Szukamy planet nadających się do życia? Musimy poszerzyć horyzonty
Astronomowie odkryli do tej pory prawie 5500 egzoplanet – obcych światów krążących wokół odległych gwiazd – a ponad 7000 kandydatów wciąż czeka na potwierdzenie.
To naprawdę dużo.
Szukamy takich odległych globów, ponieważ nas to ciekawi i chcielibyśmy wiedzieć, jak wyglądają inne planety. Znając dobrze inne światy, możemy lepiej zrozumieć nasz własny. Ale badacze to tylko ludzie i pragną znaleźć odpowiedź na jedno z najważniejszych pytań ery naukowej: czy jesteśmy sami we Wszechświecie?
Być może wkrótce będziemy mieć na nie odpowiedź. Nasza technika zbliża się właśnie do poziomu umożliwiającego wykrywanie biosygnatur egzoplanetarnych, czyli charakterystycznych oznak, takich jak cząsteczki w atmosferach planet, które mogłyby wskazywać na obecność życia. Do tego czasu warto jednak postarać się dowiedzieć maksymalnie dużo o tych planetach i sklasyfikować je według prawdopodobieństwa istnienia na nich życia.
Przydatną koncepcją, którą posługują się astronomowie, jest tzw. ekosfera (habitable zone). To obszar wokół gwiazdy, w którym temperatura pozwala planecie na potencjalne istnienie na jej powierzchni oceanów, mórz lub jezior ciekłej wody. Jeżeli planeta znajduje się zbyt blisko, promieniowanie gwiazdy powoduje, że woda wyparuje. Jeśli zbyt daleko, woda zamarznie. Pomiędzy tymi skrajnościami warunki mogą być jednak w sam raz. Z tego powodu niektórzy astronomowie nazywają ekosferę strefą Złotowłosej, nawiązując do bajki o Złotowłosej i trzech misiach. (Chociaż, szczerze mówiąc, nigdy nie przepadałem za tym określeniem; wolałbym strefę Małego Misia. Nazwanie jej imieniem osoby, która włamała się do domu niedźwiedzi i przywłaszczyła sobie całe ciężko przez nie wypracowane jedzenie i mienie, trąci kolonializmem).
Ekosfera to całkiem przydatny pomysł. Wszelkie formy życia na Ziemi potrzebują wody w stanie ciekłym, a ponieważ nie znamy żadnego innego sposobu, w jaki mogłoby się ono pojawić, jest to dobry punkt wyjścia.
Wyznaczanie ekosfer nie jest jednak zadaniem prostym. Wyliczenie ilości promieniowania, jakie planeta otrzymuje od swojej gwiazdy, jest łatwe; wynika to z dobrze poznanej fizyki. Trudniejszą częścią jest sama planeta. Ciemna planeta pochłania więcej światła i bardziej się nagrzewa, podczas gdy planeta o jaśniejszej barwie odbija więcej światła i jest chłodniejsza.
Jeszcze większą rolę odgrywa atmosfera planety: jeśli zawiera ona gazy cieplarniane, to planeta, aby była chłodniejsza, musi znajdować się dalej od gwiazdy. Wystarczy spojrzeć na Wenus – naszą siostrzaną planetę, pod względem wielkości i masy zbliżoną do Ziemi – aby zrozumieć, jak ważne jest to zjawisko. Z powodu grubej warstwy atmosferycznego dwutlenku węgla, na powierzchni naszej złej bliźniaczki nawet ołów uległby stopieniu. Wenus nie jest wcale planetą aż tak podobną do Ziemi.
Samo położenie planety w nominalnej ekosferze gwiazdy nie gwarantuje, że nadaje się ona do podtrzymywania życia, nawet jeśli jest małym (i prawdopodobnie) skalistym globem, takim jak nasz. Trzeba o niej wiedzieć znacznie więcej, choćby to, czy ma w ogóle atmosferę, z czego ta atmosfera się składa oraz wiele innych rzeczy. Problem ten jest tak skomplikowany, że astronomowie spierają się o to, gdzie w ogóle zaczyna się ekosfera naszego Słońca, mimo że my znajdujemy się dosłownie w jej środku. Co więcej, ekosfera nie musi być jedynym miejscem w Układzie Słonecznym, w którym może istnieć woda w stanie ciekłym.
W latach 70. ubiegłego wieku sonda kosmiczna Voyager 2 przeleciała obok księżyca Jowisza, Europy, i zaobserwowała na jego zamarzniętej powierzchni cechy, które wskazywały na obecność pod nią oceanu wody w stanie ciekłym. Od tego czasu zebraliśmy niezwykle przekonujące dowody na istnienie na Europie podpowierzchniowej ciekłej wody, podgrzewanej przez interakcję księżyca z ogromną grawitacją Jowisza.
