Τι ακριβώς κάνει έναν εξωπλανήτη κατοικήσιμο;

Ένα από τα πιο συναρπαστικά θέματα στην αστρονομία σήμερα είναι η αναζήτηση εξωπλανητών, ή πλανητών πέρα ​​από το ηλιακό μας σύστημα. Έχουμε βρει πάνω από 5.000 εξωπλανήτες μέχρι σήμερα, με περισσότερους να ανακαλύπτονται κάθε χρόνο. Και το ιερό δισκοπότηρο της έρευνας για εξωπλανήτες είναι να βρούμε κατοικήσιμους πλανήτες όπου θα μπορούσαμε να αναζητήσουμε ζωή πέρα ​​από τον δικό μας πλανήτη.

Εάν ενδιαφέρεστε για την αστρονομία, πιθανότατα έχετε δει τίτλους ειδήσεων σχετικά με την κατοικήσιμοι εξωπλανήτες που έχουν ανακαλυφθεί από αποστολές όπως το διαστημικό τηλεσκόπιο Kepler της NASA ή το Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Αυτοί οι πλανήτες είναι τυπικά σαν τη Γη και θα μπορούσαν να έχουν υγρό νερό στην επιφάνειά τους και πιστεύεται ότι θα μπορούσαν ενδεχομένως να υποστηρίξουν ζωή. Αλλά πώς μπορούμε να καταλάβουμε εάν ένας πλανήτης είναι κατοικήσιμος από εκατομμύρια μίλια μακριά; Και τι ακριβώς εννοούμε ούτως ή άλλως κατοικήσιμο;

Μιλήσαμε με τον ειδικό κατοικησιμότητας Abel Méndez του Εργαστηρίου Planetary Habitability Laboratory στο Πανεπιστήμιο του Πουέρτο Ρίκο στο Arecibo, ο οποίος μας είπε ότι η κατοικησιμότητα είναι πολύ πιο περίπλοκη από εσάς μπορεί να σκεφτεί.

Η κατοικησιμότητα δεν είναι δυαδική

Ο τρόπος με τον οποίο οι περισσότεροι μιλούν για την κατοικησιμότητα είναι σαν να ήταν μια δυαδική κατάσταση. Είτε ένας πλανήτης είναι κατοικήσιμος, είτε δεν είναι. Αλλά όταν σκέφτεστε το ζήτημα σε βάθος, είναι σαφές ότι αυτός ο ορισμός δεν ισχύει. Εννοούμε κατοικήσιμο ως ικανό να συντηρήσει την ανθρώπινη ζωή; Ή μικροβιακή ζωή; Εννοούμε ότι είναι ένα άνετο περιβάλλον για να πετύχει η ζωή ή όπου η επιβίωση είναι δύσκολη αλλά θεωρητικά εφικτή; Εννοούμε ότι η ζωή θα μπορούσε να έχει εξελιχθεί σε αυτό το περιβάλλον ή ότι αν η ζωή έφτανε εκεί θα μπορούσε να επιβιώσει;

Δεν υπάρχει σαφής απάντηση σε αυτές τις ερωτήσεις, γι' αυτό είναι λάθος να θεωρούμε τη κατοικιμότητα ως ερώτηση ναι/όχι. Αντίθετα, θα πρέπει να σκεφτούμε την κατοικησιμότητα ως μέτρο καταλληλότητας για έναν συγκεκριμένο τύπο ζωής.

Αυτή η σύγχυση δεν υπάρχει μόνο μεταξύ των μελών του κοινού. Ο Méndez είπε ότι υπάρχει έλλειψη συναίνεσης μεταξύ των επιστημόνων σχετικά με το τι σημαίνει επίσης κατοικησιμότητα. Είναι «μια φορτωμένη λέξη», είπε, «γιατί στις συνηθισμένες συζητήσεις μας, κατοικησιμότητα σημαίνει κατοικησιμότητα για του ανθρώπου." Αλλά όταν κοιτάμε άλλους πλανήτες, δεν σκεφτόμαστε μόνο τους ανθρώπους, αλλά και άλλα είδη της ζωής.

