Zasada kopernikańska jest konsekwencją filozoficzną wprowadzenia przez Mikołaja Kopernika systemu heliocentrycznego w dziele „O obrotach sfer niebieskich". Według legendy wielki astronom otrzymał świeżo wydrukowaną księgę na łożu śmierci, która nastąpiła 24 maja 1543 roku. System w niej opisany rugował z centrum Wszechświata Ziemię, a umieszczał tam Słońce, wokół którego Ziemia i inne planety krążyły po orbitach kołowych. Potem się okazało, że orbity te są eliptyczne, Słońce znajduje się tylko w centrum własnego układu planetarnego, a w ogóle system heliocentryczny jako pierwszy wymyślił i opisał Arystarch z Samos w III wieku p.n.e. Ale i tak heliocentryzm oznaczał rewolucję w nauce, nazwaną później przełomem kopernikańskim.

W Galaktyce niebezpiecznie...

Kluczem do zasady kopernikańskiej wydaje się słowo „przywilej", a jej sednem pozbawienie Ziemi uprzywilejowanego statusu w kosmosie. Nasza planeta nie zajmuje eksponowanej pozycji wśród ciał niebieskich, a i pod względem składu geologicznego, rozmiarów itp. należy do grona zwyczajnych obiektów tego typu. Zwyczajne jest Słońce, wokół którego krąży, pospolitością wionie także od innych planet, które zaliczają się do jego rodziny. Jak napisał fizyk i matematyk z Cambridge John D. Barrow w „Księdze wszechświatów": „Zamiast uważać, że Ziemia jest środkiem Wszechświata, jak ludzie starożytni, powinniśmy w naszych teoriach zakładać, że Wszechświat jest wszędzie mniej więcej taki sam. Zgodnie z tym należy oczekiwać, że Ziemia jest przeciętną planetą krążącą wokół przeciętnej gwiazdy w przeciętnej galaktyce".

Z tego powodu zasada kopernikańska bywa też nazywana zasadą przeciętności. „Pozbawiając naszą planetę jej centralnego położenia w kosmosie, Kopernik zapoczątkował nowe podejście – zasadę przeciętności – która będzie obowiązywała przez następne cztery stulecia", pisze fizyk i kosmolog Paul Davies w książce „Kosmiczna wygrana". Cztery stulecia upływają właśnie w naszych czasach – czy to oznacza, że obowiązywanie zasady kopernikańskiej w nauce ma się ku końcowi?

We Wszechświecie nie istnieje żaden środek, więc Słońce, nawet gdyby bardzo chciało spełnić postulat Kopernika, nie byłoby w stanie usytuować się w takim punkcie. Wszechświat rozszerza się, ale proces ten nie ma centrum, każdy punkt z czasem coraz bardziej zwiększa dystans od każdego innego punktu. Zajęcie przez Ziemię, przez Słońce czy inne ciało niebieskie uprzywilejowanego położenia wydaje się niemożliwe, by tak rzec, z definicji.

Słońce znajduje się w odległości 27 tys. lat świetlnych od środka Galaktyki. Jej promień wynosi 50 tys. lat świetlnych, jesteśmy więc usytuowani bliżej skraju wielkiego dysku złożonego z setek miliardów gwiazd. Na razie jest to zgodne z zasadą kopernikańską. Trochę inaczej byłoby w przypadku zajmowania przez naszą gwiazdę miejsca w centrum Galaktyki (choć to nadal nie centrum Wszechświata, bo takich galaktyk jak nasza są setki miliardów). Tam jednak usadowiła się olbrzymia czarna dziura o masie 3 milionów mas Słońca, która systematycznie pożera gwiazdy ze swego najbliższego otoczenia. Cóż z tego, że cieszylibyśmy się wyjątkowym położeniem (w skali lokalnej), skoro nasz dalszy los byłby nieciekawy.

