Ranking 45 egzoplanet najbardziej podobnych do Ziemi – gdzie szukać życia?

Naukowcy zbudowali listę kilkudziesięciu skalistych egzoplanet, które najbardziej przypominają Ziemię pod kątem warunków sprzyjających życiu.

Z ponad 6 tysięcy znanych dziś egzoplanet udało się wyłuskać niewielką grupę tych, które naprawdę warto badać w pierwszej kolejności. To właśnie tam teleskopy mają największą szansę znaleźć sygnały atmosfer, wody w stanie ciekłym i procesów, które mogłyby podtrzymywać życie.

45 najbardziej obiecujących „drugich Ziem”

Zespół kierowany przez Lisę Kaltenegger z Instytutu Carla Sagana na Uniwersytecie Cornella przeanalizował ogromną bazę egzoplanet i stworzył katalog 45 skalistych globów o najlepszych parametrach do poszukiwania życia. Wykorzystano w tym celu niezwykle dokładne dane z misji Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej, które pozwalają precyzyjnie określać właściwości gwiazd i krążących wokół nich planet.

Astronomowie zaczęli od pełnej „spisu” znanych egzoplanet, a następnie stosowali kolejne filtry: typ planety, odległość od gwiazdy, ilość otrzymywanego promieniowania, możliwość istnienia wody w stanie ciekłym. Gdy skupiono się jedynie na skalistych światach, na liście pozostały zaledwie dziesiątki obiektów.

Przeczytaj również: Te planety naukowcy typują dziś jako najlepsze adresy dla życia

Katalog 45 egzoplanet zamienia chaotyczną listę tysięcy obcych światów w konkretne cele, które można badać pod kątem śladów życia.

Dla bardziej konserwatywnych założeń, w których zakres „przyjaznych” warunków jest węższy, zespół Kaltenegger wyróżnił jeszcze mniejszą grupę – 24 naprawdę surowo wyselekcjonowane planety. To one stanowią absolutny pierwszy rzut do szczegółowych badań najnowszymi teleskopami.

Strefa życia – pierwsze sito dla obcych światów

Kluczowym pojęciem w całym badaniu jest tzw. strefa nadająca się do zamieszkania, czyli obszar wokół gwiazdy, w którym na powierzchni planety może utrzymywać się ciekła woda. To nie gwarancja życia, ale podstawowy warunek, by chemia mogła działać wystarczająco długo i intensywnie.

Przeczytaj również: James Webb zagląda w „donuta” z pyłu wokół aktywnej galaktyki

Ziemia leży wygodnie wewnątrz tej strefy w naszym Układzie Słonecznym. Wenus prawdopodobnie przekroczyła jej „gorący” brzeg – tam warunki stały się zbyt ekstremalne, by utrzymać oceany. Mars z kolei znalazł się już po stronie „zimnej”, przez co woda na jego powierzchni długo nie wytrzymała.

Ta trójka sąsiadów świetnie pokazuje, jak niewielka zmiana odległości od gwiazdy potrafi zamienić stosunkowo podobne światy w zupełnie odmienne środowiska: od piekielnej Wenus po suchy i chłodny Mars.

Przeczytaj również: Meteoryt nad Europą robi dziurę w dachu. Naukowcy już zbierają okazy

Jak gwiazda zmienia położenie strefy życia

Położenie strefy nadającej się do zamieszkania zależy od typu gwiazdy. Im gwiazda jaśniejsza i gorętsza, tym dalej od niej musi krążyć planeta, by nie zamienić się w rozgrzany do czerwoności glob. Słabe, chłodne gwiazdy przesuwają tę strefę znacznie bliżej.

Różne kolory i typy gwiazd oznaczają też inny rozkład długości fal światła, co wpływa na to, jak atmosfera planety pochłania ciepło. Dlatego granice strefy życia nie są „sztywnym” pierścieniem, lecz zmieniają się wraz z typem gwiazdy.

