Az Egyedi Föld-hipotézis egy javasolt válasz a Fermi-paradoxonra , amely megmagyarázza, miért kell egy olyan bolygó megjelenését, mint a Föld , nagyon valószínűtlennek tekinteni. Ha a ritkaföldfém hipotézis helyes, akkor a galaxisban csak néhány bolygó, talán csak egy lakható. Számos oka lehet annak, hogy a Földhöz hasonló bolygók nagyon ritkák. Ezek az okok közé tartozik a bolygópályák és a naprendszerek hosszú távú instabilitása, a meglehetősen gyakori bolygókataklizmák stb. [1] Azzal a feltételezéssel együtt, hogy egy földi bolygó jelenléte elengedhetetlen előfeltétele a magasan fejlett életformák megjelenésének, ez megmagyarázná a földönkívüli civilizációk létezésére utaló jelek hiányát.
Az egyedülálló Föld hipotézist először a Rare Earth : Why Complex Life Is Uncommon in éspaleontológusWardPeterrészleteztecíműUniversethe Donald Brownlee csillagász [ 2 ] . Ward és Brownlee a kiterjesztett Drake-egyenletet használta annak bizonyítására, hogy egy földi jellemzőkkel rendelkező bolygó létezését az univerzumban hihetetlenül ritka eseménynek kell tekinteni.
Feltételezik, hogy a megfigyelhető univerzum nagy része, beleértve galaxisunk nagy részét is, „holt zóna”, amely nem képes fenntartani az összetett életet. A galaxis azon részei, ahol összetett élet lehetséges, alkotják a galaktikus lakható zónát , amelyet elsősorban a galaktikus központtól való távolsága jellemez.
A galaktikus központtól való távolság a következő okok miatt szükséges:
Következésképpen a tudósok által felfedezett, nagy csillagsűrűségű és gyakori szupernóva-robbanásokkal rendelkező galaxisok többsége elkerülhetetlenül holt zóna lesz [4] .
Ezenkívül magának a bolygórendszernek, amely lakható, meg kell őriznie kedvező helyzetét elég hosszú ideig ahhoz, hogy komplex élet alakuljon ki. Egy excentrikus (elliptikus vagy hiperbolikus) galaktikus pályával rendelkező csillag élete során egyszer sem fog áthaladni az ún. A spirálkarok kedvezőtlen régiók nagy csillagsűrűséggel. Ebből az a következtetés következik, hogy a csillagnak megfelelő galaktikus pályával kell rendelkeznie. Ez a galaxis lakható zónáját meglehetősen szűk tartományra korlátozza. A tudósok becslése szerint ez a zóna egy 7-9 kiloparszek sugarú gyűrű, amely a Tejútrendszer csillagainak legfeljebb 10%-át tartalmazza, azaz körülbelül 20-40 milliárd csillagot. Egyesek hajlamosak megfelezni ezt a számot; becsléseik szerint a Tejútrendszer csillagainak legfeljebb 5%-a esik a lakható galaktikus zónába [5] [6] .
Az általunk megfigyelt galaxisok megközelítőleg 77%-a spirális, az összes spirálgalaxis kétharmada rendelkezik ún. bar, és több mint felüknek, akárcsak a Tejútnak, több karja van. A hipotézis szerint galaxisunk nagyon nyugodt és homályos, ami nagyon ritka (az emberiség által felfedezett összes galaxis kb. 7%-a) [7] [8] [9] . Azonban még így is ez a százalék körülbelül 200 milliárd galaxis az ismert univerzumban .
Galaxisunk abban is egyedülálló, hogy 10 milliárd éve nem ütközött más galaxisokkal, és potenciálisan az ilyen ütközések szupernóva-robbanásokat és más globális kataklizmákat okozhatnak [10] . Ráadásul a Tejútrendszer közepén található szupermasszív fekete lyuk nem mutat túlzott aktivitást [11] .
A Nap pályája a Tejútrendszer közepe körül szinte tökéletesen kör alakú, periódusa 226 millió év, ami pontosan megegyezik magának a galaxisnak a forgási periódusával. A hipotézis szerint Napunk ritkán, ha valaha is áthaladt a spirálkarokon. Másrészt Karen Masters csillagász kiszámította, hogy a Nap körülbelül 100 millió évente áthalad egy nagy spirálkaron, ami egybeesik a bolygó tömeges kihalásainak időszakaival [12] .
