Kaj točno naredi eksoplanet 'primeren za življenje'?

Ena najbolj vznemirljivih tem v današnji astronomiji je iskanje eksoplanetov ali planetov zunaj našega sončnega sistema. Do danes smo našli več kot 5000 eksoplanetov, vsako leto pa jih odkrijemo več. In sveti gral raziskovanja eksoplanetov je najti naseljive planete, kjer bi lahko iskali življenje zunaj našega planeta.

Če vas zanima astronomija, ste verjetno že videli naslove novic o eksoplanete, primerne za življenje, ki so bili odkriti z misijami, kot sta Nasin vesoljski teleskop Kepler ali satelit za raziskovanje tranzitnih eksoplanetov (TESS). Ti planeti so tipično podobni Zemlji in bi lahko imeli tekočo vodo na svoji površini, in domneva se, da bi lahko potencialno podpirali življenje. Toda kako lahko ugotovimo, ali je planet primeren za bivanje z oddaljenosti na milijone kilometrov? In kaj točno sploh mislimo z bivalnim?

Pogovarjali smo se s strokovnjakom za bivalnost Abelom Méndezom iz Laboratorija za bivalnost na planetu Univerza v Portoriku v Arecibu, ki nam je povedal, da je bivalna možnost veliko bolj zapletena kot ti morda misliti.

Bivalnost ni binarna

Način, na katerega večina ljudi govori o bivalnosti, je, kot da bi šlo za binarno stanje. Ali je planet primeren za bivanje ali pa ni. Toda ko o tem vprašanju razmišljate poglobljeno, je jasno, da ta definicija ne bo ustrezala. Ali mislimo bivalno kot sposobno vzdrževati človeško življenje? Ali življenje mikrobov? Ali mislimo, da je to udobno okolje za uspešno življenje ali tisto, kjer je preživetje težko, a teoretično mogoče? Ali mislimo, da bi se življenje lahko razvilo v tem okolju ali da bi življenje lahko preživelo, če bi tja prispelo?

Na ta vprašanja ni jasnega odgovora, zato je napačno razmišljati o bivalni sposobnosti kot na vprašanje da/ne. Namesto tega bi morali razmišljati o bivalni sposobnosti kot merilu primernosti za določeno vrsto življenja.

Ta zmeda ne obstaja samo med člani javnosti. Méndez je dejal, da med znanstveniki ni soglasja o tem, kaj pomeni bivalnost. To je "nabita beseda," je dejal, "ker v naših običajnih pogovorih bivalna sposobnost bivanja pomeni možnost bivanja za ljudje." Toda ko gledamo druge planete, ne razmišljamo le o ljudeh, ampak tudi o drugih vrstah življenja.

Ves čas, ko so se astrobiologi spraševali o bivalnosti eksoplanetov, se je obrnilo obstajala je še ena skupina ljudi, ki že desetletja razmišlja o bivalni sposobnosti: Ekologi. Ekologi govorijo o »primernosti habitatov« okolij tukaj na Zemlji – na primer o primernosti določenega okolja za uspevanje določene vrste življenja. To je tisto, kar je astrobiološka skupnost poskušala doseči s svojim raziskovanjem eksoplanetov.

Méndez je na začetku svojega raziskovanja te teme naletel na to ekološko delo in rekel: »Spoznal sem, da ljudje v astrobiološkega področja, ki so ga poskušali narediti – opredeliti in količinsko opredeliti bivalnost – so pred desetletji naredili že ekologi.«

Kaj pa bivalno območje?

Težava torej ni v ugotavljanju, ali je eksoplanet primeren za bivanje ali ne, temveč v ugotavljanju, zaradi katerih značilnosti bi bil primeren za vrste življenja.

