Kas tieši padara eksoplanetu apdzīvojamu?

Viena no aizraujošākajām tēmām astronomijā mūsdienās ir eksoplanetu jeb planētu, kas atrodas ārpus mūsu Saules sistēmas, meklēšana. Līdz šim esam atraduši vairāk nekā 5000 eksoplanetu, un katru gadu tiek atklāts vairāk. Un eksoplanetu izpētes svētais grāls ir atrast apdzīvojamas planētas, kur mēs varētu meklēt dzīvību ārpus mūsu planētas.

Ja jūs interesē astronomija, jūs, iespējams, esat redzējis ziņu virsrakstus par atklātās apdzīvojamās eksoplanetas ar tādām misijām kā NASA Keplera kosmiskais teleskops vai Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Šīs planētas parasti ir līdzīgas Zemei, un uz to virsmas var būt šķidrs ūdens, un tiek uzskatīts, ka tās varētu atbalstīt dzīvību. Bet kā mēs varam pateikt, vai planēta ir apdzīvojama miljoniem jūdžu attālumā? Un ko mēs vispār saprotam ar apdzīvojamu?

Mēs runājām ar apdzīvojamības ekspertu Abel Méndez no Planetārās apdzīvojamības laboratorijas Puertoriko Universitāte Arecibo, kas mums teica, ka apdzīvojamība ir daudz sarežģītāka nekā jūs varētu padomāt.

Dzīvojamība nav bināra

Veids, kā lielākā daļa cilvēku runā par apdzīvojamību, ir tā, it kā tas būtu binārs stāvoklis. Vai nu planēta ir apdzīvojama, vai arī tā nav. Bet, ja padomājat par šo jautājumu padziļināti, ir skaidrs, ka šī definīcija nederēs. Vai mēs domājam apdzīvojamu kā tādu, kas spēj uzturēt cilvēka dzīvību? Vai mikrobu dzīvība? Vai mēs domājam, ka tā ir ērta vide, lai dzīve gūtu panākumus, vai tāda, kurā izdzīvot ir grūti, bet teorētiski iespējams? Vai mēs domājam, ka dzīvība varēja attīstīties šajā vidē, vai arī, ja dzīvība tur nonāktu, tā varētu izdzīvot?

Uz šiem jautājumiem nav skaidras atbildes, tāpēc ir kļūdaini domāt par apdzīvojamību kā jā/nē jautājumu. Tā vietā mums vajadzētu domāt par apdzīvojamību kā piemērotības mērauklu noteiktam dzīves veidam.

Šī neskaidrība pastāv ne tikai sabiedrības locekļu vidū. Mendezs sacīja, ka zinātnieku vidū trūkst vienprātības par to, ko nozīmē arī apdzīvojamība. Viņš teica, ka tas ir "piesātināts vārds", jo mūsu parastajās sarunās apdzīvojamība nozīmē apdzīvojamību cilvēki.” Bet, kad mēs skatāmies uz citām planētām, mēs domājam ne tikai par cilvēkiem, bet arī par cita veida planētām dzīves.

Visu laiku, kamēr astrobiologi bija prātojuši par eksoplanetu apdzīvojamību, tas mainījās tur bija vēl viena cilvēku grupa, kas jau vairākus gadu desmitus domāja par apdzīvojamību: Ekologi. Ekologi runā par vides “piemērotību biotopam” šeit uz Zemes, piemēram, par konkrētas vides piemērotību noteikta veida dzīvības attīstībai. Tieši to astrobioloģijas kopiena mēģināja panākt ar savu eksoplanetu izpēti.

Sākotnēji pētot šo tēmu, Mendezs saskārās ar šo ekoloģijas darbu, viņš teica: “Es sapratu, ka cilvēki astrobioloģijas joma mēģināja definēt un kvantitatīvi noteikt apdzīvojamību – to jau pirms desmitiem gadu veica ekologi.

Kā ar apdzīvojamo zonu?

Problēma nav saistīta ar to, vai eksoplaneta ir vai nav apdzīvojama, bet gan par to, kādas īpašības to padarītu piemērotu dzīves veidam.

Viena salīdzinoši vienkārša vieta, kur sākt, ir prasība, lai būtu pieejams šķidrs ūdens. Šķidrais ūdens ir būtisks gandrīz visām dzīvības formām, kādas mēs to pazīstam, pateicoties tās šķīdinātāja īpašībām. Daudzas lietas izšķīst ūdenī, kas nozīmē, ka tas ir labs, lai sajauktu lietas, kas nodrošina ķīmiskas reakcijas. Tam ir arī svarīga loma fermentu darbībā. Tātad, kad zinātnieki ir iztēlojušies prasības apdzīvojamai eksoplanetai, šķidrā ūdens pieejamība ir saraksta augšgalā.

