Kas tiksliai daro egzoplanetą tinkama gyventi?

Viena įdomiausių šiandienos astronomijos temų yra egzoplanetų arba planetų, esančių už mūsų Saulės sistemos, paieška. Iki šiol radome daugiau nei 5000 egzoplanetų, kurių kiekvienais metais atrandama vis daugiau. O egzoplanetų tyrimų šventasis gralis yra surasti tinkamas gyventi planetas, kuriose galėtume ieškoti gyvybės už savo planetos ribų.

Jei domitės astronomija, tikriausiai matėte naujienų antraštes apie aptiktų gyventi tinkamų egzoplanetų tokiose misijose kaip NASA Keplerio kosminis teleskopas arba Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Šios planetos paprastai yra panašios į Žemę, jų paviršiuje gali būti skysto vandens, todėl manoma, kad jos galėtų palaikyti gyvybę. Bet kaip galime pasakyti, ar planeta yra tinkama gyventi iš milijonų mylių? Ir ką mes iš tikrųjų turime omenyje sakydami, kad tinka gyventi?

Kalbėjomės su tinkamumo gyventi ekspertu Abeliu Méndezu iš Planetų gyvenamosios vietos laboratorijos Puerto Riko universitetas Arecibo mieste, kuris mums pasakė, kad gyvenimas yra daug sudėtingesnis nei jūs gali pagalvoti.

Gyvenamumas nėra dvejetainis

Dauguma žmonių kalba apie tinkamumą gyventi, tarsi tai būtų dvejetainė būsena. Arba planeta tinkama gyventi, arba ne. Tačiau kai pagalvoji apie problemą nuodugniai, aišku, kad šis apibrėžimas netiks. Ar turime omenyje tinkamus gyventi kaip galinčius palaikyti žmogaus gyvybę? Arba mikrobų gyvybė? Ar turime galvoje, kad tai patogi aplinka, kad gyvenimas būtų sėkmingas, ar tokia, kurioje išgyventi sunku, bet teoriškai įmanoma? Ar turime omenyje, kad gyvybė galėjo išsivystyti toje aplinkoje, ar kad gyvybė ten patektų, ji galėtų išlikti?

Nėra aiškaus atsakymo į šiuos klausimus, todėl klaidinga galvoti apie tinkamumą gyventi kaip klausimą „taip / ne“. Vietoj to turėtume galvoti apie tinkamumą gyventi kaip tinkamumo tam tikro tipo gyvenimui matą.

Ši painiava egzistuoja ne tik tarp visuomenės narių. Méndezas teigė, kad mokslininkams trūksta sutarimo dėl to, ką reiškia gyventi. Jis sakė, kad tai „įkrautas žodis, nes mūsų įprastuose pokalbiuose tinkamumas gyventi reiškia tinkamumą gyventi žmonės“. Tačiau žiūrėdami į kitas planetas galvojame ne tik apie žmones, bet ir apie kitas planetas gyvenimo.

Visą tą laiką, kol astrobiologai domėjosi egzoplanetų tinkamumu gyventi, pasikeitė buvo kita grupė žmonių, kurie dešimtmečius galvoja apie tinkamumą gyventi: Ekologai. Ekologai kalba apie aplinkos „tinkamumą buveinėms“ Žemėje – kaip ir tam tikros aplinkos tinkamumą tam tikro tipo gyvybei klestėti. Tai tik tai, ką astrobiologijos bendruomenė bandė pasiekti savo egzoplanetų tyrimais.

Anksti tyrinėdamas šią temą Méndezas susidūrė su šiuo ekologijos darbu ir pasakė: „Supratau, kad žmonės astrobiologijos sritis, kurią bandė padaryti – apibrėžti ir kiekybiškai įvertinti tinkamumą gyventi – tai jau prieš dešimtmečius padarė ekologai.

O kaip gyvenamoji zona?

Taigi problema yra ne nustatyti, ar egzoplaneta tinkama gyventi, ar ne, o nustatyti, kokios savybės ją paverstų tinkama tam tikro tipo gyvybei.

Gana lengva pradėti nuo reikalavimo turėti skystą vandenį. Skystas vanduo yra būtinas beveik visoms gyvybės formoms, kurias žinome dėl savo tirpiųjų savybių. Daugelis dalykų ištirpsta vandenyje, vadinasi, gerai sumaišyti daiktus, o tai įgalina chemines reakcijas. Jis taip pat vaidina svarbų vaidmenį veikiant fermentams. Taigi, kai mokslininkai įsivaizduoja reikalavimus gyventi tinkamai egzoplanetai, sąrašo viršuje yra skysto vandens turėjimas.

