Što točno čini egzoplanet "nastanjivim"?

Jedna od najuzbudljivijih tema u današnjoj astronomiji je potraga za egzoplanetima ili planetima izvan našeg sunčevog sustava. Do danas smo pronašli više od 5000 egzoplaneta, a svake godine ih se otkriva više. A sveti gral istraživanja egzoplaneta je pronaći nastanjive planete na kojima bismo mogli tražiti život izvan našeg planeta.

Ako ste zainteresirani za astronomiju, vjerojatno ste vidjeli naslove vijesti o nastanjivi egzoplanete koji su otkriveni misija poput NASA-inog svemirskog teleskopa Kepler ili satelita za istraživanje tranzitnih egzoplaneta (TESS). Ti su planeti tipično slični Zemlji i mogli bi imati tekuću vodu na površini, a smatra se da bi potencijalno mogli podržavati život. Ali kako možemo znati je li planet nastanjiv s udaljenosti milijunima milja? I što točno uopće mislimo pod useljivim?

Razgovarali smo sa stručnjakom za nastanjivost Abelom Méndezom iz Laboratorija za nastanjivost planeta na Sveučilište Puerto Rico u Arecibu, koji nam je rekao da je nastanjivost puno kompliciranija od vas možda misliti.

Nastanjivost nije binarna

Način na koji većina ljudi govori o nastanjivosti je kao da se radi o binarnom stanju. Planeta je ili nastanjiva ili nije. Ali kada dublje razmislite o problemu, jasno je da ova definicija neće poslužiti. Mislimo li na nastanjivo kao na sposobno održati ljudski život? Ili život mikroba? Mislimo li na to da je to ugodno okruženje za uspješan život ili ono u kojem je preživljavanje teško, ali teoretski moguće? Mislimo li na to da je život mogao evoluirati u tom okruženju ili da je život mogao preživjeti ako je ondje stigao?

Ne postoji jasan odgovor na ova pitanja, zbog čega je pogrešno razmišljati o nastanjivosti kao o da/ne pitanju. Umjesto toga, trebali bismo razmišljati o nastanjivosti kao o mjeri prikladnosti za određenu vrstu života.

Ova zbrka ne postoji samo među članovima javnosti. Méndez je rekao da postoji nedostatak konsenzusa među znanstvenicima o tome što znači nastanjivost. To je "prepuna riječ", rekao je, "jer u našim uobičajenim razgovorima, nastanjivost znači nastanjivost za ljudi.” Ali kada gledamo druge planete, ne mislimo samo na ljude, već i na druge vrste života.

Sve vrijeme dok su se astrobiolozi pitali o nastanjivosti egzoplaneta, pokazalo se postojala je još jedna skupina ljudi koji su desetljećima razmišljali o useljivosti: Ekolozi. Ekolozi govore o "prikladnosti staništa" okoliša ovdje na Zemlji - kao što je prikladnost određenog okoliša za razvoj određene vrste života. To je upravo ono što je astrobiološka zajednica pokušavala postići svojim istraživanjem egzoplaneta.

Na početku svog istraživanja ove teme, Méndez je naišao na ovo ekološko djelo, rekao je: "Shvatio sam da ono što ljudi u polje astrobiologije pokušavalo učiniti – definirati i kvantificirati nastanjivost – ekolozi su već učinili prije nekoliko desetljeća.”

Što je sa naseljenom zonom?

Problem, dakle, nije u određivanju je li egzoplanet nastanjiv ili nije, već u određivanju koje bi ga značajke učinile prikladnim za vrste života.

Jedno relativno jednostavno mjesto za početak je zahtjev za dostupnošću tekuće vode. Tekuća voda je neophodna za gotovo sve oblike života kakve poznajemo zbog svojih svojstava otapala. Mnoge stvari se otapaju u vodi, što znači da je dobra za miješanje stvari koje omogućuju kemijske reakcije. Također igra važnu ulogu u načinu na koji enzimi funkcioniraju. Dakle, kada su znanstvenici zamislili zahtjeve za nastanjivi egzoplanet, dostupnost tekuće vode je na vrhu popisa.

To je ono što nam daje ideju o "naseljivoj zoni". Ovo je područje oko zvijezde za koje se procjenjuje da bi planet imao odgovarajuću temperaturu da na površini ima tekuću vodu. Ako bismo pronašli Planet sličan Zemlji unutar nastanjive zone zvijezde obrazloženje kaže da bismo pronašli dobro polazište za traženje života.

Međutim, biti u naseljivoj zoni nije sve i kraj svega nastanjivosti. To je samo jedan osnovni zahtjev. I, kaže Méndez, izraz je izazvao "mnogu zbrku", jer će astronomi često reći da je planet nastanjiv kada misle da je u nastanjivoj zoni. On preferira izraz "potencijalno useljiv" kako bi pojasnio da je to daleko od riješenog pitanja.