Również i Europa nie jest jedynym księżycem z oceanem. W 2005 roku na zdjęciach wykonanych przez sondę Cassini zauważono ogromne pióropusze wody wydobywające się z powierzchni lodowego księżyca Saturna – Enceladusa. Ich źródłem jest prawdopodobnie aktywność pływowa Saturna, podobna do tej, która podgrzewa Europę. Istnienie gejzerów sugeruje obecność ogromnych zasobów podpowierzchniowej ciekłej wody, a może nawet całego oceanu.
Obecnie uważamy, że wiele takich podlodowych oceanów może znajdować się na księżycach planet zewnętrznych Układu Słonecznego, a nawet na niektórych większych obiektach krążących wokół Słońca poza orbitą Neptuna.
Znamy też całkiem sporo samotnych planet wędrujących w przestrzeni międzygwiazdowej, które prawdopodobnie po powstaniu zostały wyrzucone ze swoich macierzystych układów planetarnych. W większości przypadków są to gazowe olbrzymy, masywniejsze nawet od Jowisza. Jeśli wokół nich krążą lodowe księżyce, one również mogą być wystarczająco rozgrzane, by znajdowały się na nich podpowierzchniowe oceany. Może się więc okazać, że nie potrzeba nawet gwiazdy, aby na globie mogło powstać życie!
Aby jeszcze bardziej namieszać w kwestii ekosfery, istnieją również inne ciecze, nad którymi warto się zastanowić. Największy księżyc Saturna, Tytan, jest zbyt zimny, by na jego powierzchni znajdowała się woda w stanie ciekłym, ale obserwacje przeprowadzone w 2006 roku przez sondę Cassini wykazały, że znajdują się tam rozległe jeziora ciekłego metanu. Metan jest związkiem opartym na węglu, więc siłą rzeczy znajduje się tam wiele składników niezbędnych do powstania życia. Kto wie, czy w jeziorach Tytana, poruszającego się miliard kilometrów od Słońca, nie pływają kosmiczne ryby?
Mimo że lodowe księżyce znajdują się daleko poza ekosferą Słońca, możliwe jest, iż powstało na nich życie. Najwyraźniej koncepcja ekosfery jest zdecydowanie niekompletna, gdy chodzi o określenie, gdzie może istnieć życie. Czy nadszedł więc czas, aby wyrzucić ją na galaktyczny śmietnik?
Nie wylewajmy jednak pozaziemskiego dziecka wraz z podpowierzchniową kąpielą! Kilka lat temu zespół astronomów planetarnych stwierdził, że termin ten wymaga modyfikacji i zasugerował zastąpienie go „strefą umiarkowaną” (temperate zone). Myślę, że to dobry pomysł, który nadal jest bardzo przydatny w przypadku poszukiwania planet podobnych do Ziemi – co oczywiście robimy. Może on nie obejmować lodowych księżyców gazowych olbrzymów lub globów, na których mogłyby rozwinąć się nieznane nam formy życia, ale jeśli tylko będziemy pamiętać o tych ograniczeniach, jest on nadal praktyczny. Sama zmiana nazwy mogłaby rozwiązać kilka kwestii.
Ekosfera, nawet pod inną nazwą, nigdy nie miała być ścisłym pojęciem. Stanowiła jedynie pewną wskazówkę, mającą informować astronomów, że gdy znajdą planetę w określonym miejscu, mogą być na tropie czegoś interesującego. Nie jest to narzędzie do określania światów potencjalnie nadających się do podtrzymywania życia, ale sposób na oznaczanie obiektów przyszłych obserwacji.
Łatwo jest rysować linie na piasku – planeta w takiej i takiej odległości od swojej gwiazdy jest niegościnna, zaś planeta w takiej i takiej jest wspaniała – ale natura prawie nigdy nie zachowuje się w ten sposób. Generalnie działa na zasadzie spektrum, z rozmytymi granicami i jeszcze większymi obszarami zachodzącymi na siebie. Czytając o odkryciach naukowych, zawsze warto mieć to na uwadze.
Warunek, aby planeta znajdowała się w ekosferze swojej gwiazdy, nie musi być wystarczający, a nawet konieczny, żeby na niej mogło istnieć życie, ale i tak jest to całkiem dobre miejsce do rozpoczęcia poszukiwań. Warto jednak nie zatrzymywać się w tym miejscu.