Čo presne robí exoplanétu „obývateľnou“?

Jednou z najzaujímavejších tém v astronómii je dnes hľadanie exoplanét alebo planét mimo našej slnečnej sústavy. K dnešnému dňu sme našli viac ako 5 000 exoplanét, pričom každý rok sa objavujú ďalšie. A svätým grálom výskumu exoplanét je nájsť obývateľné planéty, kde by sme mohli hľadať život mimo našej vlastnej planéty.

Ak sa zaujímate o astronómiu, pravdepodobne ste videli novinové titulky o obývateľné exoplanéty, ktoré boli objavené misiami, ako je Keplerov vesmírny teleskop agentúry NASA alebo satelitný prieskum tranzitných exoplanet (TESS). Tieto planéty sú zvyčajne podobné Zemi a na svojom povrchu by mohli mať tekutú vodu a predpokladá sa, že by mohli potenciálne podporovať život. Ako však môžeme zistiť, či je planéta obývateľná na milióny kilometrov? A čo vlastne myslíme pod pojmom obývateľný?

Rozprávali sme sa s odborníkom na obývateľnosť Abelom Méndezom z Laboratória planetárnej obývateľnosti University of Puerto Rico v Arecibo, ktorý nám povedal, že obývateľnosť je oveľa komplikovanejšia ako vy môže myslieť.

Obytnosť nie je binárna

Spôsob, akým väčšina ľudí hovorí o obývateľnosti, je ako keby to bol binárny stav. Buď je planéta obývateľná, alebo nie je. Ale keď sa nad problémom zamyslíte do hĺbky, je jasné, že táto definícia nebude stačiť. Máme na mysli obývateľné ako schopné udržať ľudský život? Alebo mikrobiálny život? Máme na mysli, že je to pohodlné prostredie pre úspech života alebo prostredie, kde je prežitie ťažké, ale teoreticky možné? Máme na mysli, že život sa mohol vyvinúť v tomto prostredí, alebo že keby tam život dorazil, mohol by prežiť?

Na tieto otázky neexistuje jednoznačná odpoveď, a preto je chybou považovať obývateľnosť za otázku áno/nie. Namiesto toho by sme mali premýšľať o obývateľnosti ako o miere vhodnosti pre určitý typ života.

Tento zmätok neexistuje len medzi členmi verejnosti. Méndez povedal, že medzi vedcami neexistuje konsenzus o tom, čo znamená obývateľnosť. Je to „nabité slovo,“ povedal, „pretože v našich bežných rozhovoroch obývateľnosť znamená obývateľnosť ľudia.” Ale keď sa pozeráme na iné planéty, nemyslíme len na ľudí, ale aj na iné druhy zo života.

Po celý čas, keď sa astrobiológovia zamýšľali nad obývateľnosťou exoplanét, sa to otočilo bola tu ďalšia skupina ľudí, ktorí už desaťročia premýšľajú o obývateľnosti: Ekológovia. Ekológovia hovoria o „vhodnosti biotopov“ prostredí tu na Zemi – ako o vhodnosti konkrétneho prostredia pre určitý typ života prekvitať. To je presne to, čo sa astrobiologická komunita snažila dosiahnuť svojím výskumom exoplanét.

Na začiatku svojho výskumu tejto témy Méndez narazil na túto ekologickú prácu, povedal: „Uvedomil som si, že to, čo ľudia v Oblasť astrobiológie, o ktorú sa pokúšali – definovať a kvantifikovať obývateľnosť – už robili ekológovia pred desiatkami rokov.

A čo obývateľná zóna?

Problém teda nie je v určovaní, či je alebo nie je exoplanéta obývateľná, ale skôr v určovaní toho, aké vlastnosti by ju robili vhodnou pre typy života.

Jedným pomerne jednoduchým miestom, kde začať, je požiadavka na dostupnosť tekutej vody. Tekutá voda je nevyhnutná pre takmer všetky formy života, ako ho poznáme, vďaka jeho rozpúšťadlovým vlastnostiam. Veľa vecí sa rozpúšťa vo vode, čo znamená, že je to dobré na zmiešanie vecí, čo umožňuje chemické reakcie. Tiež hrá dôležitú úlohu v spôsobe fungovania enzýmov. Keď si teda vedci predstavia požiadavky na obývateľnú exoplanétu, na vrchole zoznamu je dostupnosť tekutej vody.

