W ostatnich latach znacznie wzrosła liczba planet pozasłonecznych odkrytych wokół pobliskiego typu M (gwiazdy czerwonych karłów). W wielu przypadkach te potwierdzone planety były „podobne do Ziemi”, co oznacza, że są one ziemskie (inaczej skaliste) i mają rozmiary porównywalne do Ziemi. Odkrycia te były szczególnie ekscytujące, ponieważ czerwone karły są najbardziej powszechne we Wszechświecie - stanowią 85% gwiazd w samej Drodze Mlecznej.
Niestety ostatnio przeprowadzono wiele badań wskazujących, że planety te mogą nie mieć warunków koniecznych do życia. Najnowsze pochodzą z Uniwersytetu Harvarda, gdzie naukowiec z tytułem doktora Manasvi Lingam i profesor Abraham Loeb wykazują, że planety wokół gwiazd typu M mogą nie otrzymywać wystarczającej ilości promieniowania z ich gwiazd, aby nastąpiła fotosynteza.
Mówiąc wprost, uważa się, że życie na Ziemi pojawiło się między 3,7 a 4,1 miliarda lat temu (w późnym Hadeanie lub wczesnym Eche Archeanie), w czasach, gdy atmosfera planety byłaby dziś toksyczna dla życia. Między 2,9 a 3 miliardami lat temu zaczęły pojawiać się bakterie fotosyntezy i wzbogacały atmosferę gazowym tlenem.
W rezultacie Ziemia doświadczyła tak zwanego „Wielkiego Wydarzenia Utleniania” około 2,3 miliarda lat temu. W tym czasie organizmy fotosyntetyczne stopniowo przekształcały atmosferę ziemską z atmosfery złożonej głównie z dwutlenku węgla i metanu w atmosferę złożoną z azotu i tlenu (odpowiednio ~ 78% i 21%).
Co ciekawe, uważa się, że inne formy fotosyntezy pojawiły się nawet wcześniej niż fotosynteza chlorofilu. Należą do nich fotosynteza siatkówki, która pojawiła się ok. 2,5 do 3,7 miliarda lat temu i do dziś istnieje w ograniczonych niszowych środowiskach. Jak sama nazwa wskazuje, proces ten opiera się na siatkówce (rodzaj fioletowego pigmentu), który absorbuje energię słoneczną w żółto-zielonej części widma widzialnego (400–500 nm).
Istnieje także anoksygenowa fotosynteza (w której dwutlenek węgla i dwie cząsteczki wody są przetwarzane w celu utworzenia formaldehydu, wody i tlenu), który, jak się uważa, całkowicie wyprzedza fotosyntezę tlenową. Jak i kiedy pojawiły się różne rodzaje fotosyntezy, jest kluczem do zrozumienia, kiedy zaczęło się życie na Ziemi. Jak profesor Loeb wyjaśnił Space Magazine za pośrednictwem poczty elektronicznej:
„Fotosynteza” oznacza „łączenie” (synteza) światłem (zdjęcie). Jest to proces wykorzystywany przez rośliny, glony lub bakterie do przekształcania światła słonecznego w energię chemiczną, która napędza ich działalność. Energia chemiczna jest magazynowana w cząsteczkach węglowych, które syntetyzowane są z dwutlenku węgla i wody. Proces ten często uwalnia tlen jako produkt uboczny, który jest niezbędny do naszego istnienia. Ogólnie fotosynteza dostarcza wszystkie związki organiczne i większość energii niezbędnej do życia, jakie znamy na Ziemi. Fotosynteza powstała stosunkowo wcześnie w ewolucyjnej historii Ziemi. ”
Badania takie jak te, które badają rolę fotosyntezy, są nie tylko ważne, ponieważ pomagają nam zrozumieć, jak powstało życie na Ziemi. Ponadto mogą one również pomóc w zrozumieniu, czy życie może powstać na planetach pozasłonecznych i na jakich warunkach może to mieć miejsce.
Ich badanie zatytułowane „Fotosynteza na planetach nadających się do zamieszkania wokół gwiazd o niskiej masie” pojawiło się niedawno w Internecie i zostało przesłane do Miesięczne zawiadomienia Royal Astronomical Society. Ze względu na swoje badania Lingam i Loeb starali się ograniczyć strumień fotonów gwiazd typu M, aby ustalić, czy możliwa jest fotosynteza na planetach naziemnych krążących wokół czerwonych karłów. Jak stwierdził Loeb:
„W naszym artykule sprawdziliśmy, czy może nastąpić fotosynteza na planetach w strefie życia wokół gwiazd o niskiej masie. Strefa ta jest zdefiniowana jako zasięg odległości od gwiazdy, w którym temperatura powierzchni planety pozwala na istnienie ciekłej wody i chemię życia, jaką znamy. Dla planet w tej strefie obliczono strumień ultrafioletowy (UV) oświetlający ich powierzchnię w funkcji masy gwiazdy macierzystej. Gwiazdy o niskiej masie są chłodniejsze i wytwarzają mniej fotonów UV na ilość promieniowania. ”
Zgodnie z ostatnimi odkryciami dotyczącymi gwiazd czerwonego karła, ich badania skupiły się na „analogach Ziemi”, planetach o takich samych podstawowych parametrach fizycznych jak Ziemia - tj. Promień, masa, skład, temperatura efektywna, albedo itp. Od teoretycznych granic fotosyntezy wokół innych gwiazd nie są dobrze poznane, działały one również z tymi samymi ograniczeniami co na Ziemi - między 400 a 750 nm.
