Od czasu Kosmiczny Teleskop Keplera został wystrzelony w kosmos, liczba znanych planet poza naszym Układem Słonecznym (egzoplanet) wzrosła wykładniczo. Obecnie potwierdzono 3917 planet w 2918 układach gwiezdnych, a 3668 czeka na potwierdzenie. Spośród nich około 50 orbit w obrębie okołogwiazdowej strefy gwiazdowej (zwanej także „Strefą Złotowłosa”), odległości, w której woda na powierzchni planet może znajdować się w stanie ciekłym.
Jednak ostatnie badania wykazały, że uważamy, że strefa mieszkalna jest zbyt optymistyczna. Według nowego badania, które niedawno ukazało się w Internecie, zatytułowanego „Ograniczona strefa mieszkalna dla złożonego życia”, strefy mieszkalne mogą być znacznie węższe niż pierwotnie sądzono. Odkrycia te mogą mieć drastyczny wpływ na liczbę planet, które naukowcy uważają za „potencjalnie nadające się do zamieszkania”.
Badanie było prowadzone przez Edwarda W. Schwietermana, stypendystę programu NASA na Uniwersytecie Kalifornijskim w Riverside, i objęło badaczy z Alternative Earths Team (część NASA Astrobiology Institute), Nexus for Exoplanet System Science (NExSS), oraz NASA Goddard Institute for Space Studies.
Według wcześniejszych szacunków opartych na Kepler dane, naukowcy doszli do wniosku, że w samej Galaktyce Drogi Mlecznej prawdopodobnie będzie 40 miliardów planet podobnych do Ziemi, z których 11 miliardów prawdopodobnie będzie krążyć wokół gwiazd naszego Słońca (tj. żółte karły typu G). Inne badania wykazały, że liczba ta może wynosić nawet 60 miliardów, a nawet 100 miliardów, w zależności od parametrów, których używamy do definiowania stref mieszkalnych.
Te wyniki są z pewnością zachęcające, ponieważ sugerują, że Droga Mleczna może tętnić życiem. Niestety, nowsze badania planet pozasłonecznych podają w wątpliwość te poprzednie szacunki. Jest to szczególnie ważne w przypadku planet zablokowanych pływowo, które krążą wokół gwiazd typu M (czerwony karzeł).
Ponadto badania nad ewolucją życia na Ziemi wykazały, że sama woda nie gwarantuje życia - podobnie jak obecność tlenu w gazie. Co więcej, Schwieterman i jego koledzy wzięli pod uwagę dwa inne ważne biosignatury, które są niezbędne dla życia, jakie znamy - dwutlenek węgla i tlenek węgla.
Zbyt dużo tych związków byłoby toksycznych dla złożonego życia, natomiast zbyt mało oznaczałoby, że wczesne prokarioty nie pojawiłyby się. Jeśli życie na Ziemi jest jakimkolwiek wskaźnikiem, podstawowe formy życia są niezbędne, aby ewoluować bardziej złożone, zużywające tlen formy życia. Z tego powodu Schwieterman i jego koledzy starali się zmienić definicję strefy mieszkalnej, aby uwzględnić to.
Szczerze mówiąc, obliczanie zasięgu strefy mieszkalnej nigdy nie jest łatwe. Oprócz odległości od gwiazdy temperatura powierzchni planety zależy od różnych mechanizmów sprzężenia zwrotnego w atmosferze - takich jak efekt cieplarniany. Co więcej, konwencjonalna definicja strefy mieszkalnej zakłada istnienie warunków „podobnych do Ziemi”.
To implikuje atmosferę bogatą w azot, tlen, dwutlenek węgla i wodę i stabilizowaną przez ten sam proces cyklu geochemicznego węglan-krzemian, który istnieje na Ziemi. W tym procesie sedymentacja i wietrzenie powodują, że skały krzemianowe stają się węglowe, a aktywność geologiczna powoduje, że skały węglowe ponownie stają się oparte na krzemianach.