Tas mums rada priekšstatu par “apdzīvojamo zonu”. Šis ir apgabals ap zvaigzni, kur tiek lēsts, ka planētai būtu pareizā temperatūra, lai uz tās virsmas būtu šķidrs ūdens. Ja mēs atrastu Zemei līdzīga planēta zvaigznes apdzīvojamajā zonā argumentācija ir tāda, ka mēs būtu atraduši labu sākumpunktu dzīves meklējumiem.

Tomēr atrašanās apdzīvojamajā zonā nav apdzīvojamības pamats. Tā ir tikai viena pamatprasība. Un, Méndez saka, šis termins ir radījis "daudz neskaidrību", jo bieži astronomi saka, ka planēta ir apdzīvojama, ja viņi domā, ka tā atrodas apdzīvojamajā zonā. Viņš dod priekšroku terminam “potenciāli apdzīvojams”, lai skaidri norādītu, ka šis jautājums nebūt nav atrisināts.

Apdzīvojamības faktori

Labi, tāpēc šķidrs ūdens ir obligāts. Kas vēl ir nepieciešams, lai planēta uzņemtu dzīvību? Mums ir laba izpratne par to, pamatojoties uz dzīvības formām no šejienes uz Zemes. Kad runa ir par eksoplanetu apdzīvojamības novērtēšanu, astrobiologi vēlas uzzināt par tādiem faktoriem kā planēta masa un rādiuss, kā arī tās virsmas temperatūra, spiediens un planētas daļa, kas ir pārklāta ūdens.

Ir grūti noteikt šos faktorus jebkurai eksoplanetai. Lielākajai daļai tagad atklāto eksoplanetu mēs varam zināt tādus faktorus kā to orbitālais periods, rādiuss vai masa un zvaigžņu plūsma, kas ir starojuma daudzums, ko tās saņem no savas saimniekzvaigznes. Bet, piemēram, lai zinātu to virsmas temperatūru vai spiedienu, mums būtu jāzina par to atmosfēru.

Lai uzzinātu, kāpēc, apskatiet mūsu pašu Saules sistēmu. Venērai ir visaugstākā virsmas temperatūra Saules sistēmā, lai gan tā atrodas tālāk no saules nekā Merkurs. Tas ir tāpēc, ka Venerai ir ārkārtīgi bieza atmosfēra, kas aiztur siltumu un paaugstina virsmas temperatūru. Citplanētiešu astrobiologs, kas skatās uz mūsu Saules sistēmu, iespējams, nezina, cik karsta bija Venera, jo tā nav acīmredzama no attāluma.

Turpmākais darbs, ko veiks teleskopi, piemēram, Džeimsa Veba kosmiskais teleskops, ļaus mums uzzināt vairāk par eksoplanetu atmosfēra, bet pagaidām zinātniekiem ir jānovērtē virsmas temperatūra.

Svarīgs ir arī ūdens klātās virsmas daudzums. To sauc par okeāna frakciju, tas ir svarīgi, jo okeānu dinamiskā daba padara tos lieliskus barības vielu transportēšanā pa planētu, lai padarītu vietu dzīvībai viesmīlīgāku.

Pašlaik mums nav instrumentu, kas spētu izmērīt eksoplanetu okeāna daļu. Tomēr ir idejas nākotnes teleskopiem kas varētu aplūkot, kā eksoplanētas atstarotās gaismas daudzums mainās, tai rotējot, kas var norādīt uz tās virsmu klājošā okeāna daudzumu.

Neskatoties uz visu šo faktoru noteikšanas sarežģītību, Mendezs uzskata, ka eksoplanetu zinātne attīstās tik ātri, ka mēs varēsim tos izmērīt nākamo divdesmit gadu laikā. "Desmit gadi atmosfēras mērījumiem ar dažādiem instrumentiem, pēc tam desmit gadi jauniem teleskopiem, kas spēs redzēt planētas atsevišķi un izmērīt okeāna daļu," viņš prognozēja.

Potenciāli apdzīvojamu eksoplanetu katalogs

Iespēja tik detalizēti pētīt eksoplanētas nākamajās desmitgadēs ir aizraujoša, taču zinātnieki vēlas arī tagad pētīt potenciāli apdzīvojamas eksoplanētas. Šī iemesla dēļ Mendeza grupa saglabā Dzīvojamo eksoplanetu katalogs, kas ir visu līdz šim atklāto potenciāli apdzīvojamo eksoplanetu saraksts.

