OPOMNIK: – Universe Today bo v četrtek, 15. oktobra gostil intervju z dr. Dirkom Schulze-Makuchom, soavtorjem raziskave, predstavljene v tem članku.th2020 ob 8.30 po pacifiškem času. Kliknite spodnji videoposnetek, če si ga želite ogledati v živo ali si pozneje ogledati posneti tok
Izven ozemljitve Zemlje
Kateri planet je to?
c. NASA
Če si rekel Hoth , to je dobro ugibanje. Toda v resnici je Zemlja upodobljena v enem od dveh znanih 'snežna kepa' države. Celotna površina planeta je bila zaprta pod ledeniškim ledom med kriogenskim obdobjem pred 650 milijoni let in med huronsko poledenitev pred 2 – 2,4 milijarde let.
Ko razmišljamo o bivalnosti, običajno uporabljamo Zemljo kot zlati standard planetov v vesolju. Toda celo Zemlja je zaradi kataklizmičnih dogodkov ali podnebnih sprememb doživela ogroženo bivalnost. Poleg tega, kaj pa, če obstajajo planeti, ki presegajo Zemljo in planet Zemljo, ker so podobni Zemlji – bolje optimizirani za razvoj raznolikega in kompleksnega življenja? V nova študija , avtorji Dirk Schulze-Makuch, profesor Centra za astronomijo in astrofiziko na Tehnični univerzi Berlin; Astrofizik René Heller z Inštituta Max Planck za raziskave sončnega sistema; in Edward Guinan, profesor na oddelku za astronomijo univerze Villanova, pravi:
'Dejstvo, da je Zemlja polna življenja, se zdi nenavadno vprašati, ali bi lahko v naši galaksiji obstajali drugi planeti, ki bi bili primernejši za življenje.'
Schulze-Makuch, Heller in Guinan 2020
A tisto, kar so si avtorji zadali poiskati – planete, še bolj bivalne od Zemlje oz'Super bivalno'
Lov na planet
Študija je preučila več kot 4000 potrjenih planetov in kandidatov za planete, ki so predstavljeni v bazi podatkov KOI (Kepler Object of Interest) v iskanju svetov, ki so primerni za bivanje. Kepler je teleskop za lov na planete lansiran leta 2009, ki išče planete zunaj našega sončnega sistema ali 'eksplanete'. Čeprav je malo verjetno, da je bilo naše Sonce edina zvezda s planeti, nismo imeli dokončnega dokaza o eksoplanetih do leta 1992, ko smo našli več nevtronskih zvezd, ki krožijo v orbiti. B1257+12 . V samo nekaj letih po lansiranju je Kepler odkril na tisoče drugih z uporabo 'tranzitna metoda.' Kepler zazna sence, ki jih mečejo oddaljeni svetovi, ko prečkajo naš pogled na svoje starševske zvezde (tranzit), ki blokirajo nekaj zvezdne svetlobe. Kepler je vzorčil del neba v bližini ozvezdij Labodeja in Lire in potrdil, da ima Vesolje verjetno celo več planetov kot zvezd. Seveda želimo vedeti, ali lahko na teh svetovih obstaja življenje? Ali so primerni za bivanje? Ali so potencialnovečbivalni kot naš svet?
Umetnikova upodobitev Keplerja, ki vidi planetarne prehode. Kepler vidi sence svetov, ko prečkajo ploskev svojih oddaljenih zvezd, in meri padec svetlosti zvezd – c. NASA
Življenje kot ga poznamo…
Ko definiramo 'primerno za bivanje', v resnici govorimo o bivalnosti za vse življenjekot ga poznamosaj je to edini primer, ki ga imamo. Avtorji so uporabili seznam okoljskih pogojev, ki omejujejo biokemijo življenja na Zemlji, vključno s temperaturo, pH, vodo, kisikom, tlakom, sevanjem in razponi, v katerih življenje preživi v vsakem. Na primer, nekatera bitja, ki živijo v 11.100 m globini Marianskega jarka, najgloblje točke v naših oceanih, so izpostavljena tisočkrat večjemu pritisku kot na površini planeta, vendar življenje obstaja na obeh mestih. Vendar pa še ne moremo izmeriti vseh teh pogojev na oddaljenem svetu z enakimi detajli našega planeta. Namesto tega poskušamo ugotoviti, kateri splošni predpogoji so privedli do bivanja Zemlje in jih uporabiti v oddaljenih svetovih. Kar LAHKO vidimo, je tip zvezde, okoli katere kroži eksoplanet, če eksoplanet kroži okoli svoje zvezde na daljavo, da vzdržuje temperaturo, ki je ugodna za tekočo vodo (imenovano bivalno območje), maso eksoplaneta in ocenimo starost eksoplaneta in zvezde gostiteljice.