Prowadzi to do pętli sprzężenia zwrotnego, która zapewnia, że poziomy dwutlenku węgla w atmosferze pozostają względnie stabilne, umożliwiając w ten sposób wzrost temperatur powierzchniowych (inaczej efekt cieplarniany). Im bliżej planety do wewnętrznego brzegu strefy mieszkalnej, tym mniej dwutlenku węgla jest potrzebne, aby tak się stało. Jak Schwieterman wyjaśnił w ostatnim artykule MIT Technology Review:
„Jednak w środkowym i zewnętrznym obszarze strefy zamieszkania stężenie dwutlenku węgla w atmosferze musi być znacznie wyższe, aby utrzymać temperatury sprzyjające powierzchniowym wodom ciekłym”.
Aby to zilustrować, zespół wykorzystał jako przykład Kepler-62f, super-Ziemię, która krąży wokół gwiazdy typu K (nieco mniejszej i ciemniejszej niż nasze Słońce) znajdującej się około 990 lat świetlnych od Ziemi. Ta planeta krąży wokół swojej gwiazdy w przybliżeniu w tej samej odległości, co Wenus robi Słońce, ale niższa masa gwiazdy oznacza, że znajduje się ona na zewnętrznej krawędzi strefy nadającej się do zamieszkania.
Kiedy odkryto ją w 2013 roku, uważano tę planetę za dobrego kandydata do życia pozaziemskiego, zakładając obecność wystarczającego efektu cieplarnianego. Jednak Schwieterman i jego koledzy obliczyli, że pochłonie 1000 razy więcej dwutlenku węgla (300 do 500 kilopaskali) niż to, co istniało na Ziemi, kiedy po raz pierwszy ewoluowały złożone formy życia (ok. 1,85 miliarda lat temu).
Jednak ta ilość dwutlenku węgla byłaby toksyczna dla większości złożonych form życia tutaj na Ziemi. W rezultacie Kepler-62f nie byłby odpowiednim kandydatem do życia, nawet gdyby był wystarczająco ciepły, aby mieć płynną wodę. Po uwzględnieniu tych ograniczeń fizjologicznych Schwieterman i jego zespół doszli do wniosku, że strefa mieszkalna złożonego życia musi być znacznie węższa - jedna czwarta tego, co wcześniej oszacowano.
Schwieterman i jego koledzy obliczyli również, że niektóre egzoplanety prawdopodobnie będą miały wyższy poziom tlenku węgla, ponieważ krążą wokół chłodnych gwiazd. Nakłada to znaczne ograniczenie na strefy zamieszkiwania gwiazd czerwonego karła, które stanowią 75% gwiazd we Wszechświecie - i które są uważane za najbardziej prawdopodobne miejsce do znalezienia planet o charakterze ziemskim (tj. Skalistym).
Odkrycia te mogą mieć drastyczne implikacje dla tego, co naukowcy uważają za „potencjalnie nadające się do zamieszkania”, nie wspominając o granicach strefy zamieszkania gwiazdy. Jak wyjaśnił Schwieterman:
„Jedną z implikacji jest to, że nie możemy oczekiwać oznak inteligentnego życia lub technologii na planetach krążących wokół późnych karłów M lub na planetach potencjalnie zamieszkałych w pobliżu zewnętrznej krawędzi ich stref mieszkalnych.”
Aby jeszcze bardziej skomplikować sprawy, badanie to jest jednym z kilku, które nakładają dodatkowe ograniczenia na to, co można by uznać za planety mieszkalne w późnych latach. Tylko w 2019 r. Przeprowadzono badania, które pokazują, że układy gwiazd czerwonych karłów mogą nie mieć niezbędnych surowców do życia, a gwiazdy czerwonych karłów mogą nie zapewniać wystarczającej liczby fotonów do zajścia fotosyntezy.
Wszystko to składa się na wyraźną możliwość, że życie w naszej galaktyce może być rzadsze niż wcześniej sądzono. Ale oczywiście wiedza z całą pewnością, jakie są granice zamieszkiwania, będzie wymagała dalszych badań. Na szczęście nie będziemy musieli długo czekać, aby się dowiedzieć, ponieważ kilka teleskopów nowej generacji zacznie działać w nadchodzącej dekadzie.
Należą do nich Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST), Niezwykle duży teleskop (ELT) i Olbrzymi Teleskop Magellana (GMT). Oczekuje się, że te i inne najnowocześniejsze instrumenty pozwolą na znacznie bardziej szczegółowe badania i charakterystykę egzoplanet. A kiedy to zrobią, będziemy mieć lepsze pojęcie o tym, jak prawdopodobne jest życie.