Földhöz hasonló bolygót létrehozni és megfelelő állapotba hozni nehéz feladat. Először is egy fémekben gazdag csillag közelében kell kialakulnia (az asztrofizikában minden, a héliumnál nehezebb kémiai elemet fémnek neveznek [13] ). A fémszegény csillagok nem képesek mást létrehozni, mint gázóriásokat: egyszerűen nincs elég anyag ahhoz, hogy Föld-szerű bolygókat hozzanak létre egy gáznemű ködben. Így a Galaxis külső része kizárt . Másrészt, ha a csillag túl sok fémet tartalmaz, a létrejövő bolygók túl nehezek lesznek, nagyméretű gázhéjakat halmoznak fel, amelyekbe hatalmas gravitációjuk beletart , és ismét gázóriásokká válnak, nagy kőzet-fém maggal.
A csillagnak körpályán kell keringenie a galaxis közepe körül: a megnyúlt pálya miatt a csillag túl közel kerül a galaxis energetikailag telített magjához, és súlyos sugárzásnak lesz kitéve. Képletesen szólva, a csillagnak a galaxis peremén kell élnie, de nem a közepén és nem túl [14] .
A megfelelő fémességű csillag megszerzése után meg kell győződni arról, hogy lehetnek lakható bolygói. Egy forró csillagnak, mint például a Szíriusz vagy a Vega , széles lakható zónája van (olyan régió, ahol egy bolygó felszíni hőmérséklete közel lenne a Földéhez), de két probléma van: először is, ez a zóna túl távol van a csillagtól, mert szilárd maggal rendelkező bolygók valószínűleg a csillag közelében és a lakható zónán kívül fognak kialakulni. Ez azonban nem zárja ki az élet keletkezésének lehetőségét a gázóriások műholdain: a forró csillagok elegendő ultraibolya sugárzást bocsátanak ki , amely kellően ionizálni tudja bármely bolygó légkörét. Egy másik probléma a forró csillagokkal, hogy nem élnek elég sokáig. Körülbelül egymilliárd év (vagy kevesebb) elteltével vörös óriásokká válnak , amelyek nem hagynak elég időt a magasan fejlett élet kialakulásához.
A hideg sztárok nincsenek a legjobb helyzetben. A lakható, életre alkalmas zóna szűk és közel lesz a csillaghoz, jelentősen csökkentve annak esélyét, hogy egy bolygó a megfelelő helyre kerüljön. A hideg csillagok felszínén fellépő fáklyák sugárzással árasztják el a bolygót, és nem kisebb mértékben ionizálják légkörét, mint egy forró csillag közelében. A kemény röntgensugárzás is intenzívebb lesz.
Így kiderül, hogy a "helyes" típusú csillagok az F7 és K1 közötti intervallumra korlátozódnak (lásd a csillagok spektrális osztályait ). Az ilyen típusú csillagok ritkák: a G-típusú csillagok, mint a Nap, a galaxisunkban lévő csillagok mindössze 5%-át teszik ki.
Miután a bolygó a lakható zónán belül kialakult, egy megközelítőleg Mars méretű égitestnek kell neki ütköznie ( a Hold becsapódási képződésének modellje szerint ). Ilyen ütközés nélkül nem képződnek tektonikus lemezek a bolygón , mivel a kontinentális kéreg beborítja az egész bolygót, és nem hagy teret az óceáni kéregnek. Az ütközés egy nagy műhold megjelenéséhez is vezethet, amely stabilizálja a bolygó forgástengelyét, valamint a bolygó és az égitest magjainak egyesüléséhez, ami szükséges egy szupermasszív bolygómag kialakításához, amely egy erős magnetoszférát hoz létre, amely védi a bolygó felszínét a napsugárzástól [14] . Edward Belbruno és Richard Gott legújabb tanulmányai azt sugallják, hogy egy ilyen megfelelő méretű égitest a csillag-bolygó-rendszer trójai pontjain ( L 4 vagy L 5 ) kialakulhat, ami talán valószínűbbé teszi ezt az eseményt.
