Pontosan mitől lesz lakható egy exobolygó?

Napjaink egyik legizgalmasabb témája a csillagászatban az exobolygók, vagyis a Naprendszerünkön túli bolygók keresése. A mai napig több mint 5000 exobolygót találtunk, és minden évben újabbakat fedeznek fel. Az exobolygókutatás szent grálja pedig az, hogy olyan lakható bolygókat találjunk, ahol a saját bolygónkon túl is kereshetünk életet.

Ha érdeklődik a csillagászat iránt, valószínűleg látott már róla szóló híreket lakható exobolygókat, amelyeket felfedeztek olyan küldetések révén, mint a NASA Kepler Űrteleszkópja vagy a Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Ezek a bolygók jellemzően a Földre hasonlítanak, és folyékony víz lehet a felszínükön, és úgy gondolják, hogy potenciálisan támogathatják az életet. De hogyan állapíthatjuk meg, hogy egy bolygó lakható-e több millió mérföldről? És egyáltalán mit értünk lakható alatt?

Beszélgettünk Abel Méndez lakhatósági szakértővel, a Planetary Habitability Laboratory munkatársával Puerto Rico Egyetem Arecibóban, aki azt mondta nekünk, hogy a lakhatóság sokkal bonyolultabb, mint te gondolhatná.

A lakhatóság nem bináris

A legtöbb ember úgy beszél a lakhatóságról, mintha az egy bináris állapot lenne. Egy bolygó vagy lakható, vagy nem. De ha alaposan átgondolja a kérdést, egyértelmű, hogy ez a meghatározás nem megfelelő. A lakhatót úgy értjük, mint az emberi élet fenntartását? Vagy a mikrobiális élet? Úgy értjük, hogy ez egy kényelmes környezet a sikeres élethez, vagy olyan, ahol a túlélés nehéz, de elméletileg lehetséges? Arra gondolunk, hogy az élet fejlődhetett abban a környezetben, vagy ha az élet megérkezik oda, akkor fennmaradhat?

Ezekre a kérdésekre nincs egyértelmű válasz, ezért hiba a lakhatóságot igen/nem kérdésként gondolni. Ehelyett a lakhatóságra kell gondolnunk, mint egy bizonyos élettípusra való alkalmasság mértékére.

Ez a zűrzavar nem csak a nyilvánosság tagjai között létezik. Méndez azt mondta, hogy a tudósok között nincs egyetértés abban, hogy mit is jelent a lakhatóság. Ez „terhelt szó” – mondta –, mert a szokásos beszélgetéseinkben a lakhatóság lakhatóságot jelent emberek.” De amikor más bolygókat nézünk, nem csak az emberekre gondolunk, hanem más bolygókra is az életé.

Egész idő alatt, amíg az asztrobiológusok az exobolygók lakhatóságán tűnődtek, ez megfordult volt egy másik embercsoport, akik évtizedek óta gondolkodnak a lakhatóságon: Ökológusok. Az ökológusok a földi környezetek „élőhely-alkalmasságáról” beszélnek – például egy adott környezet alkalmasságáról egy bizonyos típusú élet virágzására. Az asztrobiológiai közösség éppen ezt próbálta elérni exobolygó-kutatásával.

Méndez a témával kapcsolatos kutatása elején találkozott ezzel az ökológiai munkával, és azt mondta: „Rájöttem, hogy amit az emberek a Az asztrobiológia területét – a lakhatóság meghatározását és számszerűsítését – már évtizedekkel ezelőtt megtették az ökológusok.

Mi a helyzet a lakható zónával?

A probléma tehát nem annak meghatározása, hogy egy exobolygó lakható-e vagy sem, hanem inkább annak meghatározása, hogy milyen jellemzők lennének alkalmasak élettípusok számára.

Az egyik viszonylag egyszerű kiindulópont a folyékony víz rendelkezésre állásának követelménye. A folyékony víz elengedhetetlen az oldószer tulajdonságai miatt ismert élet szinte minden formájára. Sok minden oldódik vízben, ami azt jelenti, hogy jól keverhető össze, ami kémiai reakciókat tesz lehetővé. Fontos szerepet játszik az enzimek működésében is. Tehát amikor a tudósok elképzelték a lakható exobolygó követelményeit, a folyékony víz áll a lista élén.

