Te planety astronomowie typują jako najlepsze miejsca na życie

Czy wśród tysięcy znanych egzoplanet część naprawdę sprzyja życiu?

Nowa analiza zawęża listę kandydatów do zaskakująco małej grupy.

Naukowcy przejrzeli katalog ponad 6 tysięcy planet pozasłonecznych i wyłuskali z niego te, które mają największą szansę na gościnne warunki. Efekt ich pracy może całkowicie zmienić strategię poszukiwania życia poza Ziemią w najbliższych latach.

Planety, na które patrzą dziś teleskopy

Badanie opublikowane w czasopiśmie Monthly Notices of the Royal Astronomical Society skupia się na bardzo konkretnym pytaniu: gdzie szanse na obecność życia są na tyle wysokie, że warto poświęcić cenny czas teleskopów? Zamiast rozpraszać się na tysiące egzoplanet, zespół stworzył krótką listę priorytetowych celów.

Naukowcy wskazali grupę planet, które – biorąc pod uwagę ich energię, położenie i typ gwiazdy – dają największą nadzieję na ślady życia.

Analiza objęła przede wszystkim planety skaliste, krążące w tzw. strefie zamieszkiwalnej, czyli w takim zakresie odległości od gwiazdy, gdzie na powierzchni może istnieć ciekła woda. Ale to dopiero początek listy warunków.

Co sprawia, że planeta nadaje się do zamieszkania?

Autorzy pracy podkreślają, że sama obecność w strefie zamieszkiwalnej to za mało. Kluczowe okazały się trzy grupy czynników: ilość energii otrzymywanej od gwiazdy, stabilność orbity oraz charakter samej gwiazdy.

• Bilans energii – planeta nie może dostawać ani za dużo, ani za mało promieniowania. Zbyt duży dopływ energii grozi efektem „drugiej Wenus”, z wyparowaną wodą i piekielnymi temperaturami. Zbyt mały – zamianą w zamarznięty glob.
• Kształt orbity – eliptyczne, wydłużone orbity mogą powodować ogromne wahania temperatur. Zespół sprawdzał, które z takich światów mimo wszystko utrzymują warunki sprzyjające ciekłej wodzie przynajmniej przez część „roku”.
• Typ gwiazdy – różne gwiazdy emitują różne ilości i rodzaje promieniowania. To wpływa na temperaturę, skład i stabilność atmosfery planety.

Badacze podzielili znane egzoplanety na te, które bez większych niepewności mieszczą się w strefie zamieszkiwalnej, oraz takie, które zaledwie ją „zahaczają”, jeśli uwzględni się margines błędu w pomiarach jasności gwiazdy. To pozwoliło stworzyć ranking najbardziej obiecujących celów.

Granice strefy życia przesuwają się razem z gwiazdą

Na infografikach towarzyszących badaniu widać, jak granice strefy zamieszkiwalnej przesuwają się w zależności od koloru, czyli typu widmowego gwiazdy. Czerwone, chłodniejsze gwiazdy ogrzewają planety inaczej niż żółte podobne do Słońca, a tym bardziej niż białe, gorące gwiazdy o krótkim życiu.

Im inny typ gwiazdy, tym inaczej jej promieniowanie zachowuje się w atmosferze planety – co przekłada się na temperaturę powierzchni, chmury i możliwość utrzymania wody.

Badacze przyjęli więc, że „strefa życia” nie jest prostym pierścieniem, ale raczej ruchomą, elastyczną granicą zależną od wielu czynników. Planeta położona na samym skraju może być zamieszkana tylko przez część swojej historii – a później stracić sprzyjające warunki.

Kiedy planeta przestaje być przyjazna?

Jednym z kluczowych wątków pracy jest pytanie, jak i kiedy planety tracą zdolność do podtrzymywania życia. Zbyt intensywne promieniowanie może z czasem „zdmuchnąć” atmosferę, a powolne rozjaśnianie się gwiazdy – ugotować powierzchnię planety.

Obserwacje tych granicznych przypadków pozwalają ustalić, ile energii jest jeszcze akceptowalne, a przy jakim poziomie planeta zamienia się w nieprzyjazny piekarnik lub lodowy pustkowie.