To je to, čo nám dáva predstavu o „obytnej zóne“. Toto je oblasť okolo hviezdy, kde sa odhaduje, že planéta by mala správnu teplotu, aby mala na svojom povrchu tekutú vodu. Ak by sme našli Planéta podobná Zemi v obývateľnej zóne hviezdy zdôvodňujeme, že by sme našli dobrý východiskový bod pre hľadanie života.

Byť v obývateľnej zóne však nie je vrcholom obývateľnosti. Je to len jedna základná požiadavka. A ako hovorí Méndez, tento výraz spôsobil „veľa zmätku“, pretože astronómovia často povedia, že planéta je obývateľná, keď majú na mysli, že je v obývateľnej zóne. Uprednostňuje termín „potenciálne obývateľný“, aby bolo jasné, že toto nie je ani zďaleka vyriešená otázka.

Faktory obývateľnosti

Ok, takže tekutá voda je nutnosťou. Čo ešte je potrebné, aby planéta hostila život? Dobre tomu rozumieme na základe foriem života tu na Zemi. Pokiaľ ide o hodnotenie obývateľnosti exoplanét, astrobiológovia chcú vedieť o faktoroch, ako je napr. hmotnosť a polomer, ako aj jej povrchová teplota, tlak a časť planéty, ktorá je pokrytá voda.

Je náročné určiť tieto faktory pre danú exoplanétu. Pre väčšinu exoplanét objavených teraz môžeme poznať faktory ako ich obežnú dobu, ich polomer alebo hmotnosť a ich hviezdny tok, čo je množstvo žiarenia, ktoré dostávajú od svojej hostiteľskej hviezdy. Aby sme však napríklad poznali ich povrchovú teplotu alebo tlak, potrebovali by sme vedieť o ich atmosfére.

Ak chcete zistiť prečo, pozrite sa na našu vlastnú slnečnú sústavu. Venuša má najvyššiu povrchovú teplotu v slnečnej sústave, aj keď je od Slnka ďalej ako Merkúr. Je to preto, že Venuša má extrémne hustú atmosféru, ktorá zachytáva teplo a zvyšuje povrchovú teplotu. Mimozemský astrobiológ, ktorý sa pozerá na našu slnečnú sústavu, nemusí vedieť, aká horúca bola Venuša, pretože to z diaľky nie je zrejmé.

Budúca práca vykonaná teleskopmi, ako je vesmírny teleskop Jamesa Webba, nám umožní dozvedieť sa viac atmosféry exoplanét, ale zatiaľ musia vedci odhadnúť povrchové teploty.

Dôležité je tiež množstvo vody pokrytého povrchu. Nazýva sa to oceánska frakcia a záleží na tom, pretože dynamický charakter oceánov Vďaka nim sú skvelé pri preprave živín po planéte, aby sa miesto stalo pohostinnejším pre život.

V súčasnosti nemáme nástroje schopné merať oceánsky podiel exoplanét. Avšak existujú nápady pre budúce teleskopy ktorá by mohla sledovať, ako sa mení množstvo svetla odrazeného exoplanétou pri jej rotácii, čo môže naznačovať množstvo oceánu pokrývajúceho jej povrch.

Napriek všetkým zložitostiam pri určovaní týchto faktorov si Méndez myslí, že veda o exoplanetách sa vyvíja tak rýchlo, že ich budeme môcť zmerať v priebehu nasledujúcich dvadsiatich rokov. "Desať rokov na merania atmosféry rôznymi prístrojmi, potom desať rokov na nové teleskopy, ktoré budú schopné vidieť planéty jednotlivo a merať podiel oceánov," predpovedal.

Katalóg potenciálne obývateľných exoplanét

Schopnosť tak podrobne študovať exoplanéty v budúcich desaťročiach je vzrušujúca, ale vedci chcú študovať aj potenciálne obývateľné exoplanéty už teraz. Z tohto dôvodu Méndezova skupina zachováva Katalóg obývateľných exoplanét, čo je zoznam všetkých doteraz objavených potenciálne obývateľných exoplanét.

Aby bola planéta zahrnutá do katalógu, musí mať veľkosť približne Zeme a musí obiehať v obývateľnej zóne svojej hviezdy. Aby sme však počítali s mnohými faktormi, ktoré o týchto exoplanétach ešte nevieme, existujú dve rôzne kritériá pre prostriedky veľkosti Zeme. Katalóg obsahuje konzervatívny zoznam, ktorý uvádza planéty s polomerom až 1,6-násobku polomeru Zeme alebo troch násobok svojej hmotnosti a optimistický zoznam, ktorý má planéty s polomerom do 2,5 polomeru Zeme alebo 10-násobku jej omša.

Je to preto, že keď hľadáme potenciálnu obývateľnosť, hľadáme skalnaté planéty ako Zem, a nie plynné planéty. Exoplanéty s nízkou hustotou, ako sú plynové obry, nie sú dobré pre život, pretože sa zle držia živiny, ktoré musia byť dostupné pre život – z rovnakého dôvodu, pre ktorý nenájdete život v oblakoch Zem. Planéty až do približne dvojnásobnej veľkosti Zeme budú kamenné planéty, ale planéty väčšie ako tieto môžu byť typu nazývaného mini Neptún alebo plynový trpaslík, ktorý pravdepodobne nepodporuje život.

S nad 5000 potvrdených exoplanét Môžete si predstaviť, že katalóg obsahuje stovky kandidátov na obývanie, ale v skutočnosti je ich relatívne málo – iba 21 v konzervatívnom zozname a ďalších 38 v optimistickom zozname.

Stručný zoznam môže byť čiastočne spôsobený tým, že mnohé metódy detekcie exoplanét sú lepšie pri hľadaní väčších exoplanét ako menšie – vo všeobecnosti je ľahšie nájsť niečo, čo je väčšie – a niektoré výskumy to naznačujú može byť miliardy planét podobných Zemi v našej galaxii. Zatiaľ však počet exoplanét, na ktoré môžeme poukázať a ktoré spĺňajú najzákladnejšie kritériá pre potenciálnu obývateľnosť, zostáva nízky.

Kde teraz hľadať život

Skutočnosť, že existuje len málo potenciálne obývateľných exoplanét, o ktorých vieme, samozrejme neznamená, že by sme sa mali vzdať hľadania života inde. V niektorých ohľadoch to uľahčuje rozhodovanie o cieľoch výskumu, keď máte systémy ako TRAPPIST-1, o ktorom sa predpokladá, že hostí až štyri potenciálne obývateľné exoplanéty a ktorý bude kľúčovým cieľom pre nadchádzajúcu vedeckú prácu Vesmírny teleskop Jamesa Webba.

Všetky tieto diskusie o obývateľnosti sa obracajú na myšlienku, že ak existuje život inde vo vesmíre, bude prinajmenšom porovnateľný so životom tu na Zemi. Keď hovoríme o požiadavkách na vodu alebo na určité živiny, zakladáme to na živote, ktorý sme pozorovali na našej planéte. Predpokladáme, že inde bude život taký, ako ho poznáme, ale určite je možné, že niekde tam vonku môže byť život úplne inej formy.

Aj keď vedci túto možnosť uznávajú, nemajú tendenciu venovať veľkú pozornosť tomuto konceptu, pretože to nie je prakticky užitočné pre výskum. "Nespoznáte život, ako ho nepoznáme," zdôraznil Méndez, takže to nie je niečo, čo by sme mohli hľadať.

Hľadáme život v našej vlastnej slnečnej sústave

Niektorí vedci tvrdia, že namiesto toho, aby sme sa pozerali na exoplanéty, by sme mohli hľadať v našej vlastnej slnečnej sústave potenciálne obývateľné svety – miesta ako Saturnov mesiac Enceladus alebo Jupiterov mesiac Europa. Aj keď sú príliš ďaleko od Slnka na to, aby mali na svojom povrchu tekutú vodu, predpokladá sa, že obe majú tekuté oceány so slanou vodou pod ľadovou kôrou.

