Te egzoplanety dają największą szansę na znalezienie życia pozaziemskiego

Nowa analiza opublikowana w czasopiśmie „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society” porządkuje chaos kosmicznych kandydatów. Zamiast wpatrywać się na oślep w przypadkowe planety, badacze wyznaczyli listę najbardziej obiecujących światów, gdzie mogły powstać organizmy podobne do ziemskich – albo zupełnie inne, ale oparte na tej samej fizyce i chemii.

Jak z tysięcy planet wybrać te najciekawsze?

Znanych egzoplanet jest już około sześciu tysięcy i liczba ta rośnie z roku na rok. Tylko niewielka część z nich ma choćby cień szansy na to, by przypominać Ziemię pod względem warunków środowiskowych. Zespół astronomów postanowił więc przygotować coś w rodzaju „shortlisty” najciekawszych celów do dalszych badań.

Naukowcy skupili się przede wszystkim na planetach skalistych – podobnych wielkością do Ziemi – oraz na ich położeniu wobec macierzystej gwiazdy. Tak powstała grupa obiektów, które:

• krążą w tzw. strefie zamieszkiwalnej, gdzie może istnieć ciekła woda,
• otrzymują od swojej gwiazdy odpowiednią ilość energii,
• mają orbitę sprzyjającą stabilnemu klimatowi, nawet jeśli nie jest idealnie kołowa,
• są możliwe do obserwacji obecnymi i planowanymi teleskopami, szczególnie przez James Webb Space Telescope.

Badacze podkreślają, że pierwszy krok to nie odpowiedź na pytanie „gdzie jest życie?”, ale znaczne zawężenie pola poszukiwań do najbardziej rokujących planet.

Strefa zamieszkiwalna – gdzie w kosmosie „pasuje” woda

Kluczem w nowej pracy jest lepsze zrozumienie strefy zamieszkiwalnej. To obszar wokół gwiazdy, w którym na powierzchni planety może utrzymywać się ciekła woda – ani za gorąco, ani za zimno. Granice tej strefy nie są jednak stałe, bo zależą od rodzaju gwiazdy i jej promieniowania.

Przeczytaj również: Fizycy z CERN namierzyli niezwykłą cząstkę cztery razy cięższą od protonu

Gwiazda chłodniejsza i bardziej czerwona ogrzewa planety w inny sposób niż gwiazda gorętsza i bielsza. To wpływa na atmosferę, chmury i bilans energetyczny planety. Zespół badawczy przeanalizował, jak zmieniają się te granice dla różnych typów gwiazd, a następnie sprawdził, które znane egzoplanety faktycznie w nie wpadają.

Ważne okazały się także planety leżące nie tylko w samym „środku” strefy, ale też przy jej wewnętrznej i zewnętrznej granicy. Dzięki temu można śledzić, jak niewielkie zmiany ilości energii potrafią zniszczyć lub zachować warunki sprzyjające powstaniu życia.

Przeczytaj również: Dlaczego marchewka jest pomarańczowa? Ma to związek z jednym krajem

Ile energii to za dużo dla planety?

Sam fakt przebywania w strefie zamieszkiwalnej nie wystarcza. Równie istotna jest ilość energii, jaką planeta otrzymuje od swojej gwiazdy w dłuższej skali czasu. Zbyt duży dopływ promieniowania prowadzi do efektu podobnego do Wenus – oceany (jeśli w ogóle powstaną) szybko odparowują, a atmosfera wypełnia się gęstą warstwą gazów cieplarnianych.

Z kolei przy zbyt małym dopływie energii planeta może zamarznąć niemal całkowicie. Zespół wyliczył zakres wartości, w którym istnieje sens szukać ciekłej wody na powierzchni. Ten sam parametr pozwala zrozumieć, jak może zmieniać się klimat planety wraz z ewolucją gwiazdy.

Przeczytaj również: Horoskop od 11 marca: te 3 znaki zodiaku mają mieć wyjątkową passę

Astronomowie wyraźnie akcentują, że obserwacje planet przy granicach strefy zamieszkiwalnej pomagają uchwycić momenty, gdy nadające się do zamieszkania warunki są tracone bezpowrotnie.

Ekscentryczne orbity, zmienne klimaty

Badacze przyjrzeli się też egzoplanetom o wydłużonych, „ekscentrycznych” orbitach. Taka planeta okresowo zbliża się do gwiazdy i się oddala, co mocno zmienia ilość otrzymywanej energii. Intuicyjnie wydaje się to niekorzystne, ale modele pokazały, że część z takich światów wciąż może utrzymywać stabilne, sprzyjające życie warunki – zwłaszcza jeśli mają gęstą atmosferę lub ocean, który działa jak bufor energii.