Όλη την ώρα που οι αστροβιολόγοι αναρωτιόντουσαν για την κατοικησιμότητα των εξωπλανητών, άλλαξε υπήρχε μια άλλη ομάδα ανθρώπων που σκέφτονταν την κατοικησιμότητα εδώ και δεκαετίες: Οικολόγοι. Οι οικολόγοι μιλούν για την «καταλληλότητα ενδιαιτημάτων» των περιβαλλόντων εδώ στη Γη – όπως και για την καταλληλότητα ενός συγκεκριμένου περιβάλλοντος για να ευδοκιμήσει ένας συγκεκριμένος τύπος ζωής. Αυτό ακριβώς προσπαθούσε να πετύχει η αστροβιολογική κοινότητα με την έρευνά της για εξωπλανήτες.

Νωρίς στην έρευνά του για το θέμα, ο Méndez συνάντησε αυτή την οικολογική εργασία, είπε: «Συνειδητοποίησα ότι οι άνθρωποι στην Ο τομέας της αστροβιολογίας προσπαθούσαν να κάνουν – να ορίσουν και να ποσοτικοποιήσουν την κατοικησιμότητα – είχε γίνει ήδη πριν από δεκαετίες από οικολόγους».

Τι γίνεται με την κατοικήσιμη ζώνη;

Το πρόβλημα, λοιπόν, δεν αφορά τον προσδιορισμό του αν ένας εξωπλανήτης είναι ή όχι κατοικήσιμος, αλλά μάλλον για τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών που θα τον καθιστούσαν κατάλληλο για είδη ζωής.

Ένα σχετικά εύκολο μέρος για να ξεκινήσετε είναι η απαίτηση να είναι διαθέσιμο υγρό νερό. Το υγρό νερό είναι απαραίτητο για όλες σχεδόν τις μορφές ζωής όπως τη γνωρίζουμε λόγω των διαλυτών της ιδιοτήτων. Πολλά πράγματα διαλύονται στο νερό, πράγμα που σημαίνει ότι είναι καλό για να αναμειγνύονται τα πράγματα μεταξύ τους, πράγμα που επιτρέπει χημικές αντιδράσεις. Παίζει επίσης σημαντικό ρόλο στον τρόπο λειτουργίας των ενζύμων. Έτσι, όταν οι επιστήμονες έχουν φανταστεί τις απαιτήσεις για έναν κατοικήσιμο εξωπλανήτη, η διαθεσιμότητα υγρού νερού βρίσκεται στην κορυφή της λίστας.

Αυτό είναι που μας δίνει την ιδέα της «κατοικήσιμης ζώνης». Αυτή είναι μια περιοχή γύρω από ένα αστέρι όπου υπολογίζεται ότι ένας πλανήτης θα ήταν στη σωστή θερμοκρασία για να έχει υγρό νερό στην επιφάνειά του. Αν βρίσκαμε ένα Πλανήτης που μοιάζει με τη Γη μέσα στην κατοικήσιμη ζώνη ενός αστεριού το σκεπτικό λέει, θα είχαμε βρει ένα καλό σημείο εκκίνησης για να αναζητήσουμε ζωή.

Ωστόσο, το να είσαι στην κατοικήσιμη ζώνη δεν είναι το καλύτερο και το τέλος της κατοικιμότητας. Είναι μόνο μια βασική απαίτηση. Και, λέει ο Méndez, ο όρος έχει προκαλέσει «πολλή σύγχυση», επειδή συχνά οι αστρονόμοι λένε ότι ένας πλανήτης είναι κατοικήσιμος όταν εννοούν ότι βρίσκεται στην κατοικήσιμη ζώνη. Προτιμά τον όρο «δυνητικά κατοικήσιμο» για να καταστήσει σαφές ότι αυτό απέχει πολύ από το να έχει ξεκαθαριστεί.

