Te planety astronomowie typują jako najlepszych kandydatów na życie

Część z ponad 6 tysięcy znanych egzoplanet wyróżnia się tak bardzo, że naukowcy wskazują je jako najpoważniejszych kandydatów na siedliska życia.

Nowa analiza opublikowana w prestiżowym czasopiśmie naukowym zawęża listę potencjalnie zamieszkałych planet do kilku szczególnie obiecujących celów. Badacze przejrzeli tysiące znanych egzoplanet i wybrali te, które – z punktu widzenia fizyki, chemii i astronomii – mają największe szanse sprzyjać powstaniu lub przetrwaniu życia.

Nowa mapa poszukiwań życia poza Ziemią

Autorzy pracy sięgnęli po dane o egzoplanetach krążących wokół różnych typów gwiazd i próbowali odpowiedzieć na proste pytanie: gdzie w pierwszej kolejności kierować teleskopy, jeśli naprawdę chcemy trafić na ślady obcych organizmów? Zamiast patrzeć na wszystkie planety po równo, skupili się na zestawie bardzo konkretnych warunków fizycznych.

Naukowcy wskazują grupę „priorytetowych” planet, które najbardziej opłaca się obserwować, bo statystycznie to tam warunki sprzyjające życiu występują najczęściej.

W praktyce oznacza to odejście od dość ogólnego podejścia w stylu „szukamy wszędzie, gdzie może być woda”, na rzecz precyzyjnej listy celów. Dla przyszłych misji kosmicznych to ogromna oszczędność czasu, pieniędzy i mocy obliczeniowych.

Strefa zamieszkiwalna – nie tylko odległość od gwiazdy

Kluczowe pojęcie w badaniu to tak zwana strefa zamieszkiwalna. Chodzi o obszar wokół gwiazdy, w którym na powierzchni skalistej planety może występować ciekła woda. Do tej pory często przedstawiano ją w uproszczeniu jako „zielony pasek” na schematach, ale w rzeczywistości sytuacja wygląda znacznie subtelniej.

Badacze zwracają uwagę na kilka krytycznych czynników:

• dokładne położenie planety w strefie zamieszkiwalnej – bliżej wewnętrznej, środkowej czy zewnętrznej krawędzi,
• kształt orbity , czyli mimośrodowość – czy planeta porusza się po prawie okręgu, czy po wyraźnie wydłużonej elipsie,
• bilans energetyczny , czyli ile energii od gwiazdy planeta realnie otrzymuje i jak ją oddaje w kosmos,
• typ gwiazdy , a więc kolor i widmo emitowanego światła, które inaczej ogrzewa atmosferę.

Planeta zbyt blisko gwiazdy może ulec gwałtownemu przegrzaniu, a zbyt daleko – zamienić się w lodową kulę. Co ciekawe, naukowcy szczególnie przyglądają się obiektom położonym przy wewnętrznej i zewnętrznej granicy strefy, bo tam wahania energii są największe i najszybciej decydują o tym, czy życie ma szanse przetrwać.

Planety o „dziwnych” orbitach też mają szansę

Wiele z obecnie znanych egzoplanet nie krąży po ładnych, niemal idealnych okręgach, jak Ziemia. Ich orbity bywają mocno eliptyczne, przez co w jednym fragmencie roku są bliżej gwiazdy, a w innym – znacznie dalej. Intuicja podpowiada, że to kiepska wiadomość dla stabilnego klimatu, ale badanie pokazuje bardziej złożony obraz.

Nawet planety o mocno wydłużonych orbitach mogą przez znaczną część „roku” utrzymywać warunki przyjazne ciekłej wodzie, jeśli ich atmosfera i powierzchnia potrafią odpowiednio gromadzić ciepło.

Naukowcy biorą to pod uwagę, budując modele, które dla każdej planety wyliczają realne zakresy temperatur i ilości docierającej energii. Zestawiają to z typem gwiazdy, bo czerwony karzeł ogrzewa inaczej niż jasne, żółte Słońce podobne do naszego.

Jak badacze definiują „nadaje się do życia”

W centrum analizy znajduje się pojęcie zamieszkiwalności, ale rozumiane bardzo technicznie. Nie chodzi tylko o to, czy dałoby się chodzić tam w skafandrze, ale przede wszystkim o możliwość istnienia stabilnej wody w stanie ciekłym oraz o zakres energii, który nie niszczy cząsteczek organicznych.

W uproszczeniu planety dzielą się na kilka kategorii:

Właśnie te pierwsze dwie grupy najmocniej interesują zespół stojący za badaniem. Dają nie tylko szansę na napotkanie biosygnatur – śladów życia w atmosferze – ale i pozwalają prześledzić, kiedy i jak planeta traci zdolność do podtrzymywania organizmów.