Na tej podstawie Lingam i Loeb obliczyli, że gwiazdy o małej masie typu M nie byłyby w stanie przekroczyć minimalnego strumienia UV wymaganego do zapewnienia biosfery podobnej do tej na Ziemi. Jak zilustrował Loeb:
„Oznacza to, że planety nadające się do zamieszkania odkryte w ciągu ostatnich kilku lat wokół pobliskich gwiazd karłowatych, Proxima Centauri (najbliżej Słońca, 4 lata świetlne stąd, 0,12 mas Słońca, z jedną planetą nadającą się do zamieszkania, Proxima b) i TRAPPIST-1 ( 40 lat świetlnych stąd, 0,09 masy Słońca, z trzema mieszkalnymi planetami TRAPPIST-1e, f, g), prawdopodobnie nie mają biosfery podobnej do Ziemi. Mówiąc bardziej ogólnie, jest mało prawdopodobne, aby badania spektroskopowe składu atmosfery planet przechodzących przez ich gwiazdy (takie jak TRAPPIST-1) znajdowały biomarkery, takie jak tlen lub ozon, na wykrywalnych poziomach. Jeśli znaleziono tlen, jego pochodzenie prawdopodobnie nie jest biologiczne. ”
Oczywiście istnieją tego rodzaju analizy. Jak wcześniej zauważono, Lingam i Loeb wskazują, że teoretyczne granice fotosyntezy wokół innych gwiazd nie są dobrze znane. Dopóki nie dowiemy się więcej o warunkach planetarnych i środowisku promieniowania wokół gwiazd typu M, naukowcy będą zmuszeni do korzystania z metryk opartych na naszej własnej planecie.
Po drugie, istnieje również fakt, że gwiazdy typu M są zmienne i niestabilne w porównaniu z naszym Słońcem i doświadczają okresowych rozbłysków. Powołując się na inne badania, Lingam i Loeb wskazują, że mogą one mieć zarówno pozytywny, jak i negatywny wpływ na biosferę planety. Krótko mówiąc, rozbłyski gwiezdne mogłyby zapewnić dodatkowe promieniowanie UV, które pomogłoby wywołać chemię prebiotyczną, ale mogłoby również zaszkodzić atmosferze planety.
Niemniej jednak, z wyjątkiem bardziej intensywnych badań planet pozasłonecznych krążących wokół czerwonych karłów, naukowcy zmuszeni są polegać na teoretycznych ocenach prawdopodobieństwa życia na tych planetach. Jeśli chodzi o odkrycia przedstawione w tym badaniu, są one kolejną wskazówką, że układy gwiazd czerwonego karła mogą nie być najbardziej prawdopodobnym miejscem do znalezienia światów mieszkalnych.
Jeśli to prawda, odkrycia te mogą mieć również drastyczne implikacje w poszukiwaniu inteligencji pozaziemskiej (SETI). „Ponieważ tlen wytwarzany w procesie fotosyntezy jest niezbędny do złożonego życia, takiego jak ludzie na Ziemi, będzie również niezbędny do rozwoju inteligencji technologicznej” - powiedział Loeb. „Z kolei pojawienie się tego drugiego otwiera możliwość znalezienia życia za pomocą podpisów technologicznych, takich jak sygnały radiowe lub gigantyczne artefakty”.
Na razie poszukiwania planet i życia nadających się do zamieszkania są nadal oparte na modelach teoretycznych, które mówią nam, na co należy zwracać uwagę. Jednocześnie modele te nadal bazują na „życiu, jakie znamy” - tj. Wykorzystując jako przykład analogi ziemskie i gatunki lądowe. Na szczęście astronomowie oczekują dużo więcej w nadchodzących latach dzięki rozwojowi instrumentów nowej generacji.
Im więcej dowiadujemy się o systemach egzoplanet, tym bardziej prawdopodobne będzie ustalenie, czy nadają się one do zamieszkania. Ale ostatecznie nie będziemy wiedzieć, czego jeszcze powinniśmy szukać, dopóki go nie znajdziemy. Taki jest wielki paradoks, jeśli chodzi o poszukiwanie inteligencji pozaziemskiej, nie wspominając już o innym wielkim paradoksie (patrz!).