Παράγοντες κατοικησιμότητας

Εντάξει, το υγρό νερό είναι απαραίτητο. Τι άλλο χρειάζεται για να φιλοξενήσει ζωή ένας πλανήτης; Έχουμε μια σταθερή κατανόηση αυτού με βάση τις μορφές ζωής από εδώ στη Γη. Όταν πρόκειται για την αξιολόγηση της κατοικιμότητας των εξωπλανητών, οι αστροβιολόγοι θέλουν να μάθουν για παράγοντες όπως ο πλανήτης μάζα και ακτίνα, καθώς και η επιφανειακή θερμοκρασία, η πίεση και το κλάσμα του πλανήτη που καλύπτεται νερό.

Είναι δύσκολο να προσδιοριστούν αυτοί οι παράγοντες για κάθε δεδομένο εξωπλανήτη. Για τους περισσότερους εξωπλανήτες που ανακαλύφθηκαν τώρα μπορούμε να γνωρίζουμε παράγοντες όπως η τροχιακή τους περίοδος, η ακτίνα ή η μάζα τους και η αστρική τους ροή, η οποία είναι η ποσότητα ακτινοβολίας που λαμβάνουν από το άστρο υποδοχής τους. Αλλά για να γνωρίζουμε τη θερμοκρασία ή την πίεσή τους στην επιφάνεια, για παράδειγμα, θα πρέπει να γνωρίζουμε για την ατμόσφαιρά τους.

Για να δείτε γιατί, δείτε το δικό μας ηλιακό σύστημα. Η Αφροδίτη έχει την υψηλότερη θερμοκρασία επιφάνειας στο ηλιακό σύστημα, παρόλο που είναι πιο μακριά από τον ήλιο από τον Ερμή. Αυτό συμβαίνει επειδή η Αφροδίτη έχει μια εξαιρετικά παχιά ατμόσφαιρα που παγιδεύει τη θερμότητα και αυξάνει τη θερμοκρασία της επιφάνειας. Ένας εξωγήινος αστροβιολόγος που κοιτάζει το ηλιακό μας σύστημα μπορεί να μην ξέρει πόσο ζεστή ήταν η Αφροδίτη επειδή δεν είναι εμφανής από απόσταση.

Η μελλοντική εργασία που θα γίνει από τηλεσκόπια όπως το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb θα μας επιτρέψει να μάθουμε περισσότερα ατμόσφαιρες εξωπλανητών, αλλά προς το παρόν, οι επιστήμονες πρέπει να εκτιμήσουν τις επιφανειακές θερμοκρασίες.

Η ποσότητα της επιφάνειας που καλύπτεται με νερό είναι επίσης σημαντική. Ονομάζεται κλάσμα ωκεανού, αυτό έχει σημασία επειδή το δυναμική φύση των ωκεανών τα κάνει εξαιρετικά στη μεταφορά θρεπτικών ουσιών σε έναν πλανήτη για να κάνουν τον τόπο πιο φιλόξενο για ζωή.

Επί του παρόντος δεν έχουμε όργανα ικανά να μετρήσουν το ωκεάνιο κλάσμα των εξωπλανητών. Ωστόσο, υπάρχουν ιδέες για μελλοντικά τηλεσκόπια που θα μπορούσε να εξετάσει πώς αλλάζει η ποσότητα φωτός που ανακλάται από έναν εξωπλανήτη καθώς περιστρέφεται, κάτι που μπορεί να υποδεικνύει την ποσότητα του ωκεανού που καλύπτει την επιφάνειά του.

Παρά όλες τις πολυπλοκότητες στον προσδιορισμό αυτών των παραγόντων, ο Méndez πιστεύει ότι η επιστήμη των εξωπλανητών αναπτύσσεται τόσο γρήγορα που θα είμαστε σε θέση να τους μετρήσουμε μέσα στα επόμενα είκοσι χρόνια. «Δέκα χρόνια για μετρήσεις ατμόσφαιρας με διαφορετικά όργανα, μετά δέκα χρόνια για νέα τηλεσκόπια που θα μπορούν να δουν μεμονωμένα πλανήτες και να μετρήσουν το κλάσμα των ωκεανών», προέβλεψε.