Relativno enostavno začeti je z zahtevo, da je na voljo tekoča voda. Tekoča voda je nujna za skoraj vse oblike življenja, kot ga poznamo, zaradi svojih lastnosti topila. Veliko stvari se raztopi v vodi, kar pomeni, da je dobra za mešanje stvari, kar omogoča kemične reakcije. Prav tako ima pomembno vlogo pri delovanju encimov. Torej, ko so si znanstveniki predstavljali zahteve za naseljiv eksoplanet, je na vrhu seznama razpoložljiva tekoča voda.

To je tisto, kar nam daje idejo o "bivalnem območju". To je območje okoli zvezde, kjer se ocenjuje, da bi planet imel pravo temperaturo, da bi imel na površini tekočo vodo. Če bi našli Zemlji podoben planet znotraj bivalnega območja zvezde sklepanje pravi, da bi našli dobro izhodišče za iskanje življenja.

Vendar pa biti v bivalnem območju ni vse in konec bivalne sposobnosti. To je le ena osnovna zahteva. In Méndez pravi, da je izraz povzročil "veliko zmede", saj bodo astronomi pogosto rekli, da je planet naseljiv, ko mislijo, da je v bivalnem območju. Raje ima izraz "potencialno bivalno", da bi bilo jasno, da to še zdaleč ni rešeno vprašanje.

Dejavniki bivalne sposobnosti

Ok, tekoča voda je torej obvezna. Kaj je še potrebno za življenje na planetu? To dobro razumemo na podlagi življenjskih oblik od tukaj na Zemlji. Ko gre za ocenjevanje bivalnosti eksoplanetov, želijo astrobiologi vedeti o dejavnikih, kot je planet maso in polmer, pa tudi površinsko temperaturo, tlak in delež planeta, ki je pokrit vodo.

Te dejavnike je težko določiti za kateri koli eksoplanet. Za večino zdaj odkritih eksoplanetov lahko poznamo dejavnike, kot so njihova orbitalna doba, njihov polmer ali masa in njihov zvezdni tok, kar je količina sevanja, ki ga prejmejo od zvezde gostiteljice. Da pa bi na primer vedeli njihovo površinsko temperaturo ali tlak, bi morali vedeti o njihovi atmosferi.

Če želite ugotoviti, zakaj, poglejte naš sončni sistem. Venera ima najvišjo površinsko temperaturo v sončnem sistemu, čeprav je dlje od sonca kot Merkur. To je zato, ker ima Venera izjemno gosto atmosfero, ki zadržuje toploto in zvišuje površinsko temperaturo. Nezemeljski astrobiolog, ki opazuje naš sončni sistem, morda ne ve, kako vroča je bila Venera, ker to ni očitno od daleč.

Prihodnje delo s teleskopi, kot je vesoljski teleskop James Webb, nam bo omogočilo, da izvemo več o atmosfere eksoplanetov, a za zdaj morajo znanstveniki oceniti površinske temperature.

Pomembna je tudi količina površine, prekrite z vodo. Imenuje se oceanska frakcija in je pomembna, ker dinamična narava oceanov zaradi česar so odlični pri prenašanju hranil po planetu, da postane kraj bolj gostoljuben za življenje.

Trenutno nimamo instrumentov, ki bi lahko izmerili oceanski delež eksoplanetov. Vendar pa obstajajo ideje za prihodnje teleskope ki bi lahko pogledal, kako se količina svetlobe, ki jo odbija eksoplanet, spreminja, ko se vrti, kar lahko kaže na količino oceana, ki pokriva njegovo površino.

Kljub vsem zapletenostim pri določanju teh dejavnikov Méndez meni, da se znanost o eksoplanetih razvija tako hitro, da jih bomo lahko izmerili v naslednjih dvajsetih letih. "Deset let za meritve atmosfere z različnimi instrumenti, nato deset let za nove teleskope, ki bodo lahko videli planete posamezno in izmerili delež oceanov," je napovedal.

