדי כוכבי לכת המתאימים לחיים בשביל החלב, באתר הארץ, 5 בנובמבר 2013 Prevalence of Earth-size planets orbiting Sun-like stars, באתר ידיעון האקדמיה הלאומית למדעים, 22 באוקטובר 2013 The first metazoa living in permanently anoxic conditions, באתר BioMedCentral, אפריל 2010 UCLA scientist discovers plate tectonics on Mars New Map Provides More Evidence Mars Once Like Earth, באתר נאס"א Where Did The Moon Come From?