Ένας κατάλογος δυνητικά κατοικήσιμων εξωπλανητών

Το να μπορούμε να μελετάμε εξωπλανήτες με τόση λεπτομέρεια στις επόμενες δεκαετίες είναι συναρπαστικό, αλλά οι επιστήμονες θέλουν επίσης να μελετήσουν δυνητικά κατοικήσιμους εξωπλανήτες τώρα. Για το λόγο αυτό, η ομάδα του Méndez διατηρεί το Κατάλογος κατοικήσιμων εξωπλανητών, που είναι μια λίστα με όλους τους δυνητικά κατοικήσιμους εξωπλανήτες που έχουν ανακαλυφθεί μέχρι σήμερα.

Για να συμπεριληφθεί στον κατάλογο, ένας πλανήτης πρέπει να έχει περίπου το μέγεθος της Γης και να βρίσκεται σε τροχιά εντός της κατοικήσιμης ζώνης του αστεριού του. Αλλά για να επιτρέψουμε τους πολλούς παράγοντες που δεν μπορούμε ακόμη να γνωρίζουμε για αυτούς τους εξωπλανήτες, υπάρχουν δύο διαφορετικά κριτήρια για το μέγεθος της Γης. Ο κατάλογος έχει και μια συντηρητική λίστα, η οποία απαριθμεί πλανήτες έως και 1,6 φορές την ακτίνα της Γης ή τρεις φορές τη μάζα της και μια αισιόδοξη λίστα, η οποία έχει πλανήτες έως και 2,5 στην ακτίνα της Γης ή 10 φορές μάζα.

Αυτό συμβαίνει επειδή όταν αναζητούμε πιθανή κατοικησιμότητα, αναζητούμε βραχώδεις πλανήτες όπως η Γη και όχι για πλανήτες αερίου. Εξωπλανήτες με χαμηλή πυκνότητα, όπως οι γίγαντες αερίων, δεν είναι καλοί για τη ζωή, επειδή δεν μπορούν να συγκρατηθούν τα θρεπτικά συστατικά που πρέπει να είναι διαθέσιμα για ζωή – ο ίδιος λόγος που δεν βρίσκετε ζωή στα σύννεφα Γη. Πλανήτες έως περίπου δύο φορές το μέγεθος της Γης θα είναι βραχώδεις πλανήτες, αλλά πλανήτες μεγαλύτεροι από αυτό μπορεί να είναι ένας τύπος που ονομάζεται μίνι Ποσειδώνας ή αέριος νάνος, ο οποίος δεν είναι πιθανό να υποστηρίξει ζωή.

Με πάνω 5.000 επιβεβαιωμένοι εξωπλανήτες μπορείτε να φανταστείτε ότι ο κατάλογος θα απαριθμούσε εκατοντάδες υποψηφίους για κατοικησιμότητα, αλλά στην πραγματικότητα, υπάρχουν σχετικά λίγοι – μόλις 21 στη συντηρητική λίστα και άλλοι 38 στην αισιόδοξη λίστα.

Η συντομία της λίστας θα μπορούσε εν μέρει να οφείλεται στο ότι πολλές μέθοδοι ανίχνευσης εξωπλανητών είναι καλύτερες στην εύρεση μεγαλύτερων εξωπλανητών από τα μικρότερα – είναι, γενικά, πιο εύκολο να εντοπίσεις κάτι που είναι μεγαλύτερο – και κάποιες έρευνες δείχνουν ότι υπάρχει θα μπορούσε δισεκατομμύρια πλανήτες που μοιάζουν με τη Γη στον γαλαξία μας. Ωστόσο, προς το παρόν, ο αριθμός των εξωπλανητών που μπορούμε να υποδείξουμε που πληρούν τα πιο βασικά κριτήρια για πιθανή κατοικησιμότητα παραμένει χαμηλός.

Πού να ψάξεις για ζωή τώρα

Φυσικά, το γεγονός ότι υπάρχουν λίγοι δυνητικά κατοικήσιμοι εξωπλανήτες που γνωρίζουμε δεν σημαίνει ότι πρέπει να σταματήσουμε να αναζητούμε ζωή αλλού. Κατά κάποιο τρόπο, διευκολύνει τη λήψη αποφάσεων για ερευνητικούς στόχους όταν έχετε συστήματα όπως TRAPPIST-1, ο οποίος πιστεύεται ότι θα φιλοξενήσει έως και τέσσερις δυνητικά κατοικήσιμους εξωπλανήτες και που θα αποτελέσει βασικό στόχο για το επερχόμενο επιστημονικό έργο του Διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb.

