Źródło zdjęcia: NASA
Jesteśmy zgubieni. Pewnego dnia Ziemia stanie się spalonym popiołem krążącym wokół spuchniętej czerwonej gwiazdy.
Jest to ostateczny los każdej planety żyjącej blisko głównej gwiazdy sekwencji, takiej jak nasze Słońce. Gwiazdy o głównej sekwencji działają na wodór, a gdy paliwo się wyczerpie, przełączają się na hel i stają się czerwonym olbrzymem. Podczas gdy przejście Słońca w czerwonego olbrzyma jest smutną wiadomością dla Ziemi, lodowe planety w najodleglejszych regionach naszego Układu Słonecznego po raz pierwszy zanurzą się w cieple Słońca.
W ciągu swojego życia słońce powoli, ale stale robiło się coraz jaśniejsze i cieplejsze. Kiedy słońce stanie się czerwonym gigantem za około 4 miliardy lat, nasze znane żółte słońce zmieni kolor na czerwony, ponieważ emituje głównie energię o niższej częstotliwości w podczerwieni i widzialnym świetle czerwonym. Będzie rosnąć tysiące razy jaśniej, a mimo to będzie mieć niższą temperaturę powierzchni, a jego atmosfera będzie się rozszerzać, powoli pochłaniając Merkurego, Wenus, a nawet Ziemię.
Podczas gdy przewiduje się, że atmosfera Słońca osiągnie orbitę ziemską wynoszącą 1 AU, czerwone olbrzymy mają tendencję do utraty dużej masy, a ta fala wydalonych gazów może wypchnąć Ziemię poza zasięg. Ale bez względu na to, czy Ziemia zostanie pochłonięta, czy tylko śpiewana, całe życie na Ziemi popadnie w zapomnienie.
Jednak warunki, które umożliwiają życie, mogą pojawić się gdzie indziej w Układzie Słonecznym, zgodnie z artykułem opublikowanym w czasopiśmie Astrobiology przez S. Alana Sterna, dyrektora Departamentu Studiów Kosmicznych Southwest Research Institute w Boulder, Kolorado. Mówi, że planety znajdujące się w odległości od 10 do 50 jednostek AU znajdą się w strefie zamieszkiwanej przez czerwone słońce. Strefa mieszkalna układu słonecznego to region, w którym woda może pozostawać w stanie ciekłym.
Strefa mieszkalna będzie stopniowo przesuwać się przez region 10 do 50 AU, gdy słońce będzie coraz jaśniejsze, ewoluując poprzez fazę czerwonego olbrzyma. Saturn, Uran, Neptun i Pluton znajdują się w odległości od 10 do 50 jednostek AU, podobnie jak ich lodowe księżyce i Obiekty Pasa Kuipera. Ale nie wszystkie te światy będą miały równe szanse na życie.
Przejście czerwonego olbrzyma może nie mieć tak dużego wpływu na perspektywy zamieszkiwania na planetach gazowych Saturn, Neptuna i Urana. Astronomowie odkryli planety gazowe krążące bardzo blisko swojej gwiazdy macierzystej w innych układach słonecznych, a te „gorące Jowisze” zdają się utrzymywać gazową atmosferę pomimo bliskości intensywnego promieniowania. Życie, jakie znamy, prawdopodobnie nie pojawi się na planetach gazowych.
Stern uważa, że księżyc Neptuna, Tryton, Pluton i jego księżyc Charon, oraz Obiekty Pasa Kuipera będą miały największe szanse na życie. Ciała te są bogate w organiczne związki chemiczne, a ciepło czerwonego gigantycznego słońca stopi ich lodowe powierzchnie w oceany.
„Kiedy słońce jest czerwonym gigantem, lodowe światy naszego Układu Słonecznego stopią się i staną się oazami oceanicznymi na dziesiątki do kilkuset milionów lat”, mówi Stern. „Nasz układ słoneczny będzie wówczas zawierał nie jeden świat z powierzchniowymi oceanami, jak ma to teraz miejsce, ale setki, dla wszystkich lodowych księżyców gigantycznych planet, a lodowe planety karłowate w Pasie Kuipera również będą miały oceany. Ponieważ temperatura na Plutonie nie będzie wtedy bardzo różna, niż temperatura w Miami Beach, lubię nazywać te światy „ciepłymi Plutos”, analogicznie do mnóstwa gorących Jowisza, które krążą wokół gwiazd podobnych do Słońca w ostatnich latach ”.
