Co přesně dělá exoplanetu „obyvatelnou“?

Jedním z nejvíce vzrušujících témat dnešní astronomie je hledání exoplanet neboli planet mimo naši sluneční soustavu. K dnešnímu dni jsme našli více než 5 000 exoplanet a každý rok objevíme další. A svatým grálem výzkumu exoplanet je najít obyvatelné planety, kde bychom mohli hledat život mimo naši vlastní planetu.

Pokud se zajímáte o astronomii, pravděpodobně jste viděli novinové titulky o obyvatelné exoplanety, které byly objeveny misemi, jako je vesmírný teleskop NASA Kepler Space Telescope nebo družice Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Tyto planety jsou obvykle podobné Zemi a na svém povrchu by mohly mít kapalnou vodu a předpokládá se, že by mohly potenciálně podporovat život. Jak ale můžeme zjistit, zda je planeta obyvatelná ze vzdálenosti milionů kilometrů? A co vlastně rozumíme pod pojmem obyvatelný?

Mluvili jsme s odborníkem na obyvatelnost Abelem Méndezem z Planetary Habitability Laboratory v University of Puerto Rico v Arecibu, který nám řekl, že obyvatelnost je mnohem složitější než vy by si mohl myslet.

Obyvatelnost není binární

Způsob, jakým většina lidí mluví o obyvatelnosti, je, jako by to byl binární stav. Buď je planeta obyvatelná, nebo není. Ale když se nad problémem zamyslíte do hloubky, je jasné, že tato definice nebude stačit. Máme na mysli obyvatelné jako schopné udržet lidský život? Nebo mikrobiální život? Máme na mysli, že je to pohodlné prostředí pro úspěch života nebo prostředí, kde je přežití obtížné, ale teoreticky možné? Máme na mysli, že se v tomto prostředí mohl vyvinout život, nebo že kdyby tam život dorazil, mohl přežít?

Na tyto otázky neexistuje jednoznačná odpověď, a proto je chybou považovat bydlení za otázku ano/ne. Místo toho bychom měli přemýšlet o obyvatelnosti jako o míře způsobilosti pro určitý typ života.

Tento zmatek neexistuje pouze mezi členy veřejnosti. Méndez řekl, že mezi vědci neexistuje shoda ohledně toho, co znamená obyvatelnost. Je to „nabité slovo,“ řekl, „protože v našich běžných rozhovorech obyvatelnost znamená obyvatelnost pro lidé.” Ale když se díváme na jiné planety, nemyslíme jen na lidi, ale také na jiné druhy života.

Po celou dobu, co astrobiologové přemýšleli o obyvatelnosti exoplanet, se to obrátilo byla tu další skupina lidí, kteří přemýšleli o obyvatelnosti po celá desetiletí: Ekologové. Ekologové hovoří o „vhodnosti prostředí“ prostředí zde na Zemi – jako o vhodnosti konkrétního prostředí pro rozkvět určitého typu života. To je přesně to, čeho se astrobiologická komunita snažila dosáhnout svým výzkumem exoplanet.

Na začátku svého výzkumu na toto téma Méndez narazil na tuto ekologickou práci, řekl: „Uvědomil jsem si, že to, co lidé v pole astrobiologie, o které se pokoušeli – definovat a kvantifikovat obyvatelnost – již provedli ekologové před desítkami let.

A co obyvatelná zóna?

Problém tedy není v určení, zda je nebo není exoplaneta obyvatelná, ale spíše v určení, jaké vlastnosti by ji učinily vhodnou pro typy života.

Jedním relativně snadným místem, kde začít, je požadavek na dostupnost kapalné vody. Tekutá voda je nezbytná pro téměř všechny formy života, jak ho známe díky jeho vlastnostem rozpouštědla. Mnoho věcí se rozpouští ve vodě, což znamená, že je dobré pro smíchání věcí dohromady, což umožňuje chemické reakce. Hraje také důležitou roli ve způsobu fungování enzymů. Když si tedy vědci představí požadavky na obyvatelnou exoplanetu, na vrcholu seznamu je mít k dispozici kapalnou vodu.

To nám dává představu „obyvatelné zóny“. Toto je oblast kolem hvězdy, kde se odhaduje, že planeta by měla správnou teplotu, aby měla na svém povrchu kapalnou vodu. Pokud bychom našli Planeta podobná Zemi v obyvatelné zóně hvězdy Úvaha zní, našli bychom dobrý výchozí bod pro hledání života.

Být v obyvatelné zóně však ještě neznamená, že obyvatelnost je dokonalá. Je to jen jeden základní požadavek. A Méndez říká, že tento termín způsobil „mnoho zmatků“, protože astronomové často říkají, že planeta je obyvatelná, když myslí, že je v obyvatelné zóně. Dává přednost termínu „potenciálně obyvatelný“, aby bylo jasné, že to není zdaleka vyřešená otázka.