Superbivalni pogoji
Starševska zvezda:
Naše Sonce je pritlikava zvezda razreda G ali 'dG', ki se včasih imenuje rumeni pritlikavec. Ker smo tukaj in krožimo okoli te zvezde, bi lahko sklepali, da so zvezde razreda G idealne za razvoj kompleksnega življenja. Toda zapleteno življenje je zahtevalo več kot 3 milijarde let evolucije. Tehnološka življenjska doba je zahtevala 4 milijarde. Če pogledamo življenjski cikel našega Sonca, nam je komaj uspelo. Našemu Soncu je ostalo še 5 milijard let, preden izčrpa svoje vodikovo gorivo, vendar se na tej poti še naprej segreva in bo izhlapilo zemeljske oceane v samo eni milijardi več – delček celotnega časa, ki je bil potreben za naš razvoj. Bolj masivne zvezde; razred F, A, B in O; izčrpajo svoj vodik veliko hitreje – nekatere v 5 milijardah let ali celo le nekaj milijonih let – tako da ostane malo prostora za življenje, da se razvije … ali celo začne. Zvezde, ki so manj masivne od našega Sonca, razreda K in M, živijo dlje, kar zagotavlja več časa za evolucijo na planetih v njihovih sončnih sistemih. Vendar pa imajo zvezde razreda M, ki lahko gorijo na stotine milijard do trilijonov let, opozorila. Njihova nizka izhodna energija zahteva, da planeti krožijo tako blizu, da vzdržujejo temperature, ki so ugodne za tekočo vodo, da postanejo 'zaklenjeni'. Ena stran planeta je zaklenjena z gravitacijo, da je vedno obrnjena proti zvezdi – tako kot je naša Luna plimsko priklenjena na Zemljo. Temperaturna nihanja na planetu, zaklenjenem s plimovanjem, bi bila ekstremna od ene do druge strani. Poleg tega je bližina planeta zvezdi ranljiva za intenzivne izbruhe sončnega sevanja iz superflares in sončne nevihte. Torej je M verjetno zunaj. Tako ostanejo zvezde razreda K, utežni razred tik pod G, ki bi po mnenju avtorjev 'lahko ponudil najbolj prijazna okolja za superbivalne planete.' Statistično gledano je to dobra novica, saj zvezde K predstavljajo večji odstotek zvezd naše galaksije kot G – 12 % proti 8 %.
Masa:
Poleg tega, da ne kroži okoli najbolj optimalne zvezde, tudi Zemlja morda ni optimalna masa za zemeljski planet, ki nosi življenje. Večja masa pomeni večjo površino. Večja površina pomeni več prostora za razvoj življenja, pa tudi gostejšo atmosfero zaradi povečane gravitacije. Vendar dosežete kritično mejo. Planeti, ki so več kot 1,5-krat večji od mase Zemlje, so lahko dejansko oddaljeni plinasti velikani, razvrščeni kot 'mini Neptuni'. Če so v resnici zemeljski svetovi nad 1,5 zemeljske mase, lahko povečana gravitacija ovira mehaniko tektonike plošč, gibanje zemeljskih mas, ki je bistvenega pomena za recikliranje površinskih hranil s potresi in vulkanizmom (proces, ki ga na primer Mars manjka). Tektonika plošč tudi enakomerno porazdeli zemljo in vodo. V preteklosti je bila samotna super celina ZemljePangeapredstavljale puščave na kopnem, saj so bila osrednja območja celine oddaljena od oceanske vode, kar je povzročilo slabšo bivalnost kot današnja konfiguracija celine. Planet večje mase zaklene tudi več toplote v svojem jedru, kar poganja tektonsko aktivnost dlje časa. Poleg tega vrteče se staljeno planetarno jedro ustvarja zaščitno magnetno polje okoli planeta, tako kot nas naše magnetno polje ščiti pred sončnim sevanjem (vidno med auroro). Avtorji se naselijo na zemeljskem planetu, ki je 1,5-krat večji od mase Zemlje in približno 10 % večji.
