Warunki wstępne - oddziaływania, materia i wszechświat
Powstanie i istnienie życia na Ziemi oraz człowieka są możliwe tylko w dość wąskim zakresie parametrów fizycznych. Człowiek jest zbudowany z materii o określonych własnościach, gdyby więc materia miała inne własności, człowiek w znanej postaci nie mógłby zaistnieć. Niektórzy zaś odwracają tę zależność i przypuszczają, że cały wszechświat jest, jaki jest, ponieważ rozwinął się w nim człowiek. Tak z grubsza brzmi słaba zasada antropiczna sformułowana przez R. Dicke’a w drugiej połowie XX w. Warto odnotować, że bez względu na dyskusyjność takiego ujęcia, zwraca ono uwagę na faktyczne uwarunkowania dla powstania człowieka. Sięgają one wręcz do początków tego wszechświata jako jednego z wielu możliwych, funkcjonujących równolegle i do pewnego stopnia wzajemnie powiązanych wszechświatów, które składają się na kosmos.
Złamanie zasady parzystości (symetrii) jest warunkiem powstania wszechświata
Gdyby wszystkie procesy fizyczne były w pełni symetryczne, ilość materii musiałaby dokładnie odpowiadać ilości antymaterii. Tak więc już w chwili rozdzielania obu tych form materii nastąpiłaby ich anihilacja i powstałby wszechświat wypełniony wyłącznie promieniowaniem. A jednak doszło do złamania zasady parzystości, więc pozostało więcej materii i z niej właśnie mógł uformować się masywny wszechświat, w którym później powstał człowiek.
Energia potencjalna i kinetyczna we wszechświecie
W początkowym stanie nazwanym Osobliwością Pierwotną materia wszechświata jest skoncentrowana w umownym jednym punkcie, lecz po przekroczenia progu Plancka (przejście poniżej masy Plancka i powyżej długości Plancka) zaczęła ekspandować w momencie zwanym Big Bang utożsamianym z początkiem czasu.
Fizycznym wyrazem czasu jest rosnąca entropia, co oznacza stopniowy rozpad wszystkich elementów materii na każdym poziomie jej organizacji od cząstek i atomy, poprzez molekuły chemiczne i struktury geologiczne oraz ciała niebieskie aż po starzenie się żywych organizmów....
Wraz z początkiem czasu ujawniają się charakterystyczne zależności między energią potencjalną (potrzebną hipotetycznie do przeniesienia ciała z nieskończonej odległości do danego punktu) i kinetyczną (energią aktualnie trwającego ruchu ciała). Gdyby energia potencjalna była większa o jedną milionową od energii kinetycznej, młody wszechświat przestałby ekspandować po czasie odpowiadającym ok. 100 tysiącom ziemskich lat i zacząłby się kurczyć, czyli zapadać do stanu Osobliwości Pierwotnej. Nie byłoby więc dość czasu, żeby mogły powstać złożone systemy jak na przykład życie na Ziemi, które potrzebowało aż trzech miliardów lat, żeby wytworzyć istotę zdolną do zbudowania cywilizacji.
Gdyby zaś energia kinetyczna była o jedną milionową większa od potencjalnej, stała kosmologiczna miałaby większą wartość, więc rozszerzanie wszechświata postępowałoby tak szybko, że nie mogłoby dojść do uformowania lokalnych ośrodków kondensacji materii. Zabrakłoby czasu, żeby powstały galaktyki i gwiazdy, a materia wszechświata rozpraszałaby się w postaci cząstek mknących coraz dalej w przestrzeń (graniczną konsekwencją tego procesu jest koncepcja pustego wszechświata de Sittera).
Zatem, zależnie od początkowej proporcji między energią potencjalną i kinetyczną powstają różne wszechświaty (idea multiverse, czyli wieloświata). Człowiek zaś pojawił się we wszechświecie, w którym te energie są sobie równe.