Ebből adódik a „lakható zóna” gondolata. Ez egy csillag körüli terület, ahol a becslések szerint egy bolygó megfelelő hőmérsékletű lenne ahhoz, hogy folyékony víz legyen a felszínén. Ha találnánk egy Földszerű bolygó a csillagok lakható zónájában Az érvelés szerint jó kiindulópontot találtunk volna az élet kereséséhez.

A lakható zónában való tartózkodás azonban nem a lakhatóság mindene és vége. Ez csak egy alapvető követelmény. És Méndez szerint ez a kifejezés „sok zavart” okozott, mert a csillagászok gyakran azt mondják, hogy egy bolygó lakható, amikor azt gondolják, hogy a lakható zónában van. Inkább a „potenciálisan lakható” kifejezést részesíti előnyben, hogy világossá tegye, ez még korántsem eldöntött kérdés.

A lakhatóságot befolyásoló tényezők

Ok, szóval a folyékony víz kötelező. Mi kell még ahhoz, hogy egy bolygó életnek adjon otthont? Erről szilárd ismereteink vannak az innen a Földről származó életformák alapján. Amikor az exobolygók lakhatóságáról van szó, az asztrobiológusok tudni akarnak olyan tényezőkről, mint egy bolygó tömege és sugara, valamint felszíni hőmérséklete, nyomása és a bolygó azon hányada, amelyet beborít víz.

Nehéz meghatározni ezeket a tényezőket bármely adott exobolygó esetében. A legtöbb most felfedezett exobolygó esetében ismerhetünk olyan tényezőket, mint a keringési periódusuk, sugaruk vagy tömegük, valamint csillagáramuk, ami a gazdacsillagtól kapott sugárzás mennyisége. De ahhoz, hogy megismerjük például a felszíni hőmérsékletüket vagy nyomásukat, tudnunk kell a légkörükről.

Hogy megtudd, miért, nézd meg saját naprendszerünket. A Vénusz felszíni hőmérséklete a legmagasabb a Naprendszerben, bár távolabb van a Naptól, mint a Merkúr. Ennek az az oka, hogy a Vénusznak rendkívül vastag légköre van, amely felfogja a hőt és megemeli a felszíni hőmérsékletet. Egy idegen asztrobiológus, aki a Naprendszerünket nézi, nem biztos, hogy tudja, milyen forró volt a Vénusz, mert távolról nem nyilvánvaló.

A teleszkópok, például a James Webb űrteleszkóp által végzett jövőbeni munka lehetővé teszi számunkra, hogy többet megtudjunk a exobolygó légkörei, de egyelőre a tudósoknak meg kell becsülniük a felszíni hőmérsékletet.

A vízzel borított felület mennyisége is fontos. Ezt óceánfrakciónak nevezik, ez azért számít, mert a az óceánok dinamikus természete kiválóan alkalmassá teszi őket a tápanyagok bolygó körüli szállítására, hogy a hely barátságosabb legyen az élet számára.

Jelenleg nincsenek olyan műszereink, amelyek képesek mérni az exobolygók óceáni hányadát. Vannak azonban ötletek jövőbeli teleszkópokhoz amely azt vizsgálhatja, hogy az exobolygó által visszavert fény mennyisége hogyan változik forgás közben, ami jelezheti a felszínét borító óceán mennyiségét.

Az e tényezők meghatározásának bonyolultsága ellenére Méndez úgy gondolja, hogy az exobolygó-tudomány olyan gyorsan fejlődik, hogy a következő húsz éven belül meg tudjuk mérni őket. "Tíz év a különböző műszerekkel végzett légkörmérésekre, majd tíz év az új távcsövekre, amelyek képesek lesznek külön-külön látni a bolygókat és megmérni az óceánok hányadát" - jósolta.

A potenciálisan lakható exobolygók katalógusa

Izgalmas, hogy az elkövetkező évtizedekben ilyen részletességgel tanulmányozhatják az exobolygókat, de a tudósok a potenciálisan lakható exobolygókat is szeretnék most tanulmányozni. Emiatt Méndez csoportja fenntartja a Lakható exobolygók katalógusa, amely az összes eddig felfedezett, potenciálisan lakható exobolygó listája.