Faktory pro obyvatelnost

Dobře, takže tekutá voda je nutnost. Co dalšího je potřeba k tomu, aby planeta hostila život? Máme pro to pevné pochopení na základě forem života zde na Zemi. Pokud jde o hodnocení obyvatelnosti exoplanet, astrobiologové chtějí vědět o faktorech, jako je např. hmotnost a poloměr, stejně jako její povrchová teplota, tlak a část planety, kterou je pokryta voda.

Je obtížné určit tyto faktory pro danou exoplanetu. U většiny exoplanet objevených nyní můžeme znát faktory jako jejich oběžnou dobu, jejich poloměr nebo hmotnost a jejich hvězdný tok, což je množství záření, které dostávají od své hostitelské hvězdy. Ale abychom například znali jejich povrchovou teplotu nebo tlak, museli bychom vědět o jejich atmosférách.

Chcete-li zjistit proč, podívejte se na naši vlastní sluneční soustavu. Venuše má nejvyšší povrchovou teplotu ve sluneční soustavě, i když je od Slunce dále než Merkur. Je to proto, že Venuše má extrémně hustou atmosféru, která zachycuje teplo a zvyšuje povrchovou teplotu. Mimozemský astrobiolog, který se dívá na naši sluneční soustavu, nemusí vědět, jak horká Venuše byla, protože to z dálky není zřejmé.

Budoucí práce provedená teleskopy jako James Webb Space Telescope nám umožní dozvědět se více atmosféry exoplanet, ale zatím musí vědci odhadnout povrchové teploty.

Důležité je také množství vody pokryté vodou. Nazývá se oceánská frakce a záleží na tom, protože dynamický charakter oceánů díky nim jsou skvělé v transportu živin po planetě, aby bylo místo pohostinnější pro život.

V současné době nemáme přístroje schopné měřit podíl oceánů na exoplanetách. Nicméně existují nápady pro budoucí dalekohledy která by mohla sledovat, jak se mění množství světla odraženého exoplanetou, když se otáčí, což může indikovat množství oceánu pokrývajícího její povrch.

Přes veškerou složitost při určování těchto faktorů si Méndez myslí, že věda o exoplanetách se vyvíjí tak rychle, že je budeme schopni změřit během příštích dvaceti let. "Deset let pro měření atmosféry různými přístroji, pak deset let pro nové dalekohledy, které budou schopny vidět planety jednotlivě a měřit podíl oceánu," předpověděl.

Katalog potenciálně obyvatelných exoplanet

Schopnost tak podrobně studovat exoplanety v budoucích desetiletích je vzrušující, ale vědci chtějí nyní studovat i potenciálně obyvatelné exoplanety. Z toho důvodu Méndezova skupina zachovává Katalog obyvatelných exoplanet, což je seznam všech dosud objevených potenciálně obyvatelných exoplanet.

Aby mohla být planeta zahrnuta do katalogu, musí mít velikost zhruba Země a musí obíhat v obyvatelné zóně své hvězdy. Abychom však počítali s mnoha faktory, které o těchto exoplanetách ještě nemůžeme vědět, existují dvě různá kritéria pro prostředky velikosti Země. Katalog má oba konzervativní seznam, který uvádí planety o poloměru až 1,6 násobku poloměru Země nebo tří násobek své hmotnosti a optimistický seznam, který má planety o poloměru až 2,5 poloměru Země nebo 10násobku jeho Hmotnost.

Je to proto, že když hledáme potenciální obyvatelnost, hledáme kamenné planety, jako je Země, a ne plynné planety. Exoplanety s nízkou hustotou, jako jsou plynní obři, nejsou dobré pro život, protože se špatně drží živiny, které musí být k dispozici pro život – ze stejného důvodu, proč nenajdete život v oblacích Země. Planety až do přibližně dvojnásobné velikosti Země budou kamenné planety, ale planety větší než tyto mohou být typu nazývaného mini Neptun nebo plynový trpaslík, který pravděpodobně nepodporuje život.

S více než 5000 potvrzených exoplanet můžete si představit, že katalog uvádí stovky kandidátů na bydlení, ale ve skutečnosti je jich relativně málo – pouhých 21 v konzervativním seznamu a dalších 38 v optimistickém seznamu.

Stručnost seznamu by mohla být částečně způsobena tím, že mnoho metod detekce exoplanet je lepších při hledání větších exoplanet než menší – obecně řečeno je snazší odhalit něco, co je větší – a některé výzkumy to naznačují mohlo by být miliardy planet podobných Zemi v naší galaxii. Ale prozatím zůstává počet exoplanet, na které můžeme poukázat a které splňují nejzákladnější kritéria pro potenciální obyvatelnost, nízký.

Kde nyní hledat život

Skutečnost, že existuje jen málo potenciálně obyvatelných exoplanet, o kterých víme, samozřejmě neznamená, že bychom se měli vzdát hledání života jinde. V některých ohledech to usnadňuje rozhodování o cílech výzkumu, když máte systémy jako TRAPPIST-1, o kterém se předpokládá, že hostí až čtyři potenciálně obyvatelné exoplanety a který bude klíčovým cílem pro nadcházející vědeckou práci Vesmírný dalekohled Jamese Webba.