Temperatura wszechświata
Przewaga energii potencjalnej nad kinetyczną zatrzymałaby ekspansję młodego wszechświata przy średniej temperaturze rzędu 104K, a późniejsza szybka zapaść doprowadziłaby do dramatycznego wzrostu temperatury, co oznacza rozpad wszelkich struktur materii od obiektów kosmicznych aż po cząstki elementarne znikające w kolejnej Osobliwości Pierwotnej. W ten sposób szybko zrealizowałby się scenariusz wszechświata pulsacyjnego, który cyklicznie rozszerza się i zapada.
Natomiast przewaga energii kinetycznej i rozproszenie materii byłyby równoznaczne z szybkim wychłodzeniem do temperatury bliskiej zeru absolutnemu, więc wszelkie procesy uległyby zatrzymaniu niedługo po powstaniu wszechświata (odpowiednik koncepcji cieplnej śmierci wszechświata).
Prawdopodobnie w obu wypadkach nie byłoby czasu, żeby mogło uformować się życie.
Izotropowość wszechświata
Dzięki równości energii potencjalnej i kinetycznej wszechświat, w którym pojawił się człowiek zachowuje określoną proporcję między przestrzenią oraz masywnymi ciałami kosmicznymi. Wszechświat jako całość jest z grubsza izotropowy, czyli rozkład gęstości materii wszędzie jest mniej więcej taki sam, chociaż lokalnie występują skupiska materii jak gromady galaktyk, galaktyki i gwiazdy (wyspowy model wszechświat) składające się na Kosmiczną Sieć (zbudowane z gromad galaktyk kosmiczne węzły, włókna i ściany).
Gdyby we wszechświecie dominowała energia potencjalna, masywna materia skupiałaby się w coraz gęstsze obiekty, które w stosunkowo niedługim czasie uległyby połączeniu w Osobliwość Pierwotną.
Gdyby zaś przeważała energia kinetyczna, przestrzeń szybko stałaby się elementem dominującym w praktycznie pustym wszechświecie (model de Sittera).
W obu wypadkach materia nie mogłaby rozwinąć struktur organicznych zbliżonych do życia na Ziemi.
Oddziaływania jądrowe
Stała sprzężenia w oddziaływaniach jądrowych określa siłę wiązania nukleonów, czyli protonów i neutronów w jądrze atomowym. Dzięki temu w gwiazdach i podczas eksplozji supernowych mogą powstawać jądra coraz cięższych pierwiastków. Gdyby stała sprzężenia w oddziaływaniach jądrowych była nieco mniejsza niż jest obserwowana w istniejącym wszechświecie, ewolucja pierwiastków zatrzymałaby się na wodorze i helu lub ewentualnie na zaledwie kilku nieco cięższych jądrach. Nie mogłoby pojawić się około stu pierwiastków, nie zaczęłaby się ewolucja chemiczna a potem biologiczna i nie byłaby możliwa ewolucja człowieka.
Oddziaływania elektromagnetyczne
Stała sprzężenia w oddziaływaniach elektromagnetycznych, czyli stosunek między ładunkiem elektronu i prędkością światła określa siłę oddziaływań elektromagnetycznych. Te oddziaływania decydują o strukturze powłok elektronowych w atomach. Gdyby ta stała była większa, czyli ładunek elektronu był większy, znacznie utrudnione stałyby się procesy chemiczne, których istotą są przemiany powłok elektronowych, czyli ruch elektronów. Mniejsza zatem byłaby liczba możliwych procesów chemicznych, w tym także tych, które decydują o powstaniu życia i o biologii człowieka.
Oddziaływania grawitacyjne
Stała sprzężenia dla grawitacji to stosunek między masą protonu i prędkością światła. Opisuje siłę oddziaływania grawitacyjnego, która jest odpowiedzialna za powstawanie we wszechświecie dużych struktur jak galaktyki, gwiazdy lub planety. Gdyby proton był masywniejszy, grawitacja byłaby silniejsza, a megastruktury we wszechświecie większe. Wszechświat zostałby zdominowany przez ogromne, bardzo gorące i relatywnie krótko istniejące gwiazdy zaliczane do błękitnych olbrzymów. Gdyby zaś proton był lżejszy, we wszechświecie dominowałyby chłodniejsze długożyciowe czerwone karły.