Ahhoz, hogy bekerüljön a katalógusba, egy bolygónak nagyjából Föld méretűnek kell lennie, és a csillaga lakható zónájában kell keringenie. De hogy figyelembe vegyük azt a sok tényezőt, amelyet még nem tudhatunk ezekről az exobolygókról, két különböző kritérium létezik a Föld méretű eszközökre. A katalógusnak van egy konzervatív listája, amely a Föld sugarának legfeljebb 1,6-szorosát vagy háromszoros bolygókat sorol fel. tömegének szerese, és egy optimista lista, amely a Föld sugarának 2,5-szeresét vagy a Föld 10-szeresét is tartalmazza. tömeg.

Ennek az az oka, hogy amikor potenciális lakhatóságot keresünk, akkor sziklás bolygókat keresünk, mint a Föld, és nem gázbolygókat. Az alacsony sűrűségű exobolygók, mint a gázóriások, nem tesznek jót az életnek, mert nem tudnak ragaszkodni a tápanyagokat, amelyeknek rendelkezésre kell állniuk az élethez – ugyanazért, amiért nem találsz életet a felhők között Föld. A Földnél körülbelül kétszer nagyobb bolygók sziklás bolygók lesznek, de az ennél nagyobb bolygók lehetnek mini Neptunusznak vagy gáztörpének nevezett típusok, amelyek valószínűleg nem támogatják az életet.

Több mint 5000 megerősített exobolygó elképzelhető, hogy a katalógus több száz jelöltet sorol fel a lakhatóságra, de valójában viszonylag kevés van – mindössze 21 a konzervatív listán, és további 38 az optimista listán.

A lista rövidsége részben az lehet, hogy sok exobolygó-észlelési módszer jobb a nagyobb exobolygók megtalálásában. mint a kisebbek – általában véve könnyebb észrevenni valamit, ami nagyobb –, és egyes kutatások arra utalnak, lehetne Földhöz hasonló bolygók milliárdjai galaxisunkban. De egyelőre alacsony azoknak az exobolygóknak a száma, amelyekre rámutathatunk, és amelyek teljesítik a potenciális lakhatóság legalapvetőbb kritériumait.

Hol keressük most az életet

Természetesen az a tény, hogy kevés potenciálisan lakható exobolygóról tudunk, nem jelenti azt, hogy fel kellene adnunk máshol keresni az életet. Bizonyos szempontból könnyebbé teszi a kutatási célok kiválasztását, ha olyan rendszerekkel rendelkezik, mint például TRAPPIST-1, amelyről úgy gondolják, hogy négy potenciálisan lakható exobolygónak ad otthont, és amely kulcsfontosságú célpontja lesz a közelgő tudományos munkának. James Webb űrteleszkóp.

Mindezek a lakhatóságról szóló viták azt a gondolatot forgatják fel, hogy ha van élet máshol a világegyetemben, az legalább összehasonlítható lesz az itteni földi élettel. Amikor a vízre vagy bizonyos tápanyagokra vonatkozó követelményekről beszélünk, akkor ezt a bolygónkon megfigyelt életre alapozzuk. Feltételezzük, hogy máshol lesz az általunk ismert élet, de minden bizonnyal lehetséges, hogy valahol egészen más formájú élet is létezhet odakint.

Bár a tudósok elismerik ezt a lehetőséget, nem szoktak különösebben foglalkozni a koncepcióval, mert gyakorlatilag nem hasznos a kutatás számára. „Nem fogod felismerni az életet úgy, ahogy mi nem ismerjük” – mutatott rá Méndez, így nem kereshetnénk.

Életet keresünk a saját naprendszerünkben

Egyes kutatók azzal érvelnek, hogy ahelyett, hogy exobolygókat néznénk, inkább a saját Naprendszerünkben kereshetnénk potenciálisan lakható világokat – olyan helyeket, mint a Szaturnusz holdja, az Enceladus vagy a Jupiter Europa holdja. Annak ellenére, hogy túl messze vannak a naptól ahhoz, hogy folyékony víz legyen a felszínükön, mindkettőről azt gondolják, hogy folyékony sós vizű óceánok vannak a jeges kéreg alatt.