Katalog potencialno naseljivih eksoplanetov

Možnost tako podrobnega preučevanja eksoplanetov v prihodnjih desetletjih je vznemirljiva, a znanstveniki želijo zdaj preučevati tudi potencialno naseljive eksoplanete. Zaradi tega Méndezova skupina ohranja Katalog bivalnih eksoplanetov, ki je seznam vseh potencialno naseljivih eksoplanetov, odkritih do danes.

Da bi bil planet vključen v katalog, mora biti približno velik kot Zemlja in krožiti v bivalnem območju svoje zvezde. Da pa upoštevamo številne dejavnike, ki jih o teh eksoplanetih še ne moremo vedeti, obstajata dve različni merili za povprečje velikosti Zemlje. Katalog ima tako konzervativen seznam, ki navaja planete do 1,6-kratnega polmera Zemlje ali tri krat njene mase, in optimističen seznam, na katerem so planeti z do 2,5-kratnim polmerom Zemlje ali 10-kratnim polmerom njene masa.

To je zato, ker ko iščemo potencialno naseljivost, iščemo skalnate planete, kot je Zemlja, in ne plinastih planetov. Eksoplaneti z nizko gostoto, kot so plinasti velikani, niso dobri za življenje, ker se slabo držijo hranila, ki morajo biti na voljo za življenje – isti razlog, zaradi katerega ne najdete življenja v oblakih Zemlja. Planeti, ki so do približno dvakrat večji od Zemlje, bodo kamniti planeti, vendar so planeti, večji od tega, lahko vrsta, imenovana mini Neptun ali plinski pritlikavec, ki verjetno ne podpira življenja.

Z nad 5000 potrjenih eksoplanetov lahko si predstavljate, da bi katalog navedel na stotine kandidatov za bivanje, vendar jih je v resnici razmeroma malo – samo 21 na konservativnem seznamu in nadaljnjih 38 na optimističnem seznamu.

Kratkost seznama je lahko delno zato, ker so številne metode odkrivanja eksoplanetov boljše pri iskanju večjih eksoplanetov kot manjši – na splošno je lažje opaziti nekaj, kar je večje – in nekatere raziskave to kažejo lahko bi bilo milijarde Zemlji podobnih planetov v naši galaksiji. Toda za zdaj je število eksoplanetov, na katere lahko navedemo, ki izpolnjujejo najosnovnejša merila za morebitno naseljivost, še vedno nizko.

Kje zdaj iskati življenje

Seveda dejstvo, da poznamo malo potencialno naseljivih eksoplanetov, ne pomeni, da bi morali opustiti iskanje življenja drugje. Na nek način olajša odločanje o raziskovalnih ciljih, če imate sisteme, kot je TRAPPIST-1, ki naj bi gostil kar štiri potencialno naseljive eksoplanete in ki bo ključna tarča za prihajajoče znanstveno delo Vesoljski teleskop James Webb.

Vse te razprave o bivalnosti se obrnejo na idejo, da če obstaja življenje drugje v vesolju, bo vsaj primerljivo z življenjem tukaj na Zemlji. Ko govorimo o potrebah po vodi ali nekaterih hranilih, to temeljimo na življenju, ki smo ga opazili na našem planetu. Predvidevamo, da bo drugje življenje, kot ga poznamo, vsekakor pa je možno, da bi nekje zunaj obstajalo življenje v popolnoma drugačni obliki.

Medtem ko znanstveniki priznavajo to možnost, se temu konceptu ne posvečajo veliko, ker ni praktično uporaben za raziskave. "Življenja ne boste prepoznali, saj ga ne poznamo," je poudaril Méndez, zato to ni nekaj, kar bi lahko iskali.

Iščemo življenje v našem sončnem sistemu

Nekateri raziskovalci trdijo, da bi namesto eksoplanetov lahko iskali potencialno naseljive svetove v našem sončnem sistemu – kraje, kot sta Saturnova luna Enceladus ali Jupitrova luna Evropa. Čeprav sta predaleč od sonca, da bi imela tekočo vodo na svojih površinah, se domneva, da imata oba oceane s tekočo slano vodo pod ledeno skorjo.