Pokolenie galaktyki
Pod wpływem grawitacji w młodym wszechświecie wyodrębniały się lokalne ośrodki koncentracji materii, które z czasem przekształciły się w gromady galaktyk. Pierwotne gromady składały się z ogromnych galaktyk pierwszego pokolenia zawierających wielkie krótkożyciowe gwiazdy eksplodujące jako supernowe. Potem jednak rośnie liczba galaktyk drugiego pokolenia wypełnionych mniejszymi gwiazdami, których ewolucja przebiega spokojniej. Równolegle kształtuje się Kosmiczna Sieć, gdzie gromady zawierające miliony galaktyk koncentrują się w punktach węzłowych oraz w łączących je włóknach i ścianach, które otaczają gigantyczne bąble pustej przestrzeni, co daje gąbczastą megastrukturę wszechświata. Gromady galaktyk tworzących ściany są stopniowo ściągane grawitacyjnie w stronę węzłów, a więc płyną w czymś na kształt kosmicznych rzek. Droga Mleczna płynie z prędkością ponad 2 milionów kilometrów na godzinę w stronę węzła nazwanego Wielkim Atraktorem. Największe szanse na uformowanie życia mają galaktyki drugiego pokolenia, czyli takie jak Droga Mleczna, z dużą liczbą spokojnych gwiazd zdolnych do długotrwałej egzystencji bez gwałtownych eksplozji.
Rozmiary czarnej dziury w jądrze galaktyki i ruch wirowy galaktyki
Jądro galaktyk tworzą czarne dziury. Bardzo duże, masywne czarne dziury emitują potężne jety, czyli strumienie plazmy wypływające z rejonu biegunów magnetycznych, co utrudnia powstawanie gwiazd, a zwłaszcza bardzo dużych, które mogą przekształcić się w supernowe. Szczególnie masywne czarne dziury w jądrach galaktyk przekształcają się w kwazary emitujące potężne promieniowanie, które rozbija złożone jądra atomowe i molekuły chemiczne. To oznacza, że w galaktykach mających w jądrze stosunkowo małą czarną dziurę supernowe pojawiają się częściej i wytwarzają cięższe pierwiastki, które są niezbędne dla powstania dużych molekuł chemicznych i życia. Czarna dziura w jądrze Drogi Mlecznej jest raczej mało aktywna, co oznacza warunki sprzyjające ewolucji gwiazd i kształtowaniu się życia.
Droga Mleczna to duża galaktyka spiralna w kształcie dysku, która obraca się wokół czarnej dziury tworzącej jądro. Również Słońce jako element Drogi Mlecznej obraca się wokół galaktycznego jądra, lecz jego prędkość jest większa od prędkości ramion galaktyki. Tak więc co sto kilkadziesiąt tysięcy lat Układ Słoneczny przecina kolejne ramiona zderzając się przy tym ze zgęszczonymi pyłami i gazami, a na Ziemi dochodzi wtedy do zwiększonego opadu meteorytów i gwałtownych zmian klimatycznych.
Gwiazdy i pierwiastki
W ekspandującym młodym wszechświecie wyodrębniły się podstawowe oddziaływania, cząstki elementarne i jądra atomowe wodoru oraz niewielkie ilości jąder helu. Gdyby energia potencjalna przeważała nad kinetyczną, wodorowo-helowy wszechświat w stosunkowo krótkim czasie zostałby ściśnięty przez grawitację do stanu Osobliwości Pierwotnej. Ponieważ jednak energia potencjalna i kinetyczna są równe, tak się nie stało, a w ukształtowanych przez grawitację galaktykach powstają gwiazdy, gdzie dochodzi do syntezy coraz cięższych jąder atomowych od helu aż do żelaza (koncepcja α β γ). Jądra cięższe od żelaza występują w kosmosie rzadziej, ponieważ powstają podczas eksplozji supernowych. W każdym razie bez gwiazd nie byłoby koniecznych dla rozwoju życia pierwiastków cięższych od helu.