Όλες αυτές οι συζητήσεις για την κατοικησιμότητα ενεργοποιούν την ιδέα ότι αν υπάρχει ζωή αλλού στο σύμπαν, θα είναι τουλάχιστον συγκρίσιμη με τη ζωή εδώ στη Γη. Όταν μιλάμε για απαιτήσεις για νερό ή για ορισμένα θρεπτικά συστατικά, το βασίζουμε στη ζωή που έχουμε παρατηρήσει στον πλανήτη μας. Υποθέτουμε ότι αλλού θα υπάρχει ζωή όπως την ξέρουμε, αλλά είναι σίγουρα πιθανό ότι θα μπορούσε να υπάρξει ζωή με εντελώς διαφορετική μορφή κάπου εκεί έξω.

Αν και οι επιστήμονες αναγνωρίζουν αυτή τη δυνατότητα, δεν τείνουν να δίνουν ιδιαίτερη προσοχή στην ιδέα επειδή δεν είναι πρακτικά χρήσιμη για έρευνα. «Δεν θα αναγνωρίσετε τη ζωή καθώς δεν την ξέρουμε», τόνισε ο Μέντεζ, επομένως δεν είναι κάτι που θα μπορούσαμε να αναζητήσουμε.

Ψάχνουμε για ζωή στο δικό μας ηλιακό σύστημα

Μερικοί ερευνητές υποστηρίζουν ότι αντί να ψάχνουμε σε εξωπλανήτες, θα μπορούσαμε να αναζητήσουμε στο δικό μας ηλιακό σύστημα δυνητικά κατοικήσιμους κόσμους - μέρη όπως το φεγγάρι του Κρόνου Εγκέλαδος ή το φεγγάρι του Δία Ευρώπη. Παρόλο που είναι πολύ μακριά από τον ήλιο για να έχουν υγρό νερό στην επιφάνειά τους, και οι δύο πιστεύεται ότι έχουν ωκεανούς υγρού αλμυρού νερού κάτω από παγωμένους φλοιούς.

Αλλά ο Méndez δεν είναι πεπεισμένος ότι αυτές οι τοποθεσίες είναι πολύ υποσχόμενες τοποθεσίες για ζωή λόγω αυτών των παγωμένων κρουστών. Αυτές οι κρούστες εμποδίζουν την πρόσβαση σε οποιαδήποτε ατμόσφαιρα και εμποδίζουν τη μεταφορά ενέργειας από την επιφάνεια, καθιστώντας την ελάχιστα κατάλληλη για τη διατήρηση της ζωής. «Αυτό είναι χειρότερο από τους βαθείς ωκεανούς στον πλανήτη μας. Είναι πολύ χειρότερο από οτιδήποτε άλλο στη Γη», είπε. «Δεν νομίζω ότι τίποτα πέρα ​​από τη μικροβιακή ζωή θα ζει εκεί».

Ακόμη και η εύρεση μικροβιακής ζωής έξω από τη Γη θα ήταν εξαιρετικά συναρπαστική, εξ ου και ο στόχος αποστολών όπως το rover Perseverance να αναζητήσουν στοιχεία αρχαίας ζωής στον Άρη. Αλλά ο Άρης δεν είναι ακριβώς φιλόξενος σήμερα, αν και θα μπορούσε να ήταν κάποια στιγμή στο παρελθόν του. Οι μελέτες κατοικησιμότητας στο περιβάλλον του Άρη δεν είναι ελπιδοφόρες για κάτι που να έχει επιζήσει εκεί σήμερα: «Εμείς υπολόγισε ότι η επιφάνεια του Άρη είναι χίλιες φορές χειρότερη από την έρημο Atacama», για τη διατήρηση της ζωής, Méndez είπε.