Meglehetősen kicsi az esélye annak, hogy egy aszteroida összeütközik a kettős rendszer legmasszívabb objektumával, például a Földdel és a Holddal. A legtöbb aszteroidát vagy teljesen kidobják, vagy eltalálnak egy kevésbé masszív tárgyat: egy nagyobb test eltalálásához szükség van a sebesség és a beesési szög megfelelő kombinációjára. Így egy nagy holddal rendelkező bolygó jobban védett lesz az ütközésektől (bár szükség lehet véletlenszerű ütközésekre, mivel az evolúciós elmélet szerint a tömeges kihalás felgyorsíthatja az összetett szervezetek fejlődését). Szintén szükséges feltétel egy nagy gázóriás, például a Jupiter jelenléte a csillagrendszerben , ami miatt a bolygók kialakulása után pályán maradó "szemét" olyan képződményekbe kerül, mint a Kuiper-öv és az Oort-felhő .
Az élet bizonyos időbe telik, mire fejlődik és elér egy bizonyos szervezettségi szintet. A nagy aszteroidákkal való gyakori ütközések valószínűleg megakadályozzák a jól szervezett organizmusok megjelenését. Maga az élet nem valószínű, hogy eltűnik, de az evolúció magasabb ágaiból származó legösszetettebb organizmusok nagyon sérülékenyek, és könnyen kihalnak egy bolygókatasztrófa következtében. A pontozott egyensúly evolúciós elmélete kijelenti, hogy:
Úgy gondolják, hogy a kövületek bizonyítják, hogy a Földön többször is létrejött az ökológiai egyensúly , először a kambriumi robbanás óta . Számos, az élőlények tömeges kihalásához vezető katasztrófára lehet szükség ahhoz, hogy az evolúció radikálisan új fejlődési utakat tárjon fel, és az élet elkerülje azt a helyzetet, hogy fejlődése leálljon az intelligens élet felé vezető úton. A dinoszauruszok tömeges kihalása például lehetővé tette az emlősök számára, hogy elfoglalják ökológiai réseiket, majd az evolúció új utat járt be.
Így nyilvánvaló, hogy a bolygó és a csillagrendszer több száz paraméterének helyes értékére van szükség ahhoz, hogy a magasan szervezett élet lehetséges legyen. Az Univerzum hihetetlenül nagy, nagymértékben meghaladja az emberi felfogás és megértés lehetőségeit, így továbbra is fennáll annak esélye, hogy valahol az Univerzumban van egy földi bolygó, magasan szervezett élettel. Annak a valószínűsége azonban, hogy egy ilyen bolygó elég közel létezik a Naphoz ahhoz, hogy valaha is elérjük, vagy kapcsolatba léphessünk lakóival, gyakorlatilag nulla. Ez feloldja a Fermi-paradoxont: nem látjuk a földönkívüli intelligencia jeleit , hiszen egy újabb, magasan szervezett életet fenntartani képes földi típusú bolygó megjelenésének a valószínűsége még a Galaxis méreteiben is elhanyagolható.
Nagyon kicsi annak a valószínűsége, hogy egy Földhöz hasonló bolygón évmilliárdokon át fennmaradjon az élet. A napsugárzás kis ingadozása és a vulkáni aktivitás nem túl nagy változása elegendő ahhoz, hogy elpusztítsa az életet a Földön. A földi élet fennállása alatt a napsugárzás intenzitása 25%-kal nőtt. Ha a Föld légköre ez idő alatt nem változtatta volna meg az összetételét, a Földön az élet elhalt volna a hőmérséklet több tíz fokos emelkedése miatt. Ezt megakadályozta a vulkáni aktivitás csökkenése és ennek következtében a Föld légkörében az üvegházhatású gázok tartalmának csökkenése [15] .
A legnagyobb kritika éri azt a feltételezést, hogy a magasan szervezett élet létrejötte csak a szárazföldi bolygókon lehetséges. Egyes biológusok, például Jack Cohen úgy vélik, hogy egy ilyen feltételezés túlságosan korlátozó, és a megértés hiányára utal (lásd a szénsovinizmus ). Részletes kritikát Jack Cohen és Ian Stewart matematikus Alien Evolution: The Science of Extraterrestrial Life [ ] című könyve ad .
Az egyedülálló Föld-elmélet más feltételezéseit is kritizálják: