PODSJETNIK: – Universe Today će biti domaćin intervjua s dr. Dirkom Schulze-Makuchom, koautorom istraživanja prikazanog u ovom članku, u četvrtak, 15. listopadath, 2020. u 8:30 PT. Kliknite na video ispod za gledanje uživo ili za naknadno gledanje snimljenog streama
Out Earth Earth
Koji je ovo planet?
c. NASA
Ako ste rekli Hoth , to je dobra pretpostavka. Ali, to je zapravo Zemlja prikazana u jednom od dva poznata 'snježna gruda' Države. Cijela površina planeta bila je zaključana ispod glacijalnog leda tijekom kriogenskog razdoblja prije 650 milijuna godina i tijekom huronske glacijacije prije 2 – 2,4 milijarde godina.
Kada razmatramo mogućnost nastanjivanja, obično koristimo Zemlju kao zlatni standard planeta u Svemiru. Ali čak je i Zemlja iskusila ugroženu nastanjivost zbog kataklizmičkih događaja ili klimatskih promjena. Nadalje, što ako postoje planeti koji su izvan Zemlje i planeta Zemlje jer su slični Zemlji – bolje optimizirani za evoluciju raznolikog i složenog života? U nova studija , autori Dirk Schulze-Makuch, profesor Centra za astronomiju i astrofiziku na Tehničkom sveučilištu Berlin; Astrofizičar René Heller s Instituta Max Planck za istraživanje Sunčevog sustava; i Edward Guinan, profesor na Odsjeku za astronomiju Sveučilišta Villanova kažu:
“Činjenica da Zemlja vrvi životom čini se čudnim pitati se mogu li postojati drugi planeti u našoj galaksiji koji bi mogli biti prikladniji za život.”
Schulze-Makuch, Heller i Guinan 2020
Ali ono što su autori namjeravali pronaći - planete čak i nastanjivije od Zemlje ili'Super useljiv'
Lov na planete
Studija je ispitala više od 4000 potvrđenih planeta i planeta kandidata koji se nalaze u bazi podataka KOI (Kepler Object of Interest) u potrazi za supernastanjivim svjetovima. Kepler je teleskop za lov na planete pokrenut 2009. u potrazi za planetima izvan našeg Sunčevog sustava ili 'egzoplanetima'. Iako je malo vjerojatno da je naše Sunce bila jedina zvijezda s planetima, nismo imali konačan dokaz egzoplaneta sve do 1992. godine kada smo pronašli nekoliko neutronskih zvijezda u orbiti B1257+12 . Unutar samo nekoliko godina od lansiranja, Kepler je otkrio tisuće drugih koristeći ga 'metoda tranzita'. Kepler otkriva sjene koje bacaju udaljeni svjetovi dok prelaze naš pogled na svoje roditeljske zvijezde (tranzit) koji blokiraju dio zvjezdanog svjetla. Kepler je uzorkovao dio neba u blizini sazviježđa Labud i Lira i potvrdio da Svemir vjerojatno ima čak više planeta nego zvijezda. Naravno, želimo znati, može li život postojati na tim svjetovima? Jesu li useljivi? Jesu li potencijalnovišenaseljen od našeg vlastitog svijeta?
Umjetnički prikaz Keplera koji vidi planetarne tranzite. Kepler vidi sjene svjetova dok prelaze lice svojih udaljenih zvijezda i mjeri pad svjetline zvijezda – c. NASA
Život kakav poznajemo…
Kada definiramo 'prikladno za stanovanje', zapravo govorimo o životnoj mogućnosti stanovanjakakvog poznajemojer je to jedini primjer koji imamo. Autori su koristili popis okolišnih uvjeta koji ograničavaju biokemiju života na Zemlji, uključujući temperaturu, pH, vodu, kisik, tlak, zračenje i raspone u kojima život opstaje u svakom od njih. Na primjer, neka bića koja žive na dubini od 11.100 metara Marijanskog rova, najdublje točke u našim oceanima, podvrgnuta su pritisku tisuću puta većem nego na površini planeta, a ipak život postoji na oba mjesta. Međutim, još ne možemo mjeriti sve te uvjete na dalekom svijetu s istim detaljima našeg vlastitog planeta. Umjesto toga, pokušavamo utvrditi koji su opći preduvjeti doveli do naseljavanja Zemlje i primijeniti ih na udaljene svjetove. Ono što MOŽEMO vidjeti je tip zvijezde oko koje kruži egzoplanet, ako egzoplanet kruži oko svoje zvijezde na udaljenosti kako bi održala temperaturu pogodnu za tekuću vodu (koja se naziva nastanjiva zona), masu egzoplaneta i procijeniti starost egzoplaneta i zvijezde domaćina.