Lai planētu iekļautu katalogā, planētai ir jābūt aptuveni Zemes izmēram un jāorbītai tās zvaigznes apdzīvojamajā zonā. Bet, lai ņemtu vērā daudzos faktorus, kurus mēs vēl nevaram zināt par šīm eksoplanētām, ir divi dažādi kritēriji Zemes lieluma līdzekļiem. Katalogā ir gan konservatīvs saraksts, kurā uzskaitītas planētas, kuru rādiuss nepārsniedz 1,6 reizes par Zemi vai trīs reizes lielāka par tās masu un optimistisks saraksts, kurā ir planētas, kuru rādiuss ir līdz 2,5 reizes par Zemi vai 10 reizes no tās. masa.

Tas ir tāpēc, ka, meklējot potenciālu apdzīvojamību, mēs meklējam tādas akmeņainas planētas kā Zeme, nevis gāzes planētas. Eksoplanetas ar zemu blīvumu, piemēram, gāzes giganti, nav labvēlīgas dzīvībai, jo tās slikti turas barības vielām, kurām jābūt pieejamām visu mūžu – tā paša iemesla dēļ jūs neatrodat dzīvību mākoņos Zeme. Planētas, kas ir aptuveni divas reizes lielākas par Zemi, būs akmeņainas planētas, bet planētas, kas ir lielākas par šo planētu, var būt mini Neptūns vai gāzes punduris, kas, visticamāk, neatbalstīs dzīvību.

Ar pāri 5000 apstiprinātu eksoplanetu jūs varētu iedomāties, ka katalogā būtu uzskaitīti simtiem apdzīvojamības kandidātu, taču patiesībā to ir salīdzinoši maz — tikai 21 konservatīvajā sarakstā un vēl 38 optimistiskajā sarakstā.

Saraksta īsums varētu būt daļēji tāpēc, ka daudzas eksoplanetu noteikšanas metodes ir labākas, lai atrastu lielākas eksoplanetas nekā mazākiem — vispārīgi runājot, ir vieglāk pamanīt kaut ko lielāku — un daži pētījumi liecina, ka varētu būt miljardiem Zemei līdzīgu planētu mūsu galaktikā. Bet pagaidām to eksoplanetu skaits, uz kurām mēs varam norādīt un kuras atbilst vissvarīgākajiem potenciālās apdzīvojamības kritērijiem, joprojām ir mazs.

Kur tagad meklēt dzīvi

Protams, tas, ka ir maz potenciāli apdzīvojamu eksoplanetu, par kurām mēs zinām, nenozīmē, ka mums vajadzētu atteikties no dzīvības meklēšanas citur. Dažos veidos tas atvieglo lēmumu pieņemšanu par pētniecības mērķiem, ja jums ir tādas sistēmas kā TRAPPIST-1, kurā, domājams, atrodas pat četras potenciāli apdzīvojamas eksoplanētas un kas būs galvenais mērķis gaidāmajā zinātniskajā darbā. Džeimsa Veba kosmiskais teleskops.

Visas šīs diskusijas par apdzīvojamību ieslēdz domu, ka, ja kaut kur citur Visumā ir dzīvība, tā būs vismaz salīdzināma ar dzīvi šeit uz Zemes. Kad mēs runājam par prasībām pēc ūdens vai noteiktām barības vielām, mēs to pamatojam ar dzīvi, ko esam novērojuši uz mūsu planētas. Mēs pieņemam, ka citur būs dzīve, kādu mēs to pazīstam, taču noteikti ir iespējams, ka kaut kur tur varētu būt dzīvība pavisam citā formā.

Lai gan zinātnieki atzīst šo iespēju, viņi neņem vērā šo koncepciju, jo tas nav praktiski noderīgs pētniecībai. "Jūs neatpazīsit dzīvi, kādu mēs to nezinām," norādīja Mendezs, tāpēc mēs to nevaram meklēt.

Meklē dzīvību mūsu pašu Saules sistēmā

Daži pētnieki apgalvo, ka tā vietā, lai meklētu eksoplanētas, mēs savā Saules sistēmā varētu meklēt potenciāli apdzīvojamas pasaules - tādas vietas kā Saturna pavadonis Encelads vai Jupitera pavadonis Eiropa. Lai gan tie atrodas pārāk tālu no saules, lai uz to virsmām būtu šķidrs ūdens, tiek uzskatīts, ka abos zem ledainās garozas ir šķidri sālsūdens okeāni.