Istotna dla ewolucji materii jest też korona gwiazd - zewnętrzna powłoka złożona z plazmy, czyli naładowanych elektrycznie protonów i elektronów oraz cząstek α. Część plazmy stale wypływa na zewnątrz jako wiatr gwiazdowy tworząc wokół rozległą strefę zdominowaną przez tę gwiazdę, gdzie słabo docierają oddziaływania z zewnątrz.
Poza tym protony są w istocie jądrami atomów wodoru, a więc wiatr gwiazdowy staje się dodatkowym źródłem wodoru w obłokach materii międzygwiezdnej i na planetach.
Pokolenie gwiazdy
Gwiazdy pierwszego pokolenia zbudowane wyłącznie z wodoru wykluczają rozwój życia ze względu na chemiczne ubóstwo materii złożonej niemal wyłącznie z wodoru i helu. Dopiero gwiazdy drugiego pokolenia dają szanse na powstanie cyklów chemicznych i życia. Kształtują się bowiem z materii pozostałej po rozpadzie starszej gwiazdy, zwykle supernowej, która wytworzyła pewną ilość cięższych pierwiastków niezbędnych dla procesów chemicznych i biologicznych. Słońce jest gwiazdą drugiego pokolenia.
Rozmiary Słońca
Czas istnienia gwiazdy zależy od jej rozmiarów: im większa gwiazda, tym szybciej zużywa swoje paliwo jądrowe. Bardzo małe gwiazdy jak czerwone karły istnieją bardzo długo, lecz emitują mało energii. Natomiast wielkie gwiazdy w rodzaju błękitnych olbrzymów chociaż emitują dużo energii, istnieją zbyt krótko, żeby podtrzymać życie, a w skrajnych wypadkach eksplodują jako supernowe. Optymalne dla powstania i ewolucji życia wydają się gwiazdy średnie lub średnio małe (zajmujące środek głównego ciągu w diagramie Hertzsprunga-Russella), które funkcjonują w sposób stabilny przez co najmniej kilka miliardów lat. Właśnie takie jest Słońce i w jego świetle mogło powstać życie na Ziemi, a potem człowiek.
Miejsce Ziemi na orbicie okołosłonecznej
Planety mogą krążyć wokół gwiazdy tylko w obrębie sfery Hilla, gdzie zachowują swoją integralność, czyli nie rozpadają się, a z drugiej strony poruszają się po stabilnych orbitach. Dolną krawędź sfery Hilla wyznacza granica Roche’a: poniżej tej granicy, czyli bliżej gwiazdy, siły pływowe wywołane przez gwiazdę rozrywają planety. Górna granica sfery Hilla zaś to taka odległość, przy której grawitacja gwiazdy nie może już utrzymać planety na orbicie. Taka planeta przekształca się w planetar, czyli ciało planetopodobne swobodnie wędrujące w przestrzeni międzygwiezdnej.
Planety sfery Hilla tworzą dysk wokół gwiazdy i układają się w charakterystyczny sposób. Bliżej gwiazdy macierzystej znajdują się planety mniejsze, gęstsze i zbudowane z cięższych pierwiastków, co powoduje, że zwykle są skaliste. Daleko od gwiazdy formują się planety z lżejszych pierwiastków i dlatego przybierają postać dużych gazowo-płynnych kul. Większe zróżnicowanie chemiczne planet skalistych zwiększa prawdopodobieństwo powstania na nich życia.
W obrębie sfery Hilla można dodatkowo wyróżnić ekosferę, czyli strefę uznawaną za optymalną dla powstania życia w formie podobnej do życia ziemskiego. Na planetach tej strefy w Układzie Słonecznym, to znaczy na Wenus, Ziemi i Marsie, woda stanowiąca podstawowy i uniwersalny rozpuszczalnik może być przynajmniej przez pewien czas płynna umożliwiając ewolucję chemiczną, a ilość promieniowania docierającego ze Słońca jest wystarczająca, aby napędzać te procesy. Bliżej Słońca na Merkurym, jest bardzo gorąco i sucho, a poza orbitą Marsa bardzo zimno, co oznacza, że ewentualne hipotetyczne organizmy żywe powstałe w takich warunkach musiałyby zasadniczo różnić się od organizmów ziemskich.