Tai suteikia mums „gyvenamos zonos“ idėją. Tai yra aplink žvaigždę esanti sritis, kurioje manoma, kad planetos temperatūra būtų tinkama, kad jos paviršiuje būtų skysto vandens. Jei rastume an Į Žemę panaši planeta žvaigždės gyvenamojoje zonoje samprotavimai rodo, kad būtume radę gerą atspirties tašką ieškant gyvenimo.

Tačiau buvimas gyvenamojoje zonoje nėra visavertis ir galutinis tinkamumas gyventi. Tai tik vienas pagrindinis reikalavimas. Ir Méndezas sako, kad šis terminas sukėlė „daug painiavos“, nes dažnai astronomai sakys, kad planeta yra tinkama gyventi, turėdami omenyje, kad ji yra gyvenamojoje zonoje. Jis teikia pirmenybę terminui „potencialiai tinkamas gyventi“, kad būtų aišku, jog tai toli gražu nėra išspręstas klausimas.

Gyvenamumo veiksniai

Gerai, skystas vanduo yra būtinas. Ko dar reikia, kad planetoje būtų gyvybė? Mes turime tvirtą supratimą apie tai, pagrįstą gyvybės formomis iš čia, Žemėje. Vertindami egzoplanetų tinkamumą gyventi, astrobiologai nori žinoti apie tokius veiksnius kaip planeta. masė ir spindulys, taip pat jo paviršiaus temperatūra, slėgis ir planetos dalis, kuri yra padengta vandens.

Sunku nustatyti šiuos veiksnius bet kuriai egzoplanetai. Daugumos dabar atrastų egzoplanetų atveju galime žinoti tokius veiksnius kaip jų orbitos periodas, spindulys arba masė ir žvaigždžių srautas, ty spinduliuotės, kurią jos gauna iš savo žvaigždės, kiekis. Tačiau norėdami sužinoti, pavyzdžiui, jų paviršiaus temperatūrą ar slėgį, turėtume žinoti apie jų atmosferą.

Norėdami sužinoti kodėl, pažiūrėkite į mūsų pačių saulės sistemą. Veneros paviršiaus temperatūra yra aukščiausia Saulės sistemoje, nors ji yra toliau nuo saulės nei Merkurijus. Taip yra todėl, kad Venera turi itin storą atmosferą, kuri sulaiko šilumą ir pakelia paviršiaus temperatūrą. Ateiviai astrobiologai, žiūrintys į mūsų saulės sistemą, gali nežinoti, kokia karšta buvo Venera, nes ji nėra akivaizdi iš tolo.

Būsimas teleskopų, tokių kaip James Webb kosminis teleskopas, darbas leis mums sužinoti daugiau apie egzoplanetų atmosferos, tačiau kol kas mokslininkai turi įvertinti paviršiaus temperatūrą.

Svarbus ir vandens padengto paviršiaus kiekis. Vadinama vandenyno frakcija, tai svarbu, nes dinamiška vandenynų prigimtis todėl jie puikiai perneša maistines medžiagas po planetą, kad ši vieta taptų svetingesnė gyvybei.

Šiuo metu neturime prietaisų, galinčių išmatuoti egzoplanetų vandenyno dalį. Tačiau yra ateities teleskopų idėjos kuris galėtų pažvelgti į tai, kaip keičiasi egzoplanetos atspindimos šviesos kiekis jai besisukant, o tai gali parodyti jos paviršių dengiančio vandenyno kiekį.

Nepaisant visų sudėtingumo nustatant šiuos veiksnius, Méndezas mano, kad egzoplanetų mokslas vystosi taip greitai, kad galėsime juos išmatuoti per ateinančius dvidešimt metų. „Dešimt metų atmosferos matavimams skirtingais instrumentais, tada dešimt metų naujiems teleskopams, kurie galės matyti planetas atskirai ir išmatuoti vandenyno dalį“, – prognozavo jis.

Potencialiai tinkamų gyventi egzoplanetų katalogas

Galimybė taip išsamiai tyrinėti egzoplanetas ateinančiais dešimtmečiais yra įdomu, tačiau mokslininkai taip pat nori ištirti potencialiai tinkamas gyventi egzoplanetas dabar. Dėl šios priežasties Méndezo grupė palaiko Gyvenamų egzoplanetų katalogas, kuris yra visų iki šiol atrastų potencialiai tinkamų gyventi egzoplanetų sąrašas.