A jednak usytuowanie Ziemi, Słońca i całego Układu Słonecznego jest w pewnym sensie wyjątkowe. Planety zdatne do wytworzenia życia mogą powstać tylko wokół gwiazd wykazujących odpowiednią metaliczność. (Metalami astronomowie nazywają wszystko, co nie jest wodorem ani helem.) Wydaje się to zrozumiałe: życie do rozwoju potrzebuje rozmaitych pierwiastków, które tworzą się we wnętrzu gwiazd. Eksplozje supernowych rozsiewają je w postaci pyłu, z którego tworzy się kolejna generacja gwiazd. Na skraju olbrzymiego dysku Galaktyki metaliczność jest zbyt niska. Z kolei w centrum Galaktyki jest ona wysoka, ale tam czyhają rozmaite zagrożenia. Ogromna czarna dziura destabilizuje orbity gwiazd i ich ewentualnych planet, częste wybuchy supernowych skutkują przenikliwym promieniowaniem, w strefie tej jest „tłoczno" od gwiazd i planeta usiłująca wykołysać tam życie miałaby trudności ze znalezieniem zacisznego zakątka, który by temu sprzyjał.

Według ostatnich badań Charlesa Lineweavera pomiędzy centrum a skrajem Galaktyki istnieje wąska strefa sprzyjająca powstaniu planet takich jak Ziemia. Przemieszcza się ona w stronę zewnętrznej krawędzi dysku i w miarę upływu czasu stopniowo się poszerza. „Strefa ta zawsze skupiała się w pierścieniu oddalonym o około 26 tys. lat świetlnych od centrum Galaktyki. Słońce znajduje się blisko środka tej strefy, choć nie leży dokładnie w samym środku. W tym rejonie 4 miliardy lat temu, kiedy tworzył się Układ Słoneczny, obfitość metali była wystarczająca, by powstały planety takie jak Ziemia", zapewnia astrofizyk John Gribbin w książce „Dlaczego jesteśmy".

Mamy więc do czynienia z sytuacją analogiczną jak w Układzie Słonecznym, gdzie Ziemia orbituje w wąskim pasie sprzyjającej życiu ekosfery, ale oczywiście „ekosfera" galaktyczna to jakby piętro wyżej. Tej pierwszej ekosfery nie byłoby bez tej drugiej; gdyby Słońce powstało gdzie indziej, i ono samo, i jego planety miałyby inny skład, budowę, rozmiary itp. Położenie – wbrew zasadzie kopernikańskiej – jest niezmiernie istotne, czy to we własnym układzie planetarnym, czy też w organizmie gwiezdnym wyższego rzędu, jakim jest Galaktyka.

Także i owa Galaktyka nie wypadła kosmicznej sroce spod ogona. Pobliskie galaktyki nie wykazują tak sprzyjających życiu warunków jak nasza i co najwyżej 20 procent spośród nich nadaje się do „zamieszkania". Gdyby Słońce należało do którejś z nich, szanse na powstanie Ziemi i życia na niej w formie, jaką znamy, byłyby minimalne.

Osobliwa kula

Z tego, że Ziemia nie jest pospolitym ciałem kosmicznym, intuicyjnie zdajemy sobie sprawę, a zdjęcia innych planet Układu Słonecznego i panujące na nich warunki fizyczne tylko to przekonanie potwierdzają. Ziemia jest fenomenem na skalę kosmiczną z dwóch powodów. Posiada olbrzymie żelazo-niklowe jądro, które utrzymuje się w stanie płynnym dzięki energii z rozpadu pierwiastków radioaktywnych, głównie uranu i toru. Dzięki płynnemu jądru planetę naszą otacza silne pole magnetyczne stanowiące zaporę przeciwko emisji naładowanych cząstek ze Słońca. Gdyby nie ta osłona, życie na Ziemi miałoby ciężko. Bez dodatku uranu i toru, spadku po supernowej, która w początkowej fazie genezy Układu Słonecznego rozerwała się w pobliżu, jądro Ziemi stygłoby szybciej i być może do tej pory zestaliłoby się. Wtedy o żadnym polu magnetycznym nie byłoby mowy.