Również w obrębie ekosfery uwidaczniają się różnice związane z aktywnością Słońca i rozmiarami planet. Względnie duża Wenus długo stygnie i długo jest aktywna geologicznie, więc wenusjańskie wulkany przez dłuższy czas wyrzucają do atmosfery dwutlenek węgla, metan, siarkowodór i inne związki określane jako gazy cieplarniane, ponieważ pochłonięte światło zamieniają w ciepło. Dodatkowym czynnikiem podgrzewającym jest względnie bliskie Słońce. W rezultacie w ciągu pierwszych miliardów lat od powstania Układu Słonecznego temperatura Wenus systematycznie wzrasta, a woda z wenusjańskich oceanów odparowuje do atmosfery. Tam promieniowanie ultrafioletowe rozbija cząsteczki wody na wodór i tlen, a lekki wodór ucieka w przestrzeń kosmiczną. Pozostają gęste chmury zawierające głównie kwas siarkowy, dwutlenek węgla i metan tworzące warstwę od ok. 20 do ok. 80-100 km nad powierzchnią planety. Ciśnienie tak gęstej atmosfery jest kilkadziesiąt razy większe niż na Ziemi. Chmury pochłaniają promieniowanie słoneczne jeszcze bardziej podgrzewając wenusjańską atmosferę. W dolnej warstwie chmur formują się krople deszczu z gorącego kwasu siarkowego, które spadając odparowują wysoko nad skalistą powierzchnią planety rozpaloną do kilkuset stopni Celsjusza.
Inaczej przebiega ewolucja Marsa jako planety dużo mniejszej od Wenus i Ziemi. Oddalony od Słońca mały Mars szybko stygnie, więc rośnie grubość skalistej litosfery, zanika aktywność geologiczna i wulkany przestają produkować gazy cieplarniane. Ostygnięcie planety powoduje też unieruchomienia jej metalicznego jądra, co oznacza zanik magnetosfery chroniącej Marsa przed promieniowaniem Słońca, które może teraz docierać aż do powierzchni planety, rozbijając molekuły złożonych związków chemicznych a nawet wody. Z drugiej strony promieniowanie dość odległego Słońca nie wystarczy, żeby ogrzewać planetę. Tak więc kilka miliardów lat po powstaniu Układu Słonecznego woda na Marsie zanika, częściowo zamarza, zanikają oceany i rzeki, a planeta zamienia się w pustynię. Temperatura jej skalistej powierzchni w okresie antropogenu waha się od mniej niż -130oC na biegunach do ok. +30oC latem na równiku.
Ziemia ma rozmiary zbliżone do Wenus, więc długo stygnie zachowując aktywność tektoniczną i wulkaniczną, która dostarcza gazów cieplarnianych oraz aktywność magnetyczną chroniącą przed promieniowaniem Słońca.. Z drugiej strony Ziemia nie znajduje się tak blisko Słońca jak gorąca Wenus ani tak daleko, jak lodowaty Mars, więc promieniowanie słoneczne ogrzewa Ziemię w sposób dość umiarkowany. W rezultacie temperatura na powierzchni Ziemi oscyluje w okolicach 0oC od minus kilkudziesięciu do plus kilkudziesięciu stopni. Dzięki temu woda może występować w formie ciekłej, która jest optymalna jako rozpuszczalnik dla wielu substancji i środowisko rozmaitych procesów chemicznych, a następnie fizjologicznych.