Animacija razpada superceline Pangea skozi tektoniko plošč v milijonih let –
c. Javna domena USGS
temperatura:
Temperatura in temperaturna nihanja planeta sta večinoma funkcija oddaljenosti od matične zvezde in nagiba osi planeta. Za idealno temperaturo in stabilen aksialni nagib mora planet prebivati v bivalnem območju zvezde, kjer bi bila tekoča voda prisotna na površini (kot pri Zemlji) in ima veliko luno. Lunina gravitacijska sila na Zemljo zmanjša količino, ki jo naš planet 'niha'. Kot vrteča se naša Zemlja niha okoli svoje osi, kar pomeni, da bo čez približno 13.000 let zvezda Severnica zvezda Vega in ne Polaris, saj se smer, v katero kaže severni pol, premika po nebu. Brez sidrnega učinka Lune bi bilo nihanje Zemljine osi veliko večje. Veliki premiki v aksialnem nagibu planeta lahko sprožijo ekstremne temperature in posledično podnebne spremembe pri dogodkih množičnega izumiranja . Vemo tudi, da so najtoplejši in najbolj vlažni kraji na Zemlji, kjer najdemo največjo biomaso in biotsko raznovrstnost – in sicer deževni gozdovi. Toplejša in vlažnejša obdobja zgodovine Zemlje so bila tudi sinonim za velike eksplozije življenja, kot je obdobje karbona pred 350 milijoni let, ko je bila povprečna globalna temperatura za 5 stopinj toplejša od današnje. Torej, iščemo mokre eksoplanete v bivalnem območju s povprečno globalno temperaturo 5 stopinj toplejše od današnje Zemlje in imajo veliko luno.
starost:
Življenje se je začelo približno 700 milijonov let po nastanku Zemlje. Toda za razvoj kompleksnega večceličnega življenja je bilo potrebnih eone več časa. Če ima evolucija več časa, ima več možnosti, da preizkusi načine življenja. Ni jasno, kakšen je optimalen čas za razvoj kompleksnega življenja, vendar želite, da imate čim več časa, preden se jedro planeta ohladi ali matična zvezda izčrpa svoje gorivo. Poleg tega preveč časa poveča možnost, da je določen planet izpostavljen naključnim kataklizmičnim dogodkom, kot so udarci kometa. Avtorji izberejo starost 5-8 milijard let v primerjavi s 4,5 milijarde Zemlje.
S temi pogoji prispemo do planeta, ki je primeren za bivanje:
- Zemeljski planet, ki kroži znotraj bivalnega območja pritlikave matične zvezde razreda K – v primerjavi z Zemljino pritlikavo zvezdo G
- Stara 5-8 milijard let - v primerjavi z Zemljinimi 4,5 milijarde let
- 1,5-krat večja od Zemljine mase in 10 % večja od Zemlje
- Povprečna površinska temperatura za 5 stopinj Celzija toplejša – podobno kot v ogljičnem obdobju na Zemlji
- Vlažna atmosfera 25 – 30 % O2koncentracija - prav tako podobna atmosferskemu O na Zemljinem karbonu2koncentracije (trenutno smo pri 21%)
- Tektonika plošč, ki ima za posledico recikliranje površinskih hranilnih snovi in enakomerno porazdeljene vode in zemlje. Zaradi aktivne tektonike plošč ima planet verjetno tudi vrteče se staljeno jedro, ki ustvarja zaščitno magnetno polje
- Ima veliko luno z 1-10 % mase planeta in kroži na razdalji 10-100 planetarnih polmerov – Zemljina luna ima 1,2 % Zemljine mase in kroži na približno 60 zemeljskih polmerih
Torej, ali obstajajo planeti, ki izpolnjujejo pogoje!? To je solidno ... morda. Vseh teh meril ne moremo izmeriti z razdalj, ki jih opazujemo s trenutnimi tehnologijami. Na primer, še ne moremo ugotoviti, ali eksoplanet ima aktivno tektoniko plošč ali gosti luno. Lahko pa izmerimo maso eksoplaneta, ne glede na to, ali kroži znotraj bivalnega območja, ocenimo njegovo starost in razvrstimo matično zvezdo. Avtorji pri skeniranju 4000+ Keplerjevih planetov po merilih, ki so primerni za bivanje, najdejo 24 zemeljskih kandidatov, ki izpolnjujejo vsaj nekatere pogoje. 9 zvezd K v orbiti, 16 je starih med 5-18 milijard let, 5 pa je v območju 10 stopinj optimalne temperature. Od 24, ENA izpolnjuje vsa opazovana merila, KOI 5715.01, ki kroži okoli oranžne pritlikave zvezde razreda K, približno 3000 svetlobnih let od Zemlje.
sl. 1 iz Schulze-Makucha, Hellerja in Guinana 2020. Razdalje med zvezdo in planetom (vzdolž abscise) in masa gostiteljske zvezde (vzdolž ordinate) približno 4500 kandidatov za zunajsončni planet in zunajsončni planet. Temperature zvezd so označene z barvami simbolov (glej barvno vrstico). Planetarni polmeri so kodirani v velikostih simbolov (glej lestvico velikosti na dnu). Konzervativna bivalna cona, opredeljena z vlažno-rastlinjakom in maksimalnimi toplogrednimi mejami (Kopparapu et al., 2013), je označena s črnimi polnimi črtami. Zvezdne svetilnosti, potrebne za parametrizacijo teh mej, so bile vzete iz Baraffe et al. (2015) kot funkcija mase, kot je prikazano vzdolž ordinate diagrama. Podatki iz exoplanets.org od 20. maja 2019.