Taču Mendezs nav pārliecināts, ka šīs vietas ir ļoti daudzsološas dzīves vietas šo ledaino garozu dēļ. Šīs garozas bloķē piekļuvi jebkurai atmosfērai un novērš enerģijas pārnešanu no virsmas, padarot to slikti piemērotu dzīvības uzturēšanai. "Tas ir sliktāk nekā dziļie okeāni uz mūsu planētas. Tas ir daudz sliktāk nekā jebkas cits uz Zemes, ”viņš teica. "Es nedomāju, ka tur dzīvos nekas ārpus mikrobu dzīvības."

Pat mikrobu dzīvības atrašana ārpus Zemes būtu ļoti aizraujoša, tāpēc tādu misiju mērķis kā roveris Perseverance ir meklēt pierādījumus par seno dzīvi uz Marsa. Bet Marss šodien nav īsti viesmīlīgs, lai gan tas varēja būt vienā brīdī savā pagātnē. Apdzīvojamības pētījumi par Marsa vidi neliecina, ka šodien tur kaut kas būtu saglabājies: “Mēs Tiek lēsts, ka Marsa virsma ir tūkstoš reižu sliktāka nekā Atakamas tuksnesis,” dzīvības uzturēšanai Méndez teica.

Tālāk uz Marsu

Neskatoties uz savām atrunām pret Marsa sausajiem apstākļiem, Mendezs ir pragmatisks attiecībā uz to, kur mēs varētu atrast pierādījumus par dzīvību, ja tāda pastāv. "Ja man būtu derēt, kur mēs varētu atrast dzīvību, es liktu uz Marsu," viņš teica, "lai gan es vairāk mīlu eksoplanetus!" Tas ir noteikšanas problēmas dēļ. Ja vēlaties zināt, ka planēta ir ne tikai potenciāli apdzīvojama, bet arī tajā atrodas dzīvība, jums ir nepieciešams pierādījums — un šo pierādījumu ir ārkārtīgi grūti iegūt no liela attāluma.

Tā kā nākamajās desmitgadēs uz Marsu ir plānotas parauga atgriešanās misijas, notiek sacensības, lai Marsa gabalu atgrieztu uz Zemi izpētei. Šie paraugi ir mūsu labākā iespēja noteiktai dzīvības noteikšanai. "Noteikta atbilde būs, ja jums būs paraugs šeit uz Zemes, jo jūs meklējat mikrobu dzīvību ļoti mazos daudzumos," viņš paskaidroja.

Sapņu izpētes scenārijs būtu parauga ņemšana no Marsa vides, kas varētu būt apdzīvojama saskaņā ar Zemes standartiem, piemēram, ūdens nesējslānis. Ja mēs atrastu pierādījumus par dzīvību šādā vidē, tas būtu lieliski – mēs būtu atklājuši, ka mūsu planēta nav vienīgā, kurā dzīvo dzīvība.

Taču Mendezs saka, ka neatrast nekādus pierādījumus par dzīvību šādā vidē būtu tikpat aizraujoši. "Ja mēs atradīsim apdzīvojamu vietu pēc zemes standartiem un tur nebūs dzīvības, tas būs pārsteidzoši un intriģējoši," viņš teica. "Kas notika? Kas notika? Kāpēc nav dzīvības?" Ņemot vērā, ka dzīvība pastāv tik ļoti dažādās vidēs uz Zemes, un mēs zinām ka Zeme un Marss ir dalījušies materiālos, izmantojot triecienus, patiešām būtu dīvaini, ja dzīvība aprobežotos ar mums planēta.

"Tā būtu lieliska atklāsme atrast dzīvību, bet negatīvais rezultāts būtu vēl dziļāks," sacīja Mendezs. “Šeit nav iespējams kļūdīties. Tā ir abpusēji izdevīga situācija. Atbilde ir uz Marsa, tas ir tieši tur. Un jebkura atbilde ir dziļa. ”

Redaktoru ieteikumi

• Lūk, kāpēc zinātnieki domā, ka dzīvība varētu būt uzplaukusi uz “elles planētas” Veneras
• Astronomi pamana eksoplanetu, kas ap savu zvaigzni veido spirālveida zarus
• Eiropas kosmosa kuģis BepiColombo šodien aplido savu trešo Mercury
• Šīs eksoplanetas temperatūra pārsniedz 2000 grādus pēc Celsija, tās atmosfērā ir iztvaikojis metāls
• Apdzīvojamu pavadoņu meklēšana Saules sistēmā uzsilst