Kształt orbity Ziemi
Pod wpływem grawitacji innych planet, zwłaszcza potężnego Jowisza oraz najbliższej Wenus, orbita Ziemi cyklicznie zmienia się od niemal kolistej do mocno wydłużonej elipsy. Cykl trwa nieco ponad 400 tysięcy lat (czyli 400 tysięcy obiegów Ziemi wokół Słońca). Kiedy ziemska orbita jest bliska kołu, klimat na planecie jest względnie stabilny. Im bardziej wydłużona jest elipsa orbity (wzrasta ekscentryczność elipsy), tym większe w ciągu roku są różnice w dopływie energii słonecznej i mogą występować drastyczne skoki temperatury (cykle Milankovicia).
Orbity Ziemi i innych planet Układu Słonecznego są nachylone w stosunku do równikowej płaszczyzny galaktyki i cały Układ Słoneczny kołysze się w wieloletnim cyklu, kiedy zmienia się kąt nachylenia. Co kilkadziesiąt tysięcy lat płaszczyzna, w której mieszczą się orbity planetarne Układu Słonecznego przecinają równikową płaszczyznę Drogi Mlecznej, narażając się na częstsze kolizje z materią międzygwiezdną. Na Ziemi to oznacza częstsze zderzenia z meteorytami i zaburzenia klimatyczne zagrażające życiu.
Obrót Ziemi wokół własnej osi
Cykl dnia i nocy (doba) wynikający z wirowania Ziemi wokół własnej osi wyznacza najbardziej fundamentalne i uniwersalne cykle biologiczne sterowane przez cykliczne zmiany hormonalne zachodzące w organizmach. Inna prędkość wirowania Ziemi wymusiłaby inny zegar biologiczny u wielu ziemskich organizmów, a wśród nich także u człowieka. Zgodnie z rytmem dobowym w normalnych okolicznościach człowiek jako istota dzienna czuwa za dnia i śpi w nocy.
Nachylenie osi Ziemi i precesja
Początkowo oś obrotu młodych planet była prostopadła do płaszczyzny orbity okołosłonecznej (ekliptyki). Jednak kolizje z setkami skalnych obiektów krążących wokół Słońca zmieniały nachylenie osi. W antropogenie tylko oś Merkurego jest nadal prostopadła do płaszczyzny orbity. Wszystkie inne planety wykazują znaczne odchylenia od pionu jako linii prostopadłej do płaszczyzny orbity. Wynoszą one ponad 2o u Wenus i ok. 3o u Jowisza aż do 20-30o w przypadku innych planet. Rekordowe odchylenie od pionu przekraczające 82o wykazuje Uran, którego oś obrotu w antropogenie leży niemal w płaszczyźnie jego orbity okołosłonecznej. Odchylenie osi Ziemi przekraczające w antropogenie 23o powstało po kolizji z niewielką planetą Teją, w wyniku czego Ziemia zyskała satelitę czyli Księżyc.
Nachylenie osi przekłada się na powstanie pór roku, kiedy różne części planety są w różnym stopniu oświetlane i ogrzewane przez Słońce. To zaś prowadzi do większego zróżnicowania warunków życia na Ziemi.
Jednak oś obrotu Ziemi nie jest nieruchoma, ponieważ podlega precesji, czyli obraca się wokół środka Ziemi, zataczając pełne koło w cyklu trwającym ok. 26 tysięcy lat. To oznacza, że stale zmienia się kierunek osi Ziemi i astronomiczne bieguny, w które celują geograficzne bieguny ziemskie. Na przykład na początku antropogenu północny biegun astronomiczny wyznacza gwiazda Wega, 13 tysięcy lat później Gwiazda Polarna, a po następnych 13 tysiącach lat znowu będzie Wega.
Poza tym oś Ziemi stale kołysze się na boki w zakresie przekraczającym 2o w stosunku do płaszczyzny orbity okołosłonecznej. Pełne odchylenie w jedną stronę i powrót do stanu wyjściowego trwa ok. 41 tysięcy lat.
Na te podstawowe ruchy Ziemi nakłada się dodatkowo nutacja, której cykl trwa ponad 18 lat. Jest to niewielkie, przekraczające zaledwie 9 sekund kątowych odchylanie biegunów Ziemi od średniego toru ruchu wokół Słońca spowodowane przez nieregularny (odbiegający od idealnej kuli) kształt Ziemi oraz grawitacyjny wpływ Księżyca oraz planet, zwłaszcza ogromnego Jowisza.