Dzięki temu naukowcy nie tylko wskazują, gdzie dziś warto szukać życia, ale też próbują ocenić, jak długo dane środowisko mogło je utrzymywać w przeszłości.

James Webb Space Telescope na pierwszej linii

Wszystkie te teoretyczne wyliczenia miały jeden praktyczny cel: wybrać takie planety, które da się zbadać obecnymi teleskopami, przede wszystkim James Webb Space Telescope (JWST). To właśnie on dziś najlepiej nadaje się do „podejrzenia” atmosfer egzoplanet.

JWST analizuje światło gwiazdy przesączające się przez atmosferę planety w czasie, gdy ta przechodzi przed tarczą swojej gwiazdy. Dzięki temu można wyłapać sygnatury gazów, takich jak para wodna, metan, dwutlenek węgla czy tlen – a w przyszłości także bardziej złożonych mieszanin, które mogą sugerować aktywność biologiczną.

Nowa lista celów wskazuje, które z ponad 6 tysięcy znanych egzoplanet są realistycznie w zasięgu JWST i innych teleskopów, jeśli chodzi o badanie ich atmosfer.

W badaniu wspomniano też o głośnym powieściowym „Project Hail Mary”, gdzie los ludzkości zależy od wyprawy do innego układu planetarnego. To literackie nawiązanie dobrze oddaje logikę pracy naukowców: jeśli pewnego dnia będziemy wysyłać prawdziwy statek międzygwiezdny, powinniśmy wiedzieć, w którą stronę celować.

Co ta lista zmienia w praktyce?

Najważniejszy efekt nie polega na spektakularnym ogłoszeniu: „tu jest życie”, lecz na bardzo przyziemnej zmianie strategii. Czas największych teleskopów jest niezwykle drogi. Trzeba wybierać kilka lub kilkanaście planet, które warto oglądać godzinami, zamiast biegać wzrokiem po całym katalogu.

Dzięki nowemu podejściu agencje kosmiczne i zespoły planujące obserwacje mogą:

• ustalać listy priorytetów dla JWST i teleskopów naziemnych nowej generacji,
• lepiej uzasadniać wnioski o czas obserwacyjny, pokazując, że wybrana planeta ma wysoką „szansę biologiczną”,
• projektować przyszłe misje tak, by ich możliwości idealnie pasowały do najbardziej obiecujących celów.

Jeżeli w kolejnej dekadzie pojawi się pomysł na misję międzygwiezdną – choćby w skali mini, jak nanostatki napędzane żaglami świetlnymi – to tego typu rankingi zdecydują, na którą gwiazdę skierują się inżynierowie.

Dlaczego tak trudno zdefiniować „sprzyjającą życiu” planetę

Cały wysiłek badaczy opiera się na jednym założeniu: szukamy życia podobnego do ziemskiego, korzystającego z wody w stanie ciekłym i chemii opartej na węglu. Tylko takie formy potrafimy dziś w rozsądny sposób przewidywać i wykrywać na odległość.

Sam artykuł zwraca uwagę, że życie może być znacznie bardziej pomysłowe, niż nam się wydaje. Popularne powieści science fiction, w tym „Project Hail Mary”, bawią się wizją organizmów funkcjonujących w warunkach, które dla człowieka wyglądają jak totalna abstrakcja. Naukowcy nie odrzucają takiej możliwości, ale na razie potrzebują konkretnego, możliwego do zbadania punktu zaczepienia – stąd nacisk na wodę, energię i atmosferę.

Warto też pamiętać, że samo wykrycie interesującej atmosfery nie będzie jednoznacznym dowodem na istnienie organizmów. Tlen czy metan mogą powstawać w procesach geologicznych. Dopiero złożone kombinacje gazów, utrzymywane przez długi czas, zaczną wyglądać na coś, czego trudno wyjaśnić bez udziału biologii.

Dla przeciętnego czytelnika brzmi to jak odległa wizja, ale ma bardzo przyziemny efekt uboczny: im lepiej rozumiemy, jak działa klimat i energia na obcych planetach, tym lepiej potrafimy ocenić przyszłość własnej. Modele tworzone z myślą o egzoplanetach często wracają potem na Ziemię, pomagając w analizie zmian klimatycznych i ewolucji atmosfery w skali milionów lat.