Im bliżej, tym lepiej: sąsiednie egzoplanety na celowniku

Nawet najlepsza kandydatka do roli „drugiej Ziemi” jest mało użyteczna, jeśli znajduje się tak daleko, że dzisiejsze instrumenty nie są w stanie jej porządnie zbadać. Odległość gra tu ogromną rolę. Zespół Kaltenegger wskazuje, że kilka z 45 planet leży na tyle blisko, że obecne teleskopy mogą już próbować analizować ich atmosfery.

Jednym z najciekawszych układów jest system z czterema planetami w odległości około 40 lat świetlnych. Inny, także bardzo obiecujący glob, znajduje się nieco poniżej 50 lat świetlnych od Ziemi. W skali kosmicznej to wręcz nasza najbliższa okolica.

• układ z czterema skalistymi planetami około 40 lat świetlnych od Ziemi,
• pojedyncza, dobrze rokująca planeta niespełna 50 lat świetlnych od nas,
• kilka globów otrzymujących podobną ilość światła, jak Ziemia ze Słońca.

Część z tych światów krąży wokół małych, słabych gwiazd – tzw. czerwonych karłów. Taka konfiguracja ma jedną przewagę: stosunkowo łatwo wykryć tranzyty planet i badać ich parametry, bo blask gwiazdy nie przytłacza sygnału tak mocno, jak w przypadku dużych, jasnych słońc.

Jak sprawdzić, czy planeta ma atmosferę

Sam fakt, że egzoplaneta istnieje i leży w strefie sprzyjającej wodzie, jeszcze niewiele mówi o jej realnych warunkach. Kluczowe pytanie brzmi: czy ma atmosferę i co w niej krąży. Tutaj w grę wchodzą dwie główne techniki obserwacyjne.

Planety przesłaniające gwiazdę

Najsilniejszymi kandydatami do szczegółowych badań stały się planety tranzytujące, czyli takie, które z naszej perspektywy przechodzą na tle swojej gwiazdy. Gdy glob „wjeżdża” na tarczę gwiazdy, część światła przenika przez jego atmosferę. To pozwala teleskopom odczytać delikatne zmiany w widmie, a z nich wywnioskować skład chemiczny otoczki gazowej.

Jeśli w takim widmie pojawiają się sygnały pary wodnej, metanu, dwutlenku węgla czy tlenu, naukowcy mogą zacząć układać scenariusze procesów zachodzących na powierzchni i w atmosferze. W tym – scenariusze, w których pewne gazy powstają w dużej ilości wyłącznie dzięki aktywności biologicznej.

Bezpośrednie obrazowanie odległych globów

Drugie podejście to tzw. bezpośrednie obrazowanie. Teleskopy próbują wówczas odseparować słabiutki blask planety od oślepiającego światła gwiazdy. To ekstremalnie trudne zadanie, bo planeta jest zwykle miliony, a nawet miliardy razy słabsza niż jej słońce.

Nowy katalog stara się dopasować planety do metod: część obiektów najlepiej badać tranzytami, inne lepiej nadają się do bezpośredniego obrazowania. Dzięki temu obserwatoria, takie jak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, przyszły teleskop Roman czy gigantyczne instrumenty naziemne, mogą planować kampanie obserwacyjne z większą precyzją.

Na granicy warunków do życia

Interesująco prezentują się też planety leżące na samych brzegach strefy nadającej się do zamieszkania. Część z nich krąży bliżej swoich gwiazd, przez co w dłuższej skali czasu rosnące temperatury mogą odparować oceany i pozbawić powierzchnię wody. To scenariusz podobny do tego, który mógł spotkać Wenus.

Inne egzoplanety znajdują się z kolei na zimniejszych obrzeżach, gdzie utrzymanie ciekłej wody staje się coraz trudniejsze. Jeśli okaże się, że niektóre z tych globów wciąż posiadają stabilne oceany i atmosfery, trzeba będzie skorygować nasze wyobrażenie o tym, gdzie kończy się „bezpieczna” strefa dla życia.

Planety na granicach strefy nadającej się do zamieszkania służą jak naturalne laboratoria, w których można śledzić moment załamania warunków przyjaznych życiu.