Precesja i kołysanie się osi Ziemi w połączeniu ze zmianami kształtu orbity Ziemi oraz kołysaniem ekliptyki w stosunku do równikowej płaszczyzny Drogi Mlecznej kształtują temperatury na Ziemi, powodując przesunięcia stref klimatycznych, zlodowacenia, susze lub upały. Wpływają więc na warunki życia i warunkują rozwój ludzkich społeczeństw oraz cywilizacji.
Księżyc
Powstał przez zderzenie planety Tei z pierwotną Ziemią. W porównaniu do księżyców innych planet satelita Ziemi jest wyjątkowo duży, bo tylko 81 razy lżejszy od Ziemi, kiedy na przykład Tytan jest 4200 razy lżejszy od Saturna, wokół którego krąży. Tak masywny satelita jak Księżyc stabilizuje ruch Ziemi ograniczając zmiany nachylenia osi Ziemi, co przekłada się na warunki stabilne w ciągu milionów lat, zwłaszcza klimatyczne, a to sprzyja rozwojowi życia. Na przykład Mars mający dwa małe księżyce zmienia nachylenie swojej osi w zakresie ok. 60o w ciągu zaledwie kilku milionów lat, co prowadzi do gwałtownych zmian warunków środowiska na planecie i utrudnia ewentualną ewolucję biologiczną.
Księżyc w pewnym stopniu redukuje liczbę uderzeń meteorytów w Ziemię, ponieważ część z nich przyciąga, zanim dotrą do planety. Poza tym przez pierwsze trzy miliardy lat Księżyc ma własne pole magnetyczne wytwarzane przez metaliczne jądro, co dla Ziemi i kształtującego się na niej życia stanowi dodatkową osłonę przed promieniowaniem z kosmosu. Potem jednak Księżyc stygnie, a jego wewnętrzne warstwy ulegają zestaleniu w takim stopniu, że jądro traci pierwotną ruchliwość i przestaje być źródłem magnetyzmu.
Księżyc wraz ze Słońcem powoduje pływy morskie, co oznacza powstanie charakterystycznego środowiska na granicy wody i lądu, gdzie organizmy morskie mogą przechodzić do środowisk bagnistych i lądowych. Natomiast pływy w płaszczu pod skorupą ziemską zwiększają aktywność wulkaniczną, a lawa wzbogaca powierzchnię Ziemi w substancje potrzebne organizmom żywym.
Ruch Księżyca wokół Ziemi jest też czynnikiem wpływającym na niektóre procesy biologiczne jak na przykład podziały komórkowe, zakwity glonów czy też regulowany hormonalnie cykl miesięczny kobiet.
Rozmiary i chemiczny skład Ziemi
Ziemia jest planetą skalistą stosunkowo niewielką w porównaniu do takich gazowo-ciekłych olbrzymów jak Jowisz, Saturn i Uran. To określa zakres odporności ziemskich organizmów żywych na ciążenie, a także daje im stałe podłoże. Poza tym planety skaliste w dużej części są zbudowane z pierwiastków ciężkich, dzięki czemu możliwy jest na nich rozwój życia, ponieważ procesy biologiczne wymagają wielu pierwiastków. Duże planety gazowe lub ciekłe składają się niemal wyłącznie z kilku pierwiastków lekkich, co bardzo utrudnia lub wręcz uniemożliwia istnienie życia.