Toda Méndez ni prepričan, da so te lokacije zelo obetavne lokacije za življenje zaradi teh ledenih skorj. Te skorje blokirajo dostop do atmosfere in preprečujejo prenos energije s površja, zaradi česar ni primerno za ohranjanje življenja. »To je hujše kot globoki oceani na našem planetu. To je veliko hujše kot karkoli na Zemlji,« je dejal. "Mislim, da tam ne bo živelo nič drugega kot mikrobno življenje."

Celo najti mikrobno življenje zunaj Zemlje bi bilo izjemno vznemirljivo, zato je cilj misij, kot je rover Perseverance, iskati dokaze starodavnega življenja na Marsu. Toda Mars danes ni ravno gostoljuben, čeprav bi lahko bil nekoč v svoji preteklosti. Študije bivalnih razmer v Marsovem okolju ne obetajo, da bi tam danes karkoli preživelo: "Mi ocenil, da je površina Marsa tisočkrat slabša od puščave Atacama,« za ohranjanje življenja, Méndez rekel.

Naprej na Mars

Kljub zadržkom glede sušnih razmer na Marsu je Méndez pragmatičen glede tega, kje bi lahko našli dokaze o življenju, če obstaja. "Če bi moral staviti, kje bi lahko našli življenje, bi stavil na Mars," je dejal, "čeprav imam bolj rad eksoplanete!" To je zaradi težave z odkrivanjem. Če želite vedeti, da planet ni samo potencialno naseljiv, ampak dejansko gosti življenje, potrebujete dokaz – in ta dokaz je izredno težko dobiti z velike razdalje.

Z misijami vračanja vzorcev, načrtovanimi za Mars v naslednjih desetletjih, se nadaljuje tekma za vrnitev koščka Marsa na Zemljo za preučevanje. Ti vzorci so naša najboljša možnost za določeno odkrivanje življenja. "Dokončen odgovor bo prišel, če imate vzorec tukaj na Zemlji, ker iščete življenje mikrobov v zelo majhnih količinah," je pojasnil.

Sanjski raziskovalni scenarij bi bil zbrati vzorec iz okolja na Marsu, ki bi lahko bilo bivalno po zemeljskih standardih, kot je vodonosnik. Če bi našli dokaze o življenju v takšnem okolju, bi bilo to super – odkrili bi, da naš planet ni edini, kjer živi življenje.

Toda Méndez pravi, da bi bilo prav tako razburljivo, če ne bi našli nobenih dokazov o življenju v takšnem okolju. "Če najdemo bivalno mesto po zemeljskih standardih in tam ne bo življenja, bo to neverjetno in zanimivo," je dejal. "Kaj je šlo narobe? Kaj se je zgodilo? Zakaj ni življenja?" Glede na to, da življenje obstaja v tako različnih okoljih na Zemlji, in vemo da si Zemlja in Mars delita material prek trkov, bi bilo res čudno, če bi bilo življenje omejeno na naše planet.

"Veliko razodetje bi bilo najti življenje, vendar bi bil negativni rezultat še bolj globok," je dejal Méndez. »Tu ne gre narobe. To je zmagovalna situacija. Odgovor je na Marsu, tam je. In vsak odgovor je globok.”

Priporočila urednikov

• Zato znanstveniki menijo, da je na "peklenskem planetu" Veneri morda uspevalo življenje
• Astronomi opazijo eksoplanet, ki ustvarja spiralne rokave okoli svoje zvezde
• Evropsko vesoljsko plovilo BepiColombo je danes že tretjič preletelo Merkur
• Ta eksoplanet ima več kot 2000 stopinj Celzija in ima v atmosferi uparjeno kovino
• Iskanje naseljivih lun v sončnem sistemu se pospešuje