45 skalistych planet, na których życie ma realną szansę istnieć

Astronomowie wytypowali niewielką grupę spośród tysięcy znanych już egzoplanet, na których warunki najbardziej sprzyjają życiu.

To nie jest kolejna lista „ciekawych kosmicznych obiektów”, tylko konkretny katalog 45 skalistych globów, gdzie przyszłe teleskopy mają największą szansę wychwycić oznaki życia. Naukowcy przejrzeli ponad 6 tysięcy znanych egzoplanet i odfiltrowali te, które tylko z pozoru wydają się podobne do Ziemi.

45 egzoplanet z największym potencjałem na życie

Międzynarodowy zespół astronomów, kierowany przez Lisę Kaltenegger z Carl Sagan Institute przy Uniwersytecie Cornella, przeanalizował dane z misji Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej. Z obszernego katalogu planet wybrano wyłącznie obiekty skaliste, bo to właśnie na takich globach – jak Ziemia czy Mars – najłatwiej wyobrazić sobie stabilne warunki sprzyjające chemii życia.

Po zastosowaniu kolejnych filtrów na krótkiej liście zostało 45 planet, które łączą trzy cechy: są skaliste, znajdują się w strefie sprzyjającej ciekłej wodzie i można je obserwować obecnymi lub planowanymi teleskopami. Dla jeszcze bardziej rygorystycznych kryteriów naukowcy zidentyfikowali węższą podgrupę 24 „najlepszych z najlepszych”.

Przeczytaj również: Hiszpania powoli się obraca. Naukowcy mierzą to w milimetrach

Te 45 egzoplanet to nie luźna ciekawostka, lecz priorytetowa „lista celów”, na których można w praktyce szukać sygnałów życia w ich atmosferach.

Dlaczego tak agresywne cięcie listy jest potrzebne? Czas obserwacji najdroższych teleskopów jest skrajnie ograniczony. Uporządkowany katalog pozwala przejść od romantycznych pytań o życie we wszechświecie do chłodnej strategii: który obiekt badamy najpierw, a który może poczekać dekady.

Co to w ogóle jest strefa sprzyjająca życiu?

Astronomowie używają pojęcia „strefa sprzyjająca życiu” jako pierwszego sita. To odległość od gwiazdy, w której na powierzchni planety woda może pozostawać w stanie ciekłym przez długi czas. Jeśli jest zbyt gorąco, jak na Wenus, woda wyparuje lub rozpadnie się w atmosferze. Jeśli zbyt zimno, jak na Marsie, wodne rezerwuary zamarzną i znikną z powierzchni.

Przeczytaj również: Małe wyspy koło Sycylii, które skradną serce fanom spokojnej Italii

Nasza planeta znajduje się komfortowo w środku takiej strefy. Z kolei Wenus najprawdopodobniej przekroczyła gorącą granicę, a Mars znalazł się poza stroną „lodową”. Nowy katalog przenosi tę analogię na inne układy: wskazuje planety, które w świetle dostępnych danych mieszczą się w podobnym „pasie wody” wokół swoich gwiazd.

Sama skała i woda to za mało, by mówić o życiu, ale bez ciekłej wody chemia biologiczna nie ma gdzie i kiedy się rozkręcić.

Badacze korzystali z zaawansowanych modeli, które uwzględniają typ gwiazdy, jej temperaturę, jasność, a także to, jak różne długości fal ogrzewają atmosferę planety. Dla czerwonych, chłodniejszych gwiazd strefa sprzyjająca życiu leży znacznie bliżej niż w przypadku gwiazd podobnych do Słońca.

Przeczytaj również: Gigantyczne kolosy sprzed drzew: tajemnicze życie, które zniknęło z Ziemi

Im bliżej, tym lepiej: sąsiednie systemy na celowniku

Odległość do egzoplanety decyduje o tym, ile jesteśmy w stanie z niej „wyciągnąć” za pomocą teleskopów. W katalogu wyróżnia się kilka układów położonych na tyle blisko, że już obecnie można badać ich atmosfery.