Kad būtų įtraukta į katalogą, planeta turi būti maždaug Žemės dydžio ir skrieti savo žvaigždės gyvenamojoje zonoje. Tačiau norint atsižvelgti į daugelį veiksnių, kurių dar negalime žinoti apie šias egzoplanetas, yra du skirtingi Žemės dydžio priemonių kriterijai. Kataloge yra tiek konservatyvus sąrašas, kuriame išvardytos planetos, kurių spindulys iki 1,6 karto didesnis už Žemės, arba iki trijų kartų didesnė už jos masę, ir optimistinis sąrašas, kuriame yra planetų, kurių spindulys yra iki 2,5 Žemės arba 10 kartų didesnis už Žemės. masė.

Taip yra todėl, kad ieškodami potencialaus gyvenimo, mes ieškome uolėtų planetų, tokių kaip Žemė, o ne dujinių planetų. Mažo tankio egzoplanetos, kaip ir dujų milžinai, nėra naudingos gyvybei, nes jos blogai laikosi maistinių medžiagų, kurios turi būti prieinamos visam gyvenimui – dėl tos pačios priežasties jūs nerandate gyvybės debesyse Žemė. Planetos, maždaug du kartus didesnės už Žemę, bus uolinės, tačiau didesnės planetos gali būti vadinamos mini Neptūnu arba dujų nykštuke, kuri greičiausiai nepalaikys gyvybės.

Su per 5000 patvirtintų egzoplanetų galite įsivaizduoti, kad kataloge bus išvardyti šimtai kandidatų į gyvenamąją vietą, bet iš tikrųjų jų yra palyginti nedaug – tik 21 konservatorių sąraše ir dar 38 optimistų sąraše.

Sąrašo trumpumas gali būti iš dalies dėl to, kad daugelis egzoplanetų aptikimo metodų yra geresni ieškant didesnių egzoplanetų nei mažesnius – paprastai kalbant, lengviau pastebėti ką nors didesnio – ir kai kurie tyrimai rodo, kad gali būti milijardai į Žemę panašių planetų mūsų galaktikoje. Tačiau kol kas galime nurodyti egzoplanetų, kurios atitinka pačius pagrindinius galimo tinkamumo gyventi kriterijus, skaičius išlieka mažas.

Kur dabar ieškoti gyvenimo

Žinoma, tai, kad yra nedaug potencialiai tinkamų gyventi egzoplanetų, apie kurias žinome, nereiškia, kad turėtume mesti ieškoti gyvybės kitur. Tam tikrais būdais lengviau apsispręsti dėl tyrimų tikslų, kai turite tokias sistemas kaip TRAPPISTAS-1, kurioje, kaip manoma, yra net keturios potencialiai tinkamos gyventi egzoplanetos ir kuri bus pagrindinis būsimojo mokslo darbo tikslas. James Webb kosminis teleskopas.

Visos šios diskusijos apie tinkamumą gyventi paverčia idėją, kad jei gyvybė yra kitur visatoje, ji bus bent jau panaši į gyvybę čia Žemėje. Kalbėdami apie vandens ar tam tikrų maistinių medžiagų poreikį, tai grindžiame gyvybe, kurią stebėjome savo planetoje. Manome, kad kitur bus gyvybė, kaip mes jį žinome, bet tikrai įmanoma, kad kažkur ten gali būti visiškai kitokios formos gyvybė.

Nors mokslininkai pripažįsta šią galimybę, jie nėra linkę daug svarstyti šios koncepcijos, nes ji praktiškai nėra naudinga tyrimams. „Jūs neatpažinsite gyvenimo, kaip mes jo nepažįstame“, - pabrėžė Méndezas, todėl mes negalime to ieškoti.

Ieškome gyvybės savo saulės sistemoje

Kai kurie tyrinėtojai teigia, kad užuot ieškoję egzoplanetų, savo Saulės sistemoje galėtume ieškoti potencialiai tinkamų gyventi pasaulių – tokių vietų kaip Saturno mėnulis Enceladas ar Jupiterio palydovas Europa. Nors jie yra per toli nuo saulės, kad ant jų paviršių būtų skysto vandens, manoma, kad abiejų po ledine pluta yra skysto sūraus vandens vandenynai.