Wpływ słońca nie jest jednak całą historią - cechy ciała planetarnego idą daleko w kierunku określenia warunków życia. Takie cechy obejmują aktywność wewnętrzną planety, współczynnik odbicia lub „albedo” planety oraz grubość i skład atmosfery. Nawet jeśli planeta ma wszystkie elementy sprzyjające zamieszkaniu, życie niekoniecznie się pojawi.
„Nie wiemy, co jest potrzebne do rozpoczęcia życia” - mówi Don Brownlee, astronom z University of Washington w Seattle i współautor książki „The Life and Death of Planet Earth”. Brownlee mówi, że jeśli ciepłe mokre wnętrza i materiały organiczne są wszystkim, czego potrzeba, to Pluton, Triton i Przedmioty Pasa Kuipera mogą ukryć życie.
„Jednak dla zachowania ostrożności wnętrza asteroid, które wytwarzały węglowe meteoryty chondrytowe, były ciepłe i mokre przez być może miliony lat w początkowej historii Układu Słonecznego”, mówi Brownlee. „Ciała te są niezwykle bogate zarówno w wodę, jak i materiały organiczne, a jednak nie ma przekonujących dowodów na to, że jakikolwiek asteroidalny meteoryt kiedykolwiek miał w sobie żywe stworzenia”.
Orbita ciała planetarnego również wpłynie na jego szanse na życie. Na przykład Pluton nie ma ładnej, regularnej orbity takiej jak Ziemia. Orbita Plutona jest stosunkowo ekscentryczna, różniąca się odległością od Słońca. Od stycznia 1979 r. Do lutego 1999 r. Pluton był bliżej Słońca niż Neptuna, a za sto lat będzie prawie dwa razy dalej od Neptuna. Ten rodzaj orbity spowoduje, że Pluton zostanie poddany ekstremalnemu ogrzewaniu na przemian z ekstremalnym chłodzeniem.
Orbita Tritona również jest osobliwa. Tryton jest jedynym dużym księżycem, który okrąża wstecz lub „wstecznie”. Triton może mieć tę niezwykłą orbitę, ponieważ uformowała się jako Obiekt Pasa Kuipera, a następnie została przechwycona przez grawitację Neptuna. Jest to niestabilny sojusz, ponieważ wsteczna orbita tworzy interakcje pływowe z Neptunem. Naukowcy przewidują, że pewnego dnia Triton albo uderzy w Neptuna, albo rozpadnie się na małe kawałki i utworzy pierścień wokół planety.
„Skala czasowa rozpadu pływów na orbicie Tritona jest niepewna, więc może być w pobliżu, lub może już się rozbić, zanim słońce zajdzie czerwony olbrzym” - mówi Stern. „Jeśli Triton jest w pobliżu, prawdopodobnie będzie wyglądał jak ten sam bogaty organicznie świat oceanów, co Pluton”.
Słońce będzie płonąć jak czerwony olbrzym przez około 250 milionów lat, ale czy to wystarczający czas, aby życie znalazło przyczółek? Przez większość życia czerwonego olbrzyma słońce będzie tylko 30 razy jaśniejsze niż jego obecny stan. Pod koniec fazy czerwonego olbrzyma słońce wzrośnie ponad 1000 razy jaśniej i czasami wyzwala impulsy energii osiągające 6000 razy aktualną jasność. Ale ten okres intensywnej jasności potrwa kilka milionów lat, a najwyżej dziesiątki milionów lat.
Zwięzłość najjaśniejszych faz czerwonego olbrzyma sugeruje Brownlee, że Pluton nie obiecuje zbyt wiele życia. Ze względu na średnią orbitę Plutona wynoszącą 40 jednostek AU Słońce musiałoby być 1600 razy jaśniejsze, aby Pluton mógł uzyskać takie samo promieniowanie słoneczne, jakie obecnie otrzymujemy na Ziemi.
„Słońce osiągnie tę jasność, ale tylko przez bardzo krótki czas - zaledwie milion lat”, mówi Brownlee. „Powierzchnia i atmosfera Plutona zostaną„ poprawione ”z naszego punktu widzenia, ale nie będzie to miłe miejsce na żaden znaczący okres czasu”.
Po fazie czerwonego olbrzyma słońce słabnie i kurczy się do wielkości Ziemi, stając się białym karłem. Odległe planety, które wygrzewały się w świetle czerwonego giganta, znów staną się lodowymi światami.
Więc jeśli życie ma pojawić się w układzie czerwonego olbrzyma, będzie wymagało szybkiego startu. Uważa się, że życie na Ziemi powstało 3,8 miliarda lat temu, około 800 milionów lat po narodzinach naszej planety. Prawdopodobnie dlatego, że planety w wewnętrznym Układzie Słonecznym doświadczyły 800 milionów lat ciężkich bombardowań asteroid. Nawet jeśli życie zaczęło się natychmiast, wczesny deszcz asteroid spowodowałby, że Ziemia została oczyszczona z tego życia.