Všechny tyto diskuse o obyvatelnosti se obracejí k myšlence, že pokud existuje život jinde ve vesmíru, bude přinejmenším srovnatelný se životem zde na Zemi. Když mluvíme o požadavcích na vodu nebo na určité živiny, zakládáme to na životě, který jsme pozorovali na naší planetě. Předpokládáme, že jinde bude život tak, jak ho známe, ale určitě je možné, že někde tam venku může existovat život úplně jiné formy.

I když vědci tuto možnost uznávají, nemají tendenci tento koncept příliš zvažovat, protože to není prakticky užitečné pro výzkum. "Nepoznáš život, jak ho neznáme," upozornil Méndez, takže to není něco, co bychom mohli hledat.

Hledáme život v naší vlastní sluneční soustavě

Někteří badatelé tvrdí, že místo exoplanet bychom mohli hledat potenciálně obyvatelné světy v naší vlastní sluneční soustavě – místa jako Saturnův měsíc Enceladus nebo Jupiterův měsíc Europa. I když jsou příliš daleko od Slunce na to, aby na jejich povrchu byla kapalná voda, předpokládá se, že oba mají pod ledovou kůrou tekuté oceány slané vody.

Méndez však není přesvědčen, že tato místa jsou velmi slibná pro život kvůli těmto ledovým krustám. Tyto kůry blokují přístup do jakékoli atmosféry a zabraňují přenosu energie z povrchu, takže se špatně hodí k udržení života. „To je horší než hluboké oceány na naší planetě. Je to mnohem horší než cokoli na Zemi,“ řekl. "Nemyslím si, že tam bude žít něco kromě mikrobiálního života."

Dokonce i nalezení mikrobiálního života mimo Zemi by bylo nesmírně vzrušující, proto je cílem misí, jako je rover Perseverance, hledat důkazy o starověkém životě na Marsu. Ale Mars dnes není zrovna pohostinný, i když mohl být v jednom okamžiku v minulosti. Studie obyvatelnosti prostředí Marsu neslibují, že by tam dnes něco přežilo: „My odhaduje, že povrch Marsu je tisíckrát horší než poušť Atacama,“ pro zachování života, Méndez řekl.

Dále na Mars

Navzdory svým výhradám vůči suchým podmínkám Marsu je Méndez pragmatický ohledně toho, kde bychom mohli najít důkazy o životě, pokud existují. "Kdybych se měl vsadit, kde bychom mohli najít život, vsadil bych na Mars," řekl, "i když miluji exoplanety víc!" Je to kvůli problému s detekcí. Pokud chcete vědět, že planeta není jen potenciálně obyvatelná, ale že ve skutečnosti hostí život, potřebujete důkaz – a ten je extrémně obtížné získat z velké vzdálenosti.

S ukázkovými návratovými misemi plánovanými na Mars v příštích desetiletích je závod o získání kousku Marsu zpět na Zemi ke studiu. Tyto vzorky jsou naší největší šancí na jistou detekci života. "Jednoznačná odpověď přijde, pokud budete mít vzorek zde na Zemi, protože hledáte mikrobiální život ve velmi malých množstvích," vysvětlil.

Scénář snového výzkumu by byl shromáždit vzorek z prostředí na Marsu, které by mohlo být obyvatelné podle pozemských standardů, jako je např vodonosná vrstva. Pokud bychom našli důkazy o životě v takovém prostředí, pak by to bylo skvělé – zjistili bychom, že naše planeta není jediná, na které se život nachází.

Méndez ale říká, že nenalézt žádné důkazy o životě v takovém prostředí by bylo stejně vzrušující. "Pokud najdeme obyvatelné místo podle pozemských standardů a nebude tam žádný život, bude to úžasné a zajímavé," řekl. "Co se pokazilo? Co se stalo? Proč tam není život?" Vzhledem k tomu, že život existuje v tak široké škále prostředí na Zemi, a my víme že Země a Mars sdílely materiál prostřednictvím dopadů, bylo by skutečně zvláštní, kdyby byl život omezen na náš planeta.

"Bylo by velkým zjevením najít život, ale negativní výsledek by byl ještě hlubší," řekl Méndez. "Tady se nelze pokazit." Je to win-win situace. Odpověď je na Marsu, je přímo tam. A každá odpověď je hluboká."

Doporučení redakce

• Zde je důvod, proč si vědci myslí, že život na „pekelné planetě“ Venuši mohl prosperovat
• Astronomové zahlédli exoplanetu, která kolem své hvězdy vytváří spirální ramena
• Evropská kosmická loď BepiColombo dnes prolétá kolem Merkuru potřetí
• Tato exoplaneta má teplotu přes 2000 stupňů Celsia a ve své atmosféře se odpařil kov
• Hledání obyvatelných měsíců ve sluneční soustavě se zahřívá