De Méndez nincs meggyőződve arról, hogy ezek a helyek nagyon ígéretesek az élet számára a jeges kéreg miatt. Ezek a kéregek megakadályozzák a hozzáférést bármilyen légkörhöz, és megakadályozzák az energia átvitelét a felszínről, így az nem alkalmas az élet fenntartására. „Ez rosszabb, mint a bolygónk mélytengerei. Ez sokkal rosszabb, mint bármi a Földön” – mondta. „Nem hiszem, hogy a mikrobiális életen kívül bármi is élne ott.”

Még a Földön kívüli mikrobiális élet megtalálása is rendkívül izgalmas lenne, ezért az olyan küldetések célja, mint a Perseverance rover, hogy bizonyítékokat keressenek a Marson ősi életre. De a Mars ma nem éppen vendégszerető, bár a múltjának egy pontján lehetett volna. A Mars-környezet lakhatósági tanulmányai nem kecsegtetik, hogy ma bármi is fennmaradt volna: „Mi becslések szerint a Mars felszíne ezerszer rosszabb, mint az Atacama-sivatag” – az élet fenntartásáért, Méndez mondott.

Tovább a Marsra

A Mars száraz körülményeivel kapcsolatos fenntartásai ellenére Méndez pragmatikus abban, hogy hol találhatnánk bizonyítékot az életre, ha létezik. "Ha fogadnom kellene, hogy hol találhatunk életet, akkor a Marsra fogadnék - mondta -, bár jobban szeretem az exobolygókat!" Ez a felismerés problémája miatt van. Ha tudni akarja, hogy egy bolygó nem csak potenciálisan lakható, de valójában életet is rejt magában, bizonyítékra van szüksége – és ezt a bizonyítékot rendkívül nehéz nagy távolságból megszerezni.

Mivel a következő évtizedekben minta-visszaküldési küldetéseket terveznek a Marsra, a verseny egy darab Mars visszajuttatásáért folyik a Földre tanulmányozás céljából. Ezek a minták jelentik a legjobb esélyt az élet bizonyos kimutatására. "A határozott válasz akkor jön, ha van mintája itt a Földön, mert nagyon kis mennyiségben keresi a mikrobiális életet" - magyarázta.

Az álomkutatási forgatókönyv az lenne, hogy mintát gyűjtsenek a Mars olyan környezetéből, amely a földi szabványok szerint lakható lenne, például Víztározó. Ha bizonyítékot találnánk az életre egy ilyen környezetben, az nagyszerű lenne – felfedezhettük volna, hogy nem bolygónk az egyetlen, ahol élet található.

De Méndez azt mondja, hogy nem találni semmilyen bizonyítékot az életről egy ilyen környezetben, ugyanolyan izgalmas lenne. "Ha találunk egy lakható helyet a földi szabványok szerint, és nincs ott élet, az csodálatos és érdekes lesz" - mondta. "Mi romlott el? Mi történt? Miért nincs élet?” Tekintettel arra, hogy élet a Földön olyan sokféle környezetben létezik, és ezt tudjuk hogy a Föld és a Mars becsapódások révén osztozik egymással, valóban furcsa lenne, ha az élet a miénkre korlátozódna bolygó.

"Nagyszerű kinyilatkoztatás lenne életet találni, de a negatív eredmény még mélyebb lenne" - mondta Méndez. „Itt nincs lehetőség arra, hogy hibázzon. Ez egy mindenki számára előnyös helyzet. A válasz a Marson, ott van. És minden válasz mélyreható.”

Szerkesztői ajánlások

• Ezért gondolják a tudósok, hogy az élet virágozhatott a „pokolbolygó” Vénuszon
• A csillagászok egy exobolygót észlelnek, amely spirális karokat alkot csillaga körül
• Az európai BepiColombo űrszonda ma már a harmadik Mercury mellett repül el
• Ennek az exobolygónak a hőmérséklete több mint 2000 Celsius-fok, légkörében elpárolgott fém
• A lakható holdak keresése a Naprendszerben felforrósodik