I po drugie: okrążający Ziemię olbrzymi w stosunku do jej rozmiarów Księżyc stabilizuje nam orbitę i oś obrotu. Bez jego wpływu zmieniająca się raz po raz orbita powodowałaby ustawiczne wypadanie planety poza ekosferę, co skutkowałoby zabójczymi zmianami klimatu. Ledwo życie zdążyłoby zakiełkować, już by je zgładziła ostra kosmiczna zima. Podobnie byłoby w przypadku nieustabilizowanej osi obrotu, a po zsumowaniu obu tych efektów na naszej sielskiej planecie trudno byłoby wytrzymać z powodu prawdziwej huśtawki temperatur.

Owe zbawienne efekty zawdzięczamy temu samemu czynnikowi: uderzeniu w Ziemię ciała wielkości Marsa jakieś 4,3–4,6 miliarda lat temu. W tym początkowym okresie ewolucji nasza planeta była kulą półpłynnej lawy; uderzenie wyrwało z niej część materii, z której, jak wskazują symulacje, w ciągu miesiąca utworzył się Księżyc. Jądro owego ciała, nazwanego Theią, siłą impetu wbiło się w Ziemię i znaczna jego część połączyła się później z jądrem ziemskim. Bez tego zderzenia mielibyśmy o wiele słabsze pole magnetyczne, które otula nas jak welon; naturalne wytworzenie jądra planetarnego o takim rozmiarze byłoby mało prawdopodobne.

To nie koniec korzyści, jakie czerpiemy z incydentu z Theią. Wielkie jądro oznacza stosunkowo cienką skorupę powierzchniową; gdy Ziemia zaczęła stygnąć, uderzenia wielkich asteroid potrzaskały ją na kawały, dając początek płytom kontynentalnym i procesom górotwórczym. W okresie od 3,8 do 2,5 miliarda lat temu w Ziemię mogło grzmotnąć 8–10 wielkich asteroid o średnicy od 20 d0 50 km. Gdyby nie one, powierzchnia Ziemi krzepłaby bez większych wzniesień (jeśli jakieś by się utworzyły, to dzięki wulkanom), co później, gdy kolejne asteroidy dostarczyły na jej powierzchnię wodę, spowodowałoby powstanie tutaj wodnego świata. Cała woda Ziemi rozprowadzona po jej powierzchni dałaby w efekcie ocean o średniej głębokości 3 km, z którego nie wystawałby nad powierzchnię nawet skrawek lądu. Ziemia i wtedy byłaby fenomenem, ale o życiu w obecnej postaci moglibyśmy zapomnieć.

Wyjątkowy Układ

Słońce, dzięki któremu prosperujemy, uchodzi za zwyczajną gwiazdę. Ale 95 procent gwiazd jest od niego ciemniejszych; ponadto jest bardzo stabilne pod względem jasności. Dzięki temu ekosfera utrzymuje się w tym samym miejscu, z ewidentną korzyścią dla życia. Ponadto Słońce jest gwiazdą pojedynczą. Dzięki symulacjom komputerowym wiemy, że na 100 nowo powstałych układów gwiezdnych 40 to układy potrójne, a reszta – podwójne. Po różnych przygodach pozostaje z nich 25 układów potrójnych, 65 układów podwójnych i 35 pojedynczych gwiazd. Można zatem rzec, że Układ Słoneczny narodził się pod szczęśliwą, bo samotną gwiazdą. Dwie lub trzy gwiazdy krążące wokół siebie oznaczają nieustanne perturbacje orbit ewentualnych planet. Dla życia, które lubi stabilizację, samotna gwiazda gwarantuje spokojne warunki do rozwoju.

Nasz układ planetarny jest też ewenementem pod innym względem. Znamy już ponad 800 planet pozasłonecznych; wiele z nich to gorące, olbrzymie planety w typie naszego Jowisza, okrążające własną gwiazdę bardzo szybko i po bardzo ciasnych orbitach. W porównaniu z Układem Słonecznym widać, że te „Jowisze" znajdują się nie na swoich miejscach: zamiast królować w głębi układu, dostały się w pobliże gwiazdy, która prędzej czy później zagrozi im unicestwieniem. „Jowisze" prawdopodobnie przesunęły się z głębi układu po spirali, podobnie jak igła gramofonowa po rowku płyty winylowej. Napotkane po drodze planety „Jowisz" mocą swej grawitacji eksmitował poza układ, aż pozostał w nim sam, przylepiony samobójczo do macierzystej gwiazdy.