James Webb i nowe spojrzenie na atmosfery egzoplanet

Sam wybór kandydatów to dopiero początek. Prawdziwa gra zaczyna się w momencie, gdy ich atmosfery trafią pod lupę teleskopów nowej generacji. Najważniejszym narzędziem jest tu James Webb Space Telescope, który potrafi analizować skład chemiczny atmosfer egzoplanet, badając zmiany widma gwiazdy w trakcie tranzytu planety.

Naukowcy zestawili więc fizyczne parametry wytypowanych planet z możliwościami JWST oraz innych instrumentów. Część z nich okazała się wyjątkowo „wdzięcznymi” celami do obserwacji – są odpowiednio duże, stosunkowo blisko Ziemi i w sprzyjającym układzie do badania tranzytów.

Autorzy pracy opisują swoje zestawienie jako mapę, która mówi, dokąd warto skierować teleskopy dziś, a dokąd kiedyś polecieć w faktycznej misji załogowej lub automatycznej.

Co istotne, astronomowie nie ograniczają się do szukania „drugiej Ziemi”. Biorą pod uwagę możliwość istnienia życieform znacznie odmiennych od ziemskich organizmów, ale wciąż wpływających w wykrywalny sposób na atmosferę – na przykład poprzez produkcję charakterystycznych gazów.

Nauka inspirowana fantastyką naukową

W badaniu pojawia się odniesienie do powieści „Project Hail Mary”, w której bohater mierzy się z obcymi organizmami żyjącymi w ekstremalnych warunkach kosmicznych. To nieprzypadkowa metafora: współcześni astrobiolodzy coraz poważniej traktują scenariusze, w których życie oparte na biochemii innej niż ziemska potrafi funkcjonować w niespodziewanych miejscach.

Tę zmianę w myśleniu dobrze oddaje fakt, że lista „najlepszych” planet nie obejmuje wyłącznie kopii Ziemi. Wśród kandydatów są również światy krążące wokół chłodnych czerwonych karłów, planety z nieco wyższym strumieniem energii niż u nas czy obiekty z orbitami odbiegającymi od wzorcowej kołowej ścieżki.

Kosmiczna lista priorytetów na przyszłe misje

Nowe badanie ma bardzo praktyczny wymiar. Agencje kosmiczne i zespoły projektujące kolejne teleskopy muszą wybierać, którym obiektom poświęcić cenny czas obserwacyjny. Zamiast rozpraszać się na setki przypadkowych celów, mogą teraz ustawić priorytety w oparciu o spójną analizę fizycznych warunków na poszczególnych egzoplanetach.

Lista przygotowana przez astronomów wskazuje planety:

• najłatwiej dostępne dla James Webb Space Telescope,
• interesujące z punktu widzenia astrobiologii (szansa na ciekłą wodę, stabilny klimat, obecność atmosfery),
• dobrze położone dla obserwacji naziemnych i przyszłych teleskopów kosmicznych.

W dalszej perspektywie taka „mapa celów” może wyznaczyć kierunki pierwszych wypraw międzygwiazdowych sond. Jeśli ludzkość kiedyś zbuduje rzeczywistą wersję statku inspirowanego wspomnianą powieścią, lista przygotowana już dziś podpowie, dokąd warto go wysłać w pierwszej kolejności.

Dlaczego ta praca ma znaczenie dla Ziemi?

Choć mowa o odległych układach, sama metodologia ma bardzo przyziemne konsekwencje. Analiza bilansu energetycznego egzoplanet i granic strefy zamieszkiwalnej pokazuje, jak niewielkie zmiany w dopływie promieniowania mogą przechylić równowagę klimatyczną całej planety.

Te same równania opisują wrażliwość Ziemi na wzrost efektu cieplarnianego. Patrząc na hipotetyczne losy obcych światów, naukowcy lepiej rozumieją, jak blisko lub jak daleko jesteśmy od punktu, w którym nasza własna planeta mogłaby utracić stabilne warunki sprzyjające zaawansowanemu życiu.

Dla czytelnika może to być zaskakujące, ale badanie odległych egzoplanet często wraca z bardzo konkretnymi lekcjami o naszej codzienności. Modele opracowywane na potrzeby astrobiologii wykorzystuje się później w prognozach klimatycznych, w projektowaniu satelitów monitorujących atmosferę Ziemi czy nawet w planowaniu przyszłych baz na Księżycu i Marsie.

Jeżeli w kolejnych latach usłyszysz o spektakularnej informacji o możliwych śladach życia na jakiejś egzoplanecie, istnieje duża szansa, że będzie to jedna z planet z obecnie tworzonej listy priorytetów. Dzisiejsza praca narzędziowa ustawia reflektory dokładnie tam, gdzie statystycznie najbardziej opłaca się szukać odpowiedzi na pytanie, czy w kosmosie naprawdę nie jesteśmy sami.