Čimbenici pogodnosti stanovanja

Ok, tekuća voda je obavezna. Što je još potrebno za život na planetu? Imamo solidno razumijevanje toga na temelju oblika života odavde na Zemlji. Kada je riječ o procjeni nastanjivosti egzoplaneta, astrobiolozi žele znati o čimbenicima poput planeta masu i polumjer, kao i površinsku temperaturu, tlak i udio planeta koji je prekriven voda.

Teško je odrediti te faktore za bilo koji egzoplanet. Za većinu sada otkrivenih egzoplaneta možemo znati faktore kao što su njihov orbitalni period, njihov radijus ili masa i njihov zvjezdani tok, što je količina zračenja koju primaju od svoje zvijezde domaćina. Ali da bismo znali njihovu površinsku temperaturu ili tlak, na primjer, morali bismo znati o njihovoj atmosferi.

Da biste vidjeli zašto, pogledajte naš Sunčev sustav. Venera ima najvišu površinsku temperaturu u Sunčevom sustavu, iako je udaljenija od Sunca nego Merkur. To je zato što Venera ima iznimno gustu atmosferu koja zadržava toplinu i podiže površinsku temperaturu. Vanzemaljski astrobiolog koji promatra naš sunčev sustav možda ne zna koliko je Venera bila vruća jer to nije vidljivo iz daljine.

Budući rad teleskopa poput svemirskog teleskopa James Webb omogućit će nam da saznamo više o atmosfere egzoplaneta, ali za sada znanstvenici moraju procijeniti površinske temperature.

Važna je i količina površine prekrivene vodom. Nazvan frakcijom oceana, ovo je važno jer dinamična priroda oceana čini ih izvrsnim u prijenosu hranjivih tvari oko planeta kako bi to mjesto učinili gostoljubivijim za život.

Trenutačno nemamo instrumente koji bi mogli izmjeriti udio egzoplaneta u oceanu. Međutim, postoje ideje za buduće teleskope koji bi mogao promatrati kako se količina svjetlosti koju reflektira egzoplanet mijenja dok rotira, što može ukazivati ​​na količinu oceana koji prekriva njegovu površinu.

Unatoč svim složenostima u određivanju ovih faktora, Méndez misli da se znanost o egzoplanetima razvija toliko brzo da ćemo ih moći izmjeriti u sljedećih dvadeset godina. "Deset godina za mjerenja atmosfere različitim instrumentima, zatim deset godina za nove teleskope koji će moći vidjeti planete pojedinačno i mjeriti udio oceana", predvidio je.

Katalog potencijalno nastanjivih egzoplaneta

Mogućnost tako detaljnog proučavanja egzoplaneta u budućim desetljećima je uzbudljiva, ali znanstvenici sada žele proučavati potencijalno nastanjive egzoplanete. Iz tog razloga, Méndezova grupa održava Katalog nastanjivih egzoplaneta, što je popis svih do danas otkrivenih potencijalno nastanjivih egzoplaneta.

Da bi bio uključen u katalog, planet mora biti otprilike veličine Zemlje i orbitirati unutar nastanjive zone svoje zvijezde. Ali kako bismo uzeli u obzir mnoge čimbenike koje još ne možemo znati o tim egzoplanetima, postoje dva različita kriterija za srednje veličine Zemlje. Katalog ima i konzervativni popis, koji navodi planete do 1,6 puta većeg radijusa Zemlje ili tri pomnožena s njezinom masom i optimistični popis koji ima planete do 2,5 radijusa Zemlje ili 10 puta više od njezine masa.

To je zato što kada tražimo potencijalnu nastanjivost, tražimo stjenovite planete poput Zemlje, a ne plinovite planete. Egzoplanete niske gustoće, poput plinovitih divova, nisu dobre za život jer se loše drže hranjive tvari koje trebaju biti dostupne za život – isti razlog zbog kojeg ne možete pronaći život u oblacima Zemlja. Planeti do otprilike dva puta veći od Zemlje bit će stjenoviti planeti, ali planeti veći od toga mogu biti vrsta koja se naziva mini Neptun ili plinoviti patuljak, za koje je malo vjerojatno da će podržavati život.

S preko 5000 potvrđenih egzoplaneta možete zamisliti da bi katalog naveo stotine kandidata za useljivost, ali zapravo ih je relativno malo – samo 21 na konzervativnom popisu i daljnjih 38 na optimističnom popisu.

Sažetost popisa mogla bi biti djelomično zato što su mnoge metode otkrivanja egzoplaneta bolje u pronalaženju većih egzoplaneta od manjih – općenito govoreći, lakše je uočiti nešto što je veće – a neka istraživanja sugeriraju da može biti milijarde planeta sličnih Zemlji u našoj galaksiji. Ali za sada, broj egzoplaneta na koje možemo ukazati, a koji ispunjavaju najosnovnije kriterije za potencijalnu nastanjivost, ostaje nizak.

Gdje sada tražiti život

Naravno, činjenica da postoji nekoliko potencijalno nastanjivih egzoplaneta za koje znamo ne znači da bismo trebali odustati od potrage za životom drugdje. Na neki način olakšava odlučivanje o ciljevima istraživanja kada imate sustave poput TRAPPIST-1, za koji se smatra da ima čak četiri potencijalno nastanjiva egzoplaneta i koji će biti ključna meta za nadolazeći znanstveni rad Svemirski teleskop James Webb.