Tačiau Méndezas nėra įsitikinęs, kad šios vietos yra daug žadančios vietos gyvenimui dėl tų ledinių plutų. Šios plutos blokuoja prieigą prie bet kokios atmosferos ir neleidžia energijai pernešti iš paviršiaus, todėl ji prastai tinka gyvybei palaikyti. „Tai yra blogiau nei mūsų planetos vandenynų gelmės. Tai daug blogiau nei bet kas Žemėje“, – sakė jis. „Nemanau, kad ten gyvens kas nors, išskyrus mikrobų gyvenimą“.

Netgi rasti mikrobų gyvybę už Žemės ribų būtų nepaprastai įdomu, todėl tokių misijų kaip marsaeigis Perseverance tikslas ieškoti senovės gyvybės Marse įrodymų. Tačiau Marsas šiandien nėra visiškai svetingas, nors galėjo būti vienu metu praeityje. Marso aplinkos apgyvendinamumo tyrimai nežada, kad šiandien ten nieko išliko: „Mes Manoma, kad Marso paviršius yra tūkstantį kartų blogesnis nei Atakamos dykuma“, – už gyvybės palaikymą Méndezas. sakė.

Pirmyn į Marsą

Nepaisant abejonių dėl sausrų Marso sąlygų, Méndezas pragmatiškai vertina, kur galėtume rasti gyvybės įrodymų, jei ji egzistuoja. „Jei turėčiau lažintis, kur galėtume rasti gyvybę, lažinčiausi dėl Marso, – sakė jis, – nors aš labiau myliu egzoplanetas! Taip yra dėl aptikimo problemos. Jei norite žinoti, kad planeta yra ne tik potencialiai tinkama gyventi, bet ir iš tikrųjų joje gyvena, jums reikia įrodymų – o tokį įrodymą labai sunku gauti iš didelio atstumo.

Ateinančiais dešimtmečiais į Marsą planuojama surengti pavyzdines grąžinimo misijas, todėl vyksta lenktynės, kad Marso gabalas būtų grąžintas į Žemę studijoms. Šie mėginiai yra mūsų geriausia galimybė tam tikram gyvybės aptikimui. „Aiškus atsakymas ateis, jei čia, Žemėje, turėsite pavyzdį, nes ieškote mikrobų gyvybės labai mažais kiekiais“, – paaiškino jis.

Svajonių tyrimo scenarijus būtų paimti pavyzdį iš Marso aplinkos, kuri galėtų būti tinkama gyventi pagal Žemės standartus, pavyzdžiui, vandeningasis sluoksnis. Jei rastume gyvybės įrodymų tokioje aplinkoje, būtų puiku – būtume atradę, kad mūsų planetoje gyvena ne vienintelė gyvybė.

Tačiau Méndezas sako, kad nerasti jokių gyvybės įrodymų tokioje aplinkoje būtų taip pat įdomu. „Jei rasime gyvenamą vietą pagal antžeminius standartus ir ten nebus gyvybės, tai bus nuostabu ir intriguojanti“, – sakė jis. „Kas nutiko? Kas nutiko? Kodėl nėra gyvenimo?" Atsižvelgiant į tai, kad gyvybė egzistuoja tokioje įvairiausioje aplinkoje Žemėje, ir mes žinome kad Žemė ir Marsas dalijasi medžiaga per smūgius, iš tiesų būtų keista, jei gyvybė apsiribotų tik mūsų planeta.

„Būtų puikus apreiškimas rasti gyvybę, bet neigiamas rezultatas būtų dar gilesnis“, – sakė Méndezas. „Čia negalima suklysti. Tai abipusiai naudinga situacija. Atsakymas yra Marse, jis yra ten pat. Ir bet koks atsakymas yra gilus.

Redaktorių rekomendacijos

• Štai kodėl mokslininkai mano, kad gyvybė galėjo klestėti „pragaro planetoje“ Veneroje
• Astronomai aptinka egzoplanetą, kuri aplink savo žvaigždę spiralines rankas
• Europos erdvėlaivis „BepiColombo“ šiandien praskrieja jau trečią kartą „Mercury“.
• Šios egzoplanetos temperatūra viršija 2000 laipsnių Celsijaus, jos atmosferoje išgaravo metalas
• Saulės sistemoje vis labiau ieškoma tinkamų gyventi mėnulių