Brownlee mówi, że nowa era bombardowań może się rozpocząć na planetach zewnętrznych, ponieważ czerwone gigantyczne słońce może zakłócić ogromną liczbę komet w Pasie Kuipera.
„Kiedy słońce czerwonego olbrzyma jest 1000 razy jaśniejsze, traci prawie połowę swojej masy w przestrzeń kosmiczną”, mówi Brownlee. „To powoduje, że orbitujące ciała poruszają się na zewnątrz. Utrata gazu i inne efekty mogą zdestabilizować Pas Kuipera i stworzyć kolejny okres ciekawych bombardowań. ”
Ale Stern mówi, że planety nadające się do zamieszkania przez czerwone olbrzymie słońce nie będą bombardowane tak często jak wczesna Ziemia, ponieważ starożytny pas asteroid miał znacznie więcej materiału niż Pas Kuipera.
Ponadto na planetach zewnętrznych nie występują takie same poziomy promieniowania ultrafioletowego (UV), jakie musiała znosić Ziemia, ponieważ czerwone olbrzymy mają bardzo niskie promieniowanie UV. Wyższe natężenie UV gwiazdy głównej może być szkodliwe dla delikatnych białek i nici RNA niezbędnych do powstania życia. Życie na Ziemi mogło powstać tylko pod wodą, w głębinach chronionych przed tym natężeniem światła. Życie na Ziemi jest zatem nierozerwalnie związane z ciekłą wodą. Ale kto wie, jakie życie może powstać na planetach, które nie potrzebują ochrony przed promieniowaniem UV?
Stern uważa, że powinniśmy szukać dowodów życia na światach podobnych do Plutona, krążących dziś wokół czerwonych gigantów. Obecnie wiemy o 100 milionach gwiazd typu słonecznego w galaktyce Drogi Mlecznej, które płoną jak czerwone olbrzymy, a Stern twierdzi, że wszystkie te układy mogą mieć planety nadające się do zamieszkania w odległości od 10 do 50 jednostek AU. „Byłby to dobry sprawdzian czasu potrzebnego do stworzenia życia na ciepłych, bogatych w wodę światach” - mówi.
„Idea bogatych w organiczne odległych ciał upieczonych przez czerwoną gigantyczną gwiazdę jest intrygująca i może zapewnić bardzo interesujące, jeśli krótkotrwałe siedliska na całe życie” - dodaje Brownlee. „Ale cieszę się, że naszemu słońcu pozostało sporo czasu.”
Co dalej
Podczas gdy większość tego, co wiemy o zewnętrznym układzie słonecznym, opiera się na odległych pomiarach wykonanych z teleskopów ziemskich, 2 stycznia 2004 r. Naukowcy ujrzeli z bliska obiekt pasa Kuipera. Statek kosmiczny Stardust przeleciał w odległości 136 kilometrów od komety Wild2, ogromnej śnieżki, która spędziła 4,6 miliarda lat swojego życia na orbicie w Pasie Kuipera. Wild2 krąży teraz głównie na orbicie Jowisza. Brownlee, który jest głównym badaczem misji Stardust, mówi, że obrazy Stardust pokazują fantastyczne szczegóły powierzchni ciała ukształtowanego zarówno przez jego starożytną, jak i najnowszą historię. Obrazy gwiezdnego pyłu pokazują strumienie gazu i pyłu wystrzeliwujące z komety, gdy Wild2 szybko rozpada się w silnym cieple słonecznym wewnętrznego układu słonecznego.
Aby dowiedzieć się więcej o zewnętrznym Układzie Słonecznym, musimy wysłać tam statek kosmiczny w celu zbadania. W 2001 roku NASA wybrała misję Nowe Horyzonty właśnie w tym celu.
Stern, który jest głównym badaczem misji Nowe Horyzonty, informuje, że montaż statku kosmicznego rozpocznie się tego lata. Statek kosmiczny ma wystartować w styczniu 2006 r., A przyleci do Plutona latem 2015 r.
Misja New Horizons pozwoli naukowcom studiować geologię Plutona i Charona, mapować ich powierzchnie i mierzyć ich temperatury. Atmosfera Plutona również zostanie szczegółowo zbadana. Ponadto statek kosmiczny odwiedzi lodowe ciała w Pasie Kuipera, aby dokonać podobnych pomiarów.
Oryginalne źródło: Astrobiology Magazine