Uvjeti pogodni za stanovanje
Roditeljska zvijezda:
Naše Sunce je patuljasta zvijezda klase G ili 'dG' koja se ponekad naziva žuti patuljak. Budući da smo ovdje i kružimo oko ove zvijezde, moglo bi se zaključiti da su zvijezde klase G idealne za evoluciju složenog života. No, složeni život zahtijevao je više od 3 milijarde godina evolucije. Tehnološki život zahtijevao je 4 milijarde. Gledajući životni ciklus našeg Sunca, jedva smo to uspjeli. Našem Suncu je preostalo još 5 milijardi godina prije nego što potroši svoje vodikovo gorivo, ali usput se nastavlja zagrijavati i isparit će Zemljine oceane u još samo jednu milijardu – djelić ukupnog vremena koje nam je bilo potrebno da evoluiramo. Masivnije zvijezde; klasa F, A, B i O; iscrpljuju svoj vodik mnogo bržim brzinama – neke za 5 milijardi godina ili čak samo nekoliko milijuna godina – ostavljajući malo prostora za život da se razvije... ili čak počne. Zvijezde manje masivne od našeg Sunca, klase K i M, žive dulje dajući više vremena za evoluciju na planetima u njihovim solarnim sustavima. Međutim, zvijezde klase M, sposobne gorjeti od nekoliko stotina milijardi do trilijuna godina, dolaze s upozorenjima. Njihova niska izlazna energija zahtijeva da planeti kruže tako blizu kako bi održali temperaturu pogodnu za tekuću vodu da postanu 'plimno zaključani'. Jedna strana planeta zaključana je gravitacijom kako bi uvijek bila okrenuta prema zvijezdi – baš kao što je naš Mjesec plimno zaključan sa Zemljom. Varijacije temperature na planetu zatvorenom plimom bile bi ekstremne s jedne strane na drugu. Nadalje, blizina planeta zvijezdi ga čini ranjivim na intenzivne rafale sunčevog zračenja od superbaklje i solarne oluje. Dakle, M je vjerojatno vani. To ostavlja zvijezde klase K, težinsku klasu odmah ispod G koja bi, prema autorima, “mogla ponuditi najbenignije okruženje za supernastanjive planete”. Statistički gledano, ovo je dobra vijest jer K zvijezde čine veći postotak zvijezda naše galaksije od G – 12% naspram 8%.
Masa:
Osim što ne kruži oko najoptimalnije zvijezde, Zemlja možda nije ni optimalna masa za zemaljski planet koji nosi život. Veća masa znači veću površinu. Veća površina znači više prostora za razvoj života, kao i gušću atmosferu zbog povećane gravitacije. Ali dosegnete kritičnu granicu. Planeti koji su više od 1,5 puta veći od mase Zemlje mogli bi zapravo biti udaljeni plinoviti divovi klasificirani kao 'mini Neptuni'. Ako se zapravo radi o zemaljskim svjetovima iznad 1,5 Zemljine mase, povećana gravitacija može ometati mehaniku tektonike ploča, kretanje Zemljinih kopnenih masa, što je bitno za recikliranje površinskih hranjivih tvari kroz potrese i vulkanizam (proces koji nedostaje Marsu, na primjer). Tektonika ploča također ravnomjerno raspoređuje zemljište i vodu. U prošlosti, usamljeni superkontinent ZemljePangeaprikazane kopnene pustinje budući da su središnje regije kontinenta bile udaljene od oceanske vode što je rezultiralo lošijom nastanjivom od današnje konfiguracije kontinenta. Planet veće mase također zaključava više topline unutar svoje jezgre što pokreće tektonsku aktivnost dulje vrijeme. Osim toga, otopljena planetarna jezgra koja se vrti stvara zaštitno magnetsko polje oko planeta baš kao što nas naše magnetsko polje štiti od sunčevog zračenja (vidljivo tijekom aurore). Autori su se smjestili na zemaljski planet 1,5 puta veći od Zemlje i otprilike 10% veći.