Kiedy planeta „traci” życie

Jednym z ważnych aspektów pracy jest patrzenie na zamieszkiwalność jak na proces w czasie, a nie na statyczny stan. Planeta może być przyjazna dla życia przez miliard lat, po czym niewielka zmiana mocy gwiazdy lub składu atmosfery przesuwa ją poza bezpieczny zakres energii.

Analiza takich „granicznych” planet pozwala określić, ile energii jest jeszcze akceptowalne dla życia, a przy jakim poziomie powierzchnia zaczyna się nieodwracalnie przegrzewać albo zamarzać.

To ważne również dla zrozumienia losu Ziemi w dłuższej skali czasu, bo nasze Słońce także stopniowo zmienia jasność, a klimat reaguje na to z pewnym opóźnieniem.

James Webb Space Telescope jako główne narzędzie łowców życia

Autorzy pracy wyraźnie wskazują, że cała ta klasyfikacja nie jest wyłącznie ćwiczeniem „na papierze”. Lista najciekawszych planet powstała z myślą o konkretnych obserwacjach za pomocą James Webb Space Telescope oraz kolejnych dużych obserwatoriów, które już powstają lub są planowane.

JWST potrafi analizować skład atmosfer egzoplanet, gdy te przechodzą przed tarczą swojej gwiazdy. Światło przeciskające się przez cienką warstwę gazu wokół planety niesie w sobie ślady konkretnych cząsteczek, takich jak para wodna, metan, dwutlenek węgla czy tlen.

Dla każdej z wytypowanych planet naukowcy mogą zaplanować obserwacje, które sprawdzą, czy w atmosferze występują gazy sprzyjające życiu lub powstające w wyniku aktywności biologicznej.

W badaniu pada też odniesienie do popularnej powieści science fiction, gdzie ludzkość ratuje się, szukając obcych organizmów w innych układach. To lekki sygnał, że nauka coraz częściej korzysta z kultury popularnej, aby tłumaczyć złożone pojęcia i przyciągać uwagę do poważnych projektów badawczych.

Planeta jako cel przyszłej misji kosmicznej

Choć na razie realny lot do najbliższej egzoplanety pozostaje poza naszymi technicznymi możliwościami, badacze myślą o tym scenariuszu bardzo trzeźwo. Jeśli kiedyś zbudujemy sondę zdolną dotrzeć do innego układu gwiezdnego, będzie trzeba wybrać jeden, najwyżej kilka celów.

Nowa lista kandydatów sprawia, że ewentualna misja międzygwiezdna nie musiałaby błądzić po omacku – od razu wiemy, gdzie szansa na znalezienie śladów życia jest największa.

Strategiczne zawężenie celów to także lepsze planowanie nazwijmy to „turystyki naukowej” w kosmosie. W przyszłości teleskopy naziemne, orbitalne i być może autonomiczne sondy będą dzielić się zadaniami: jedne sprawdzą atmosferę, inne poszukają księżyców, jeszcze inne zbadają aktywność wulkaniczną lub obecność oceanów pod powierzchnią lodu.

Jak takie badania wpływają na nasze spojrzenie na Ziemię

Analiza zamieszkiwalności egzoplanet zaskakująco dużo mówi też o naszej planecie. Porównując Ziemię z obiektami leżącymi bliżej i dalej od swojej gwiazdy, naukowcy lepiej rozumieją, gdzie przebiegają granice stabilnego klimatu, jakie mechanizmy go chronią i kiedy przestają wystarczać.

Dla zwykłego odbiorcy te wnioski mogą brzmieć abstrakcyjnie, ale łatwo je przełożyć na praktykę: każda kolejna egzoplaneta, której atmosferę zbadamy, stanie się punktem odniesienia dla dyskusji o zmianie klimatu, dwutlenku węgla czy wpływie aktywności gwiazdy na pogodę.

Warto też pamiętać, że naukowcy z definicji szukają życia, jakie znamy – opartego na chemii węgla i wodzie. Badanie pomaga więc wybrać najlepsze miejsca do takiego „klasycznego” polowania. Nie wyklucza natomiast, że gdzieś istnieją formy życia oparte na zupełnie innych zasadach. Te będą trudniejsze do wychwycenia i być może wymagają zupełnie nowej generacji teleskopów oraz innego podejścia do danych.

Dla polskiego czytelnika w praktyce najciekawsze jest to, że dzięki takim pracom astronomia coraz bardziej przypomina dobrze poukładaną strategię, a nie romantyczne patrzenie w niebo. Jeśli za kilkanaście lat przeczytamy nagłówek o mocnej kandydatce na „drugą Ziemię”, istnieje spora szansa, że trafi ona na czołówki portali właśnie dzięki dzisiejszym, dość żmudnym obliczeniom nad energią, orbitami i strefami zamieszkiwalnymi.