• Jeden z sąsiednich systemów zawiera cztery obiecujące planety w odległości około 40 lat świetlnych.
• Inny szczególnie interesujący glob krąży nieco poniżej 50 lat świetlnych od Ziemi.
• Część z tych obiektów otrzymuje ilość energii z gwiazdy zbliżoną do tego, co dostaje Ziemia od Słońca.

Co ciekawe, wiele z tych światów krąży wokół niewielkich, ciemniejszych gwiazd typu czerwonego karła. To ułatwia pracę astronomom: mała gwiazda świeci słabiej, więc względny wpływ planety na obserwowany sygnał jest wyraźniejszy. Takie planety łatwiej wychwycić, śledzić i badać w dłuższym czasie.

Jak sprawdzić, czy mają atmosferę?

Planety tranzytujące – naturalne „podświetlenie” atmosfery

Wiele z wytypowanych obiektów to tzw. planety tranzytujące. Z perspektywy Ziemi przechodzą one na tle tarczy swojej gwiazdy, delikatnie ją przyciemniając. Podczas takiego przejścia część promieniowania gwiazdy przenika przez cienką warstwę gazu otaczającą planetę – jeśli taka warstwa w ogóle istnieje.

Teleskopy kosmiczne potrafią rozszczepić to światło na widmo i zidentyfikować charakterystyczne „podpisy” różnych cząsteczek, takich jak para wodna, dwutlenek węgla czy metan. Zestaw tych linii absorpcyjnych może zdradzać skład atmosfery, ciśnienie, a nawet przybliżoną temperaturę.

Bezpośrednie obrazowanie – wyłuskanie planety z blasku gwiazdy

Druga metoda to bezpośrednie obrazowanie. W tym podejściu teleskopy próbują odfiltrować oślepiający blask gwiazdy i wyizolować niezwykle słaby sygnał samej planety. To technicznie ekstremalne wyzwanie, ale nowe instrumenty – od teleskopu Jamesa Webba po planowane gigantyczne teleskopy naziemne – zostały zaprojektowane właśnie z myślą o takich zadaniach.

Katalog uporządkował planety także pod kątem techniki obserwacji: które nadają się najlepiej do tranzytów, a które do bezpośredniego obrazowania.

Dzięki temu przyszłe kampanie badawcze mogą od razu dobierać odpowiedni instrument do konkretnego celu, zamiast tracić czas na próbne, mało efektywne obserwacje.

Planety na granicy możliwych warunków do życia

Część z 45 globów leży przy samych krańcach strefy sprzyjającej życiu – zarówno od strony „piekarnika”, jak i „zamrażarki”. Wewnętrzne obiekty są tak blisko swoich gwiazd, że z czasem mogą utracić powierzchniowe zbiorniki wody, a w skrajnym scenariuszu całkowicie wyparować lżejsze składniki atmosfery.

Te położone dalej zmagają się z problemem utrzymania temperatur umożliwiających istnienie ciekłej wody. Teoretyczne modele przewidują tam częste zamarzanie oceanów, grubą pokrywę lodu i potencjalnie cienką, rozrzedzoną atmosferę.

Jeśli obserwacje pokażą coś innego, niż obecnie przewidują modele, astrofizycy będą musieli przesunąć granice strefy sprzyjającej życiu. Innymi słowy: każda z tych planet testuje, jak daleko da się rozciągnąć zakres warunków sprzyjających biologii.

Orbity, które rozgrzewają i wychładzają planetę na zmianę

Nie wszystkie wytypowane egzoplanety krążą po ładnych, prawie kołowych orbitach. Część z nich porusza się po wydłużonych torach, z dużą ekscentrycznością. W praktyce oznacza to okresowe zbliżanie się i oddalanie od gwiazdy, a więc powtarzające się fazy intensywnego nagrzewania i chłodniejszej „zimy”.

Astronomowie liczą, że analiza takich przypadków pokaże, czy atmosfera i oceany potrafią amortyzować tak gwałtowne zmiany. Jeśli tak, życie miałoby szansę przetrwać cykliczne ekstremalne warunki. Jeśli nie, te światy będą dobrym przykładem, gdzie przyroda już sobie nie radzi.