Animacija raspada superkontinenta Pangea kroz tektoniku ploča tijekom milijuna godina –
c. javno vlasništvo USGS-a
Temperatura:
Temperatura i varijacije temperature planeta uglavnom su funkcija udaljenosti od matične zvijezde, kao i nagiba osi planeta. Za idealnu temperaturu i stabilan aksijalni nagib, planet treba stajati unutar nastanjive zone zvijezde u kojoj bi tekuća voda bila prisutna na površini (kao kod Zemlje) i sadržavala veliki mjesec. Mjesečeva gravitacijska sila na Zemlju smanjuje količinu kojom se naš planet 'koleba'. Poput vrha, naša se Zemlja njiše oko svoje osi, što znači da će za otprilike 13 000 godina Sjevernjača biti zvijezda Vega, a ne Polaris dok se smjer u kojem Sjeverni pol pokazuje po nebu. Bez efekta sidrenja Mjeseca, njihanje Zemljine osi bilo bi mnogo veće. Veliki pomaci u aksijalnom nagibu planeta mogli bi potaknuti ekstremne temperature i klimatske promjene koje rezultiraju u događajima masovnog izumiranja . Također znamo da su najtoplija i najvlažnija mjesta na Zemlji gdje nalazimo najveću biomasu i biološku raznolikost – naime prašume. Toplije i vlažnije ere Zemljine povijesti također su bile sinonim za velike eksplozije života kao što je razdoblje karbona prije 350 milijuna godina kada je prosječna globalna temperatura bila 5 stupnjeva toplija od današnje. Dakle, tražimo vlažne egzoplanete, u zoni pogodnoj za život, sa srednjom globalnom temperaturom 5 stupnjeva toplijom od današnje Zemlje, i na kojima se nalazi veliki mjesec.
Dob:
Život je počeo oko 700 milijuna godina nakon formiranja Zemlje. Ali eoni više vremena bili su potrebni da se složeni višestanični život razvije. S obzirom na više vremena, evolucija ima više mogućnosti za isprobavanje načina vođenja života. Nejasno je koje je optimalno vrijeme za razvoj složenog života, ali želite što više vremena možete dobiti prije nego se jezgra planeta ohladi ili matična zvijezda iscrpi svoje gorivo. Osim toga, previše vremena povećava šansu da određeni planet bude podvrgnut nasumičnim kataklizmičkim događajima poput udara kometa. Autori odabiru starost od 5-8 milijardi godina naspram Zemljinih 4,5 milijardi godina.
S ovim uvjetima dolazimo do supernastanjivog planeta:
- Zemaljski planet koji kruži unutar nastanjive zone roditeljske patuljaste zvijezde K klase – naspram Zemljine patuljaste zvijezde G
- 5-8 milijardi godina - naspram Zemljinih 4,5 milijardi godina
- 1,5 puta veća od Zemljine mase i 10% veća od Zemlje
- Srednja temperatura površine 5 stupnjeva Celzija toplija – slično kao u razdoblju karbona na Zemlji
- Vlažna atmosfera od 25 – 30% O2koncentracija - također slična atmosferskom O na Zemljinom karbonu2koncentracije (trenutno smo na 21%)
- Tektonika ploča koja rezultira recikliranjem površinskih hranjivih tvari i ravnomjerno raspoređenih vode i zemlje. Na temelju aktivne tektonike ploča, planet vjerojatno ima i rotirajuće rastaljeno jezgro koje stvara zaštitno magnetsko polje
- Ima veliki mjesec 1-10% mase planeta i kruži na udaljenosti od 10-100 planetarnih radijusa – Zemljin Mjesec ima 1,2% Zemljine mase i kruži na oko 60 Zemljinih radijusa
Dakle, ima li planeta koji ispunjavaju uvjete!? To je solidno ... možda. Ne možemo izmjeriti sve te kriterije s udaljenosti koje promatramo s trenutnim tehnologijama. Ne možemo, na primjer, još utvrditi ima li egzoplanet aktivnu tektoniku ploča ili ima mjesec. Ali možemo izmjeriti masu egzoplaneta, bilo da kruži unutar nastanjive zone, procijeniti njegovu starost i klasificirati matičnu zvijezdu. Skenirajući 4000+ Keplerovih planeta u potrazi za kriterijima za supernastanjivanje, autori su pronašli 24 zemaljska kandidata koji ispunjavaju barem neke od uvjeta. 9 K zvijezda u orbiti, 16 je staro između 5-18 milijardi godina, a 5 je unutar raspona od 10 stupnjeva optimalne temperature. Od 24, JEDAN zadovoljava sve vidljive kriterije, KOI 5715.01, koji kruži oko narančaste patuljaste zvijezde K klase otprilike 3000 svjetlosnih godina od Zemlje.