Struktura Ziemi
Dzięki dość dużym rozmiarom i złożonemu składowi chemicznemu w powoli stygnącej planecie skalistej kształtują się koncentrycznie ułożone warstwy (geosfery). Najcięższe żelazne jądro wewnętrzne jest gorące, lecz ma postać stałą ze względu na potężne ciśnienie w centrum planety. Ogromna temperatura jądra wewnętrznego wyklucza powstanie pola magnetycznego, ponieważ tak mocno rozgrzane metale nie wykazują magnetyzmu. Chłodniejsze i poddane mniejszemu ciśnieniu jądro zewnętrzne jest płynne, a ruchy konwekcyjne w tej strefie wytwarzają ładunki elektryczne i pole magnetyczne. Jeszcze płycej znajduje się płynny płaszcz Ziemi, czyli magma składająca się w większości z pierwiastków lżejszych od żelaza. Na zewnętrznej powierzchni płaszcza zaś unoszą się chłodne, zestalone fragmenty magmy tworzące płyty tektoniczne, które składają się na stosunkowo cienką skorupę ziemską (litosferę). Ruchy konwekcyjne magmy przekładają się na ruchy płyt tektonicznych, dryf kontynentów oraz kolizje płyt prowadzące do trzęsień ziemi, erupcji wulkanów, powstawania gór (procesy orogenezy), lub rowów tektonicznych (geosynklin).
Pole magnetyczne wytworzone przez jądro zewnętrzne objawia się jako magnetosfera, czyli otaczające całą planetę pasy Van Allena. Wewnętrzny pas złożony z elektronów i protonów znajduje się na wysokości ok. 1-12 tysięcy km, a zewnętrzny składający się głównie z wysokoenergetycznych elektronów rozciąga się na wysokości ok. 13-64 tysięcy km.
Co ciekawe, magnetyczne bieguny Ziemi są odchylone od biegunów geograficznych (czyli od osi obrotu planety) o kąt ok. 11,5o, co wynika z odmiennego ułożenia jądra zewnętrznego. Rezultatem nachylenia osi magnetycznej w stosunku do osi geograficznej jest asymetria pasów Van Allena. Na przykład w 1.-2. tysiącleciu n.e. pasy Van Allena najbardziej zbliżają się do powierzchni Ziemi na południowej półkuli (nawet 500 km). Na północnej półkuli zaś są najbardziej oddalone. Bieguny magnetyczne nieustannie zmieniają swoje położenie, co wynika z konwekcji w jądrze zewnętrznym, a co pewien czas, od kilkudziesięciu do kilkuset tysięcy lat, dochodzi do przebiegunowania, czyli zamiany biegunów.
Nad litosferą, czyli stałą skalistą powierzchnią planety znajduje się atmosfera - powłoka gazowa osiągająca wysokość co najmniej 100 km.
Protony przyniesione przez wiatr słoneczny (wiatr gwiazdowy Słońca) łączą się w atmosferze z elektronami tworząc atomy wodoru (H), które z atomami tlenu (O) formują grupę hydroksylową (-OH) lub cząsteczkę wody (H2O). Innym źródłem wody na Ziemi są zawierające lód meteoryty, które trafiają w planetę. W rezultacie tych procesów nad gorącą powierzchnią młodej Ziemi pojawia się zawieszona w atmosferze para wodna, a po obniżeniu temperatury poniżej 100oC spada w postaci gorącego deszczu i tworzy wrzące oceany. Tak powstaje hydrosfera, czyli powłoka wodna na Ziemi (oceany, jeziora, rzeki, woda w skałach i glebie), która stopniowo ulega ochłodzeniu w miarę stygnięcia planety. Dzięki odpowiedniej odległości od Słońca, właściwej temperaturze oraz obecności atmosfery ciekła woda jest uniwersalnym rozpuszczalnikiem i staje się ośrodkiem dla złożonych procesów chemicznych.
Magnetosfera i atmosfera do pewnego stopnia osłaniają Ziemię przed wysokoenergetycznymi falami elektromagnetycznymi, które docierają ze Słońca lub spoza Układu Słonecznego. Te osłony zapewniają względnie stabilne warunki dla powstania cykli chemicznych, złożonych samopowielających się systemów protobiologicznych oraz życia. To oznacza, że na Ziemi może ukształtować się biosfera, która obejmuje wszystkie organizmy żywe, a następnie noosfera, czyli obszar rozwoju świadomości i inteligencji związanej z człowiekiem jako jednym z ziemskich organizmów.