Προς τον Άρη

Παρά τις επιφυλάξεις του σχετικά με τις άνυδρες συνθήκες του Άρη, ο Méndez είναι ρεαλιστής σχετικά με το πού θα μπορούσαμε να βρούμε στοιχεία ζωής εάν υπάρχουν. «Αν έπρεπε να στοιχηματίσω πού θα μπορούσαμε να βρούμε ζωή, θα στοιχημάτιζα στον Άρη», είπε, «αν και αγαπώ περισσότερο τους εξωπλανήτες!» Αυτό οφείλεται στο θέμα της ανίχνευσης. Αν θέλετε να μάθετε ότι ένας πλανήτης δεν είναι απλώς δυνητικά κατοικήσιμος, αλλά φιλοξενεί πραγματικά ζωή, χρειάζεστε αποδείξεις – και αυτή η απόδειξη είναι εξαιρετικά δύσκολο να αποκτηθεί από μεγάλη απόσταση.

Με δειγματοληπτικές αποστολές επιστροφής προγραμματισμένες για τον Άρη τις επόμενες δεκαετίες, ο αγώνας είναι σε εξέλιξη για να φέρουμε ένα κομμάτι του Άρη πίσω στη Γη για μελέτη. Αυτά τα δείγματα είναι η καλύτερη ευκαιρία μας για μια συγκεκριμένη ανίχνευση ζωής. «Η σίγουρη απάντηση θα έρθει αν έχετε ένα δείγμα εδώ στη Γη, επειδή ψάχνετε για μικροβιακή ζωή σε πολύ μικρές ποσότητες», εξήγησε.

Το ονειρικό σενάριο έρευνας θα ήταν η συλλογή ενός δείγματος από ένα περιβάλλον στον Άρη που θα μπορούσε να είναι κατοικήσιμο σύμφωνα με τα πρότυπα της Γης, όπως υδροφορέα. Αν βρίσκαμε στοιχεία ύπαρξης ζωής σε ένα τέτοιο περιβάλλον, τότε αυτό θα ήταν υπέροχο – θα είχαμε ανακαλύψει ότι ο πλανήτης μας δεν είναι ο μόνος που φιλοξενεί ζωή.

Αλλά ο Méndez λέει ότι το να μην βρει κανείς στοιχεία ζωής σε ένα τέτοιο περιβάλλον θα ήταν εξίσου συναρπαστικό. «Αν βρούμε ένα κατοικήσιμο μέρος σύμφωνα με τα επίγεια πρότυπα και δεν υπάρχει ζωή εκεί, αυτό θα είναι εκπληκτικό και ενδιαφέρον», είπε. "Τι πήγε στραβά? Τι συνέβη? Γιατί δεν υπάρχει ζωή;» Δεδομένου ότι η ζωή υπάρχει σε τόσο μεγάλη ποικιλία περιβαλλόντων στη Γη, και γνωρίζουμε ότι η Γη και ο Άρης έχουν μοιραστεί υλικό μέσω κρούσεων, θα ήταν πράγματι παράξενο αν η ζωή περιοριζόταν σε εμάς πλανήτης.

«Θα ήταν μεγάλη αποκάλυψη να βρω ζωή, αλλά το αρνητικό αποτέλεσμα θα ήταν ακόμη πιο βαθύ», είπε ο Μέντεζ. «Δεν υπάρχει τρόπος να πάει στραβά εδώ. Είναι μια κατάσταση win-win. Η απάντηση είναι στον Άρη, είναι ακριβώς εκεί. Και οποιαδήποτε απάντηση είναι βαθιά».

Συστάσεις των συντακτών

• Να γιατί οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η ζωή μπορεί να έχει ευδοκιμήσει στον «πλανήτη της κόλασης» Αφροδίτη
• Οι αστρονόμοι εντοπίζουν έναν εξωπλανήτη που δημιουργεί σπειροειδείς βραχίονες γύρω από το αστέρι του
• Το ευρωπαϊκό διαστημικό σκάφος BepiColombo πραγματοποιεί σήμερα την τρίτη του πτήση με τον Ερμή
• Αυτός ο εξωπλανήτης είναι πάνω από 2.000 βαθμούς Κελσίου, έχει εξατμισμένο μέταλλο στην ατμόσφαιρά του
• Η αναζήτηση για κατοικήσιμα φεγγάρια στο ηλιακό σύστημα θερμαίνεται