Orbity, które wybijają z klimatycznego rytmu

Nie wszystkie obiecujące egzoplanety krążą po idealnie kołowych orbitach. Część z nich porusza się po wydłużonych ścieżkach, co oznacza, że w trakcie jednego obiegu planety okresowo zbliżają się do gwiazdy, a później się od niej oddalają. To tzw. mimośrodowość orbity.

Takie wahania odległości mogą powodować naprzemienne okresy silnego ogrzewania i wyraźnego ochładzania. Naukowcy chcą sprawdzić, czy atmosfery i oceany są w stanie „wygładzić” te skoki i utrzymać względnie stabilny klimat. Jeśli tak, zakres orbit, w których mogłoby rozwijać się życie, okaże się szerszy, niż obecnie się zakłada.

Dlaczego wiek egzoplanety ma znaczenie

Zespół Kaltenegger wziął pod uwagę również wiek systemów planetarnych. Wśród gwiazd, dla których dało się oszacować wiek, 17 gospodarzy i 24 planety wydają się starsze niż Ziemia. Długi czas istnienia może oznaczać więcej okazji na ukształtowanie się złożonej chemii, a nawet ewentualnej biosfery, choć nie ma tu prostej reguły.

Na przebieg historii planety wpływa przecież nie tylko wiek, lecz także intensywność uderzeń asteroid, skład chemiczny, obecność tektoniki płyt czy długotrwałe erupcje wulkaniczne. Starszy układ może jednak przechowywać w atmosferze ślady długiej ewolucji chemicznej, co dla astronomów jest niezwykle cenne.

Mocne gwiezdne wybuchy jako zagrożenie dla atmosfer

Katalog uwzględnia też ryzyko związane z aktywnością gwiazd. Wiele najbardziej obiecujących egzoplanet krąży wokół małych, czerwonych gwiazd, które często emitują gwałtowne rozbłyski. Takie erupcje mogą stopniowo zdzierać atmosferę planety lub wystawiać powierzchnię na intensywne promieniowanie.

Lisa Kaltenegger podkreśla, że życie może być znacznie bardziej odporne, niż dziś zakładamy. Mimo to właśnie te planety, które najłatwiej badać, mogą okazać się jednocześnie wyjątkowo surowymi miejscami dla organizmów żyjących na powierzchni.

Nowe teleskopy a realne szanse na ślady życia

Lista 45 egzoplanet nie jest zbiorem przypadkowych ciekawostek. To praktyczne narzędzie dla zespołów planujących obserwacje. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba już teraz bada atmosfery niektórych odległych globów. W najbliższych latach dołączą do niego teleskop Roman i ogromne obserwatoria naziemne, które będą w stanie wykrywać coraz subtelniejsze sygnały.

Naukowcy mówią wprost: gdyby ludzkość kiedyś zbudowała „ostatnią szansę” – sondę wysłaną specjalnie po to, by poszukać życia poza Układem Słonecznym – to właśnie planety z tego katalogu byłyby naturalnymi punktami nawigacyjnymi. Każdy sukces lub brak widocznych biosygnatur pomoże udoskonalić instrumenty, modele i sposób wybierania kolejnych celów.

W miarę napływu lepszych danych część z obecnych faworytów może wypaść z gry, inne planety – dziś jeszcze słabo poznane – przesuną się na szczyt listy. Proces będzie się więc zmieniał, ale już teraz kosmiczne łowy na ślady życia przestają przypominać strzelanie na ślepo w kierunku losowych gwiazd.

Dla czytelników przyzwyczajonych do szybkich newsów warto wyjaśnić jeszcze jedną rzecz: poszukiwanie życia na egzoplanetach to długi maraton, a nie sprint. Każde „nie” jest równie cenne jak potencjalne „tak”, bo zawęża zakres warunków, w których szukamy. Dzisiejszy katalog 45 skalistych globów to tak naprawdę starannie ustawiona mapa – wskazuje, gdzie teleskopy mają największą szansę trafić na coś, co naprawdę zmieni nasze myślenie o miejscu Ziemi w kosmosie.