Méndez však nie je presvedčený, že tieto miesta sú veľmi sľubné pre život kvôli týmto ľadovým kôram. Tieto kôry blokujú prístup do akejkoľvek atmosféry a zabraňujú prenosu energie z povrchu, takže nie sú vhodné na udržanie života. „To je horšie ako hlboké oceány na našej planéte. Je to oveľa horšie ako čokoľvek na Zemi,“ povedal. "Nemyslím si, že tam bude žiť niečo okrem mikrobiálneho života."

Dokonca aj nájdenie mikrobiálneho života mimo Zeme by bolo nesmierne vzrušujúce, a preto je cieľom misií, ako je rover Perseverance, hľadať dôkazy o starovekom živote na Marse. Ale Mars dnes nie je práve pohostinný, hoci mohol byť v jednom bode v minulosti. Štúdie obývateľnosti v prostredí Marsu nesľubujú, že by tam dnes niečo prežilo: „My Odhaduje sa, že povrch Marsu je tisíckrát horší ako púšť Atacama,“ pre udržanie života, Méndez povedal.

Ďalej na Mars

Napriek svojim výhradám voči suchým podmienkam Marsu je Méndez pragmatický v otázke, kde by sme mohli nájsť dôkazy o živote, ak existujú. "Ak by som sa mal staviť, kde by sme mohli nájsť život, stavil by som na Mars," povedal, "hoci exoplanéty milujem viac!" Je to kvôli problémom s detekciou. Ak chcete vedieť, že planéta nie je len potenciálne obývateľná, ale v skutočnosti je hostiteľom života, potrebujete dôkaz – a ten je mimoriadne ťažké získať z veľkej diaľky.

S ukážkovými návratovými misiami plánovanými na Mars v nasledujúcich desaťročiach prebiehajú preteky o získanie kúska Marsu späť na Zem na štúdium. Tieto vzorky sú našou najväčšou šancou na istú detekciu života. "Jednoznačná odpoveď príde, ak budete mať vzorku tu na Zemi, pretože hľadáte mikrobiálny život vo veľmi malých množstvách," vysvetlil.

Vysnívaným scenárom výskumu by bolo zozbierať vzorku z prostredia na Marse, ktoré by mohlo byť obývateľné podľa pozemských štandardov, ako napr vodonosná vrstva. Ak by sme našli dôkazy o živote v takomto prostredí, bolo by to skvelé – zistili by sme, že naša planéta nie je jediná, na ktorej sa nachádza život.

Méndez však hovorí, že nenájsť žiadne dôkazy o živote v takomto prostredí by bolo rovnako vzrušujúce. „Ak nájdeme obývateľné miesto podľa pozemských štandardov a nebude tam žiadny život, bude to úžasné a zaujímavé,“ povedal. "Čo sa pokazilo? Čo sa stalo? Prečo tam nie je život?" Vzhľadom na to, že život existuje v tak širokej škále prostredí na Zemi, a my vieme že Zem a Mars zdieľali materiál prostredníctvom dopadov, bolo by skutočne zvláštne, keby sa život obmedzil len na náš planéta.

"Bolo by veľkým zjavením nájsť život, ale negatívny výsledok by bol ešte hlbší," povedal Méndez. „Nedá sa tu nijako pokaziť. Je to obojstranne výhodná situácia. Odpoveď je na Marse, je tam. A každá odpoveď je hlboká."

Odporúčania redaktorov

• Tu je dôvod, prečo si vedci myslia, že život mohol prosperovať na „pekelnej planéte“ Venuši
• Astronómovia zbadajú exoplanétu, ktorá okolo svojej hviezdy vytvára špirálové ramená
• Európska kozmická loď BepiColombo dnes už tretí prelet okolo Merkúru
• Táto exoplanéta má viac ako 2000 stupňov Celzia a vo svojej atmosfére sa vyparil kov
• Hľadanie obývateľných mesiacov v slnečnej sústave sa zahrieva