Je kdo doma?
Čeprav bi lahko kandidati imeli predpogoje za superbivalnost, ne vemo, ali so dejansko naseljeni. Čeprav vemo, kakšne pogoje potrebuje življenje (kot ga poznamo), da se razcveta, ne vemo, kakšni pogoji so potrebni zaizvorživljenja.Ko pa se žogica zakotali, se zdi, da je življenje zagnano v kompleksnost.
V sorodni raziskavi, ki jo je napisal tudi Dirk Schulze-Makuch in se ji pridružil William Bains z MIT, trdita, da če se življenje začne na planetu, evolucija neizogibno vodi v kompleksne, makroskopske oblike glede na bivalne okoljske razmere in dovolj časa. Schulze-Makuch in Bains sta pregledala 'ključne inovacije' ali glavne evolucijske mejnike življenja na Zemlji. Ti mejniki so se zgodili 'večkrat neodvisno v zelo različnih skupinah organizmov', kar kaže na to, da te inovacije niso niti redke niti edinstvene v evolucijskem procesu proti postopno bolj kompleksnemu življenju. In če bi se ti veliki skoki večkrat zgodili na našem planetu, ne glede na vrsto ali lokacijo, bi se morda lahko podobni mejniki zgodili tudi na drugih svetovih. Ključne inovacije so katalizirale tudi razmere, ki so skupne drugim svetom. Na primer, fotosinteza je logičen evolucijski preskok, saj bi bila najbolj bogat vir energije za življenje svetloba zvezd na površini planeta. Takrat bi lahko pričakovali, da se je tudi nezemeljsko življenje razvilo v fotosintezo. Druge napredne inovacije so bile bakterije, ki proizvajajo kisik, ki so obogatile vsebnost O2 v našem ozračju, zapletena notranja celična struktura, kompleksno genetsko kodiranje, večceličnost, veliki večcelični organizmi in končno inteligenca, ki vodi do tehnološke inteligence. Od vseh inovativnih korakov življenja sta dva, ki ju ne razumemo popolnoma, izvor življenja samega in razvoj tehnološke inteligence – začetek in najnovejši. Poleg teh dveh inovacij avtorji sklepajo, da smo ob dovolj časa, »kjer je nastalo življenje in obstaja zadosten pretok energije, prepričani, da bomo našli zapleteno življenje podobno živalim«. To morda ni tehnološko živalsko življenje, toda ČE se je življenje začelo na svetu in še posebej, če ta svet kaže super bivalnost, obstaja velika verjetnost, da kompleksno živalsko življenje prebiva na tem svetu, če je razvoj življenja na Zemlji kakršen koli znak. In to je ... vau.
Trenutno nobeden od superbivalnih kandidatov ne prebiva znotraj sto svetlobnih let, kar pomeni, da jih je težko podrobno preučiti. Toda glede na prihajajoči napredek na področju teleskopov, kot je Vesoljski teleskop James Webb in Projekt Starshade , če se odkrije bližji superbivalni kandidat, nas avtorji spodbujajo, da si podrobneje ogledamo
'...v zvezi z iskanjem zunajsončnega življenja si potencialno supernaseljeni planeti morda zaslužijo večjo prednost pri spremljanju kot večina planetov, podobnih Zemlji.'
Schulze-Makuch, Heller in Guinan 2020
Medtem obstaja EN svet, za katerega vemo, da ima življenje. Kar zadeva bivalnost, delamo veliko škode. Trajalo je milijarde let, da so pogoji postavili temelje za naš prihod na Zemljo. Vse to hitro obrnemo. Negujmo Zemljo z enakim strahospoštovanjem in spoštovanjem, kot bi podelili njeni sestrični, če bi jo našli med zvezdami.
Več za raziskovanje:
Universe Today Intervju z Dirkom Schulze-Makuchom
V iskanju planeta, boljšega od Zemlje: najboljši kandidati za supernaseljiv svet – Schulze-Makuch, Heller, Guinan 2020 (Izvorna publikacija)
Kako škodljivi so superflaresi za bivalnost planeta? – Vesolje danes
James Webb deluje odlično! Na tleh. Naslednji trik: Iz vesolja – Vesolje danes
Učinki ekstremnih sprememb nagnjenosti na bivalnost eksoplanetov – Amstrong et al 2014
Za Keplerja je konec. Najuspešnejšemu lovcu na planete, ki so ga kdaj zgradili, je končno zmanjkalo goriva in je bil pravkar ugasnjen – Universe Today Misija balona, ki bi lahko poskusila potrditi življenje na Veneri – Vesolje danes