W dzisiejszym Układzie Słonecznym Jowisz krąży po stabilnej orbicie. Ale w początkowej fazie jego formowania się chwytał gruz pozostały po genezie planet i ekspediował grawitacyjnie na peryferie, dzięki czemu Ziemia była bombardowana o wiele rzadziej. Stabilność orbit cechuje też pozostałe wielkie planety: Saturna, Urana i Neptuna. Symulacje pokazują, jak łatwo zepsuć ten porządek. Gdyby Jowisz albo Saturn miały odrobinę większą masę albo gdyby znajdowały się bliżej siebie, albo gdyby za nimi krążyła trzecia równie wielka planeta, na krańcach Układu Słonecznego zapanowałby chaos, który natychmiast przeniósłby się do strefy planet przysłonecznych. Rozregulowane orbity mogłyby doprowadzić do kolizji między nimi, po których dzisiejszy porządek byłby marzeniem ściętej głowy.

David Nesvorny z Southwest Research Institute w USA twierdzi, że gdy Układ liczył 600 mln lat, orbity jego gazowych gigantów zostały dotknięte dynamiczną niestabilnością. Zaczęło się wielkie przemeblowanie: niektóre ciała wypadły na zewnątrz, do Pasa Kuipera, a inne ruszyły w przeciwną stronę i bombardowały planety wewnętrzne, wśród nich i naszą Ziemię. Jowisz przesunął się ku Słońcu, a wszystkie te ruchy i migracje poprzez efekty grawitacyjne mogły doprowadzić do zderzeń pomiędzy Marsem, Ziemią i Wenus. Symulacje Nesvornego sugerują, że Układ Słoneczny musiał mieć wówczas o jednego olbrzyma więcej. W trakcie przesuwania się Jowisza i Saturna planeta wielkości Urana bądź Neptuna została wyeksmitowana poza Układ, dzięki czemu bliżej Słońca zapanował spokój. Takim to sposobem nieznany nam z imienia i wyglądu dobroczyńca, który stał się pozbawioną gwiazdy planetą swobodną, okupił swym wygnaniem możliwość dalszej egzystencji planet wewnętrznych, w tym Ziemi.

John Gribbin uznaje wpływ Jowisza na to, co działo się w Układzie Słonecznym, za kluczowy. „Symulacje komputerowe pokazują, że gdyby Jowisz powstał dalej od Słońca, planeta wielkości Ziemi nadal mogłaby się utworzyć, lecz wyłącznie w odległości pięciu jednostek astronomicznych od naszej gwiazdy [czyli pięciokrotnie dalej niż obecnie – przyp. MO]. Zawierałaby mnóstwo wody, lecz jedynie związanej, w postaci lodu. Gdyby zaś Jowisz nie powstał w ogóle, wody nadal byłoby pod dostatkiem, ale uwięzionej w asteroidach, które w ogóle nie miałyby szansy przeobrażenia się w planetę wielkości Ziemi".

Już same te dane świadczą, jakim specjalnym tworem jest Układ Słoneczny. Co się tyczy Ziemi, jej przypadek wydaje się niepowtarzalny w całym Wszechświecie, gdyż zestrojenie takiej liczby czynników prowadzących do jej powstania w takiej formie, z takim satelitą, w takiej odległości od takiego Słońca itp. jest właściwie zerowe. Powtórzenie go gdzie indziej, pomimo istnienia setek miliardów galaktyk z setkami miliardów gwiazd w każdej, wydaje się problematyczne. Wielką liczbę szans na zaistnienie takiego fenomenu niweczy skrajnie niskie prawdopodobieństwo sprzyjających temu sekwencji przypadków gdziekolwiek w kosmosie. A skoro Ziemia i Układ Słoneczny są niepowtarzalne, trudno nazywać je przeciętnymi, zwyczajnymi czy typowymi, jak tego wymaga zasada kopernikańska.