Wiek planet: starsze układy, dłuższa historia

Zespół Kaltenegger sprawdził także, ile lat mogą mieć analizowane gwiazdy i ich planety. Wśród obiektów, dla których dało się oszacować wiek, 17 gwiazd i 24 planety wydaje się starszych niż Ziemia. Dłuższa historia nie musi oznaczać, że życie miało więcej czasu na rozwój – tempo ewolucji zależy od geologii, chemii, a także od liczby kosmicznych katastrof.

Starsze systemy mogą jednak zachowywać w atmosferach ślady procesów, które trwały miliardy lat, co czyni je niezwykle atrakcyjnymi celami obserwacyjnymi.

Jeżeli w ich gazowych otoczkach znajdą się stabilne sygnały gazów typowych dla procesów biologicznych, zestawienie ich z wiekiem układu da wskazówkę, jak długo takie procesy mogły postępować.

Małe, aktywne gwiazdy – szansa i zagrożenie naraz

Wiele z omawianych planet krąży wokół czerwonych karłów. To bardzo rozpowszechniony typ gwiazdy w galaktyce, więc z punktu widzenia statystyki to dobre wieści. Te gwiazdy bywają jednak niezwykle kapryśne: często wyrzucają potężne rozbłyski i strumienie naładowanych cząstek, które mogą erodować atmosferę pobliskich planet.

Kaltenegger zwraca uwagę, że życie może okazać się znacznie bardziej odporne, niż dzisiaj zakładamy. Jednocześnie ostrzega, że te planety, które najłatwiej obserwować, mogą paradoksalnie być jednymi z najmniej przyjaznych dla organizmów na powierzchni. Różnica może tkwić w grubości atmosfery, sile pola magnetycznego i obecności wody pod powierzchnią.

Nowe teleskopy i plan gry na kolejne dekady

Cała lista 45 planet powstaje po to, by realne programy obserwacyjne miały jasny punkt wyjścia. Teleskop Jamesa Webba, przyszły teleskop Roman, a także budowane gigantyczne obserwatoria naziemne będą sortować cele według odległości, jasności gwiazdy, rozmiaru planety i geometrii układu.

Badacze mówią wprost: nawet niepowodzenia będą cenne. Jeśli żadna z najlepiej rokujących planet nie pokaże oznak życia, dostaniemy sygnał, że trzeba zmienić założenia – być może szukać innych typów sygnatur albo w zupełnie innych środowiskach, na przykład w grubych atmosferach czy pod lodowymi skorupami.

Dlaczego ta lista ma znaczenie dla zwykłego czytelnika

Informacja o tym, że istnieje 45 najbardziej obiecujących skalistych egzoplanet, to nie tylko ciekawostka dla fanów astrofizyki. To realna mapa drogowa dla kolejnych misji kosmicznych. W przyszłości, gdy pojawią się pomysły na międzygwiezdne sondy, właśnie takie katalogi wskażą konkretne cele. Naukowcy już teraz mówią o „awaryjnej” misji, która w bardzo dalekiej przyszłości mogłaby polecieć do jednego z takich układów.

Dla nauki o życiu to również laboratorium ekstremów. Każda z tych planet testuje inną kombinację warunków: od spokojnych orbit po chaotyczne trajektorie, od umiarkowanego promieniowania po brutalne rozbłyski gwiazd. Zestawiając dane z wielu obiektów, badacze budują coraz bardziej precyzyjną mapę, gdzie w kosmosie chemia ma szansę przejść w biologię.

W praktyce oznacza to, że w kolejnych latach możemy usłyszeć o nowych pomiarach z tych samych, powtarzających się nazw egzoplanet. Zamiast setek anonimowych numerów dostaniemy krótką, rozpoznawalną listę kilku dziesiątek najbardziej obiecujących miejsc, w których teleskopy będą „polować” na atmosferyczne ślady procesów przypominających życie, jakie znamy z Ziemi lub czegoś od niego zaskakująco odmiennego.