Sve te rasprave o nastanjivosti okreću se ideji da će, ako postoji život negdje drugdje u svemiru, biti barem usporediv sa životom ovdje na Zemlji. Kada govorimo o potrebama za vodom ili određenim nutrijentima, to temeljimo na životu koji smo uočili na našem planetu. Pretpostavljamo da će negdje drugdje postojati život kakav poznajemo, ali svakako je moguće da bi negdje vani mogao postojati život potpuno drugačijeg oblika.

Iako znanstvenici priznaju ovu mogućnost, ne razmišljaju mnogo o tom konceptu jer nije praktički koristan za istraživanje. "Nećete prepoznati život jer ga ne poznajemo", istaknuo je Méndez, tako da to nije nešto što bismo mogli tražiti.

Tražimo život u našem Sunčevom sustavu

Neki istraživači tvrde da bismo, umjesto da tražimo egzoplanete, mogli tražiti potencijalno nastanjive svjetove u našem Sunčevom sustavu – mjesta poput Saturnovog mjeseca Encelada ili Jupiterovog mjeseca Europe. Iako su predaleko od sunca da bi na površini imali tekuću vodu, za obje se smatra da ispod ledene kore imaju tekuće slane oceane.

No Méndez nije uvjeren da su te lokacije vrlo obećavajuće lokacije za život zbog tih ledenih kora. Ove kore blokiraju pristup svakoj atmosferi i sprječavaju prijenos energije s površine, čineći je neprikladnom za održavanje života. “To je gore od dubokih oceana na našem planetu. Mnogo je gore od bilo čega na Zemlji", rekao je. "Mislim da tamo neće živjeti ništa osim mikrobnog života."

Čak bi i pronalaženje mikrobnog života izvan Zemlje bilo iznimno uzbudljivo, stoga je cilj misija poput rovera Perseverance da traže dokaze drevnog života na Marsu. Ali Mars danas nije baš gostoljubiv, iako je mogao biti u jednom trenutku u svojoj prošlosti. Studije nastanjivosti Marsovog okoliša ne obećavaju da je tamo išta preživjelo danas: "Mi procijenio da je površina Marsa tisuću puta gora od pustinje Atacama,” za održavanje života, Méndez rekao je.

Naprijed na Mars

Unatoč svojim rezervama prema sušnim uvjetima na Marsu, Méndez je pragmatičan o tome gdje bismo mogli pronaći dokaze o životu ako postoji. "Kad bih se morao kladiti gdje bismo mogli pronaći život, kladio bih se na Mars", rekao je, "iako više volim egzoplanete!" To je zbog problema otkrivanja. Ako želite znati da neki planet nije samo potencijalno nastanjiv, već da zapravo na njemu postoji život, potreban vam je dokaz – a taj je dokaz iznimno teško dobiti s velike udaljenosti.

S planiranim misijama povratka uzoraka na Mars u sljedećim desetljećima, utrka je u tijeku da se komadić Marsa vrati na Zemlju radi proučavanja. Ovi uzorci su naša najbolja prilika za sigurno otkrivanje života. "Definitivni odgovor će doći ako imate uzorak ovdje na Zemlji, jer tražite život mikroba u vrlo malim količinama", objasnio je.

Scenarij istraživanja iz snova bio bi prikupiti uzorak iz okoliša na Marsu koji bi mogao biti nastanjiv prema standardima Zemlje, poput vodonosnik. Kad bismo pronašli dokaze o životu u takvom okruženju, to bi bilo sjajno - otkrili bismo da naš planet nije jedini na kojem postoji život.

No Méndez kaže da bi nenalaženje dokaza života u takvom okruženju bilo jednako uzbudljivo. "Ako pronađemo nastanjivo mjesto prema zemaljskim standardima i tamo nema života, to će biti nevjerojatno i intrigantno", rekao je. "Što je pošlo po zlu? Što se dogodilo? Zašto nema života?" S obzirom da život postoji u tako širokoj raznolikosti okruženja na Zemlji, a mi znamo da su Zemlja i Mars dijelili materijal putem sudara, bilo bi doista čudno da je život ograničen na naše planeta.

"Bilo bi veliko otkriće pronaći život, ali negativan rezultat bio bi još dublji", rekao je Méndez. “Ovdje nema načina da pogriješite. To je situacija u kojoj svi dobivaju. Odgovor je na Marsu, tamo je. A svaki odgovor je dubok.”

Preporuke urednika

• Evo zašto znanstvenici misle da je život mogao cvjetati na 'paklenom planetu' Veneri
• Astronomi uočavaju egzoplanet koji stvara spiralne krake oko svoje zvijezde
• Europska svemirska letjelica BepiColombo danas je izvršila svoj treći prelet pored Merkura
• Ovaj egzoplanet ima više od 2000 stupnjeva Celzijusa, ispario je metal u svojoj atmosferi
• Potraga za naseljivim mjesecima u Sunčevom sustavu se zahuktava