Sl. 1 iz Schulze-Makucha, Hellera i Guinana 2020. Udaljenosti zvijezda-planet (duž apscise) i masa zvijezde domaćina (duž ordinate) od otprilike 4500 kandidata za ekstrasolarne planete i ekstrasolarne planete. Temperature zvijezda su označene bojama simbola (vidi traku boja). Planetarni radijusi su kodirani u veličinama simbola (vidi ljestvicu veličine na dnu). Konzervativna naseljiva zona, definirana vlažnim staklenikom i maksimalnim granicama staklenika (Kopparapu i sur., 2013.) ocrtana je crnim punim linijama. Zvjezdane luminoznosti potrebne za parametriranje ovih granica preuzete su od Baraffea i sur. (2015) kao funkcija mase kako je prikazano duž ordinate dijagrama. Podaci iz exoplanets.org od 20. svibnja 2019.
Ima li koga kod kuće?
Iako bi kandidati mogli imati preduvjete za supernastanjivost, ne znamo jesu li stvarno naseljeni. Iako znamo koji su uvjeti život (kako ga poznajemo) potrebni da bi procvao, ne znamo koji su uvjeti potrebni zapodrijetloživota.Međutim, nakon što se lopta zakotrlja, čini se da život postaje složen.
U povezanom istraživanju koje je također napisao Dirk Schulze-Makuch i kojem se pridružio William Bains s MIT-a, njih dvojica tvrde da ako život počne na planetu, evolucija neizbježno vodi prema složenim, makroskopskim oblicima s obzirom na nastanjive okolišne uvjete i dovoljno vremena. Schulze-Makuch i Bains pregledali su 'ključne inovacije' ili glavne evolucijske prekretnice života na Zemlji. Ove prekretnice dogodile su se “mnogo puta neovisno u vrlo različitim skupinama organizama” što sugerira da ove inovacije nisu ni rijetke ni jedinstvene u evolucijskom procesu prema progresivno složenijem životu. A ako su se ti veliki skokovi dogodili mnogo puta na našem planetu, neovisno o vrsti ili lokaciji, možda bi se slične prekretnice mogle dogoditi i na drugim svjetovima. Ključne inovacije također su katalizirali uvjeti uobičajeni za druge svjetove. Na primjer, fotosinteza je logičan evolucijski iskorak jer bi izvor energije koji je najzastupljeniji život bio svjetlo zvijezda na površini planeta. Tada bismo mogli očekivati da je vanzemaljski život također evoluirao u fotosintezu. Ostale napredne inovacije bile su bakterije koje proizvode kisik koje su obogatile sadržaj O2 u našoj atmosferi, složena unutarnja stanična struktura, složeno genetsko kodiranje, višestanična sposobnost, veliki višestanični organizmi i konačno inteligencija koja je dovela do tehnološke inteligencije. Od svih inovativnih koraka života, dva koja ne razumijemo u potpunosti su podrijetlo samog života i razvoj tehnološke inteligencije – početak i najnoviji. Izvan ove dvije inovacije, autori zaključuju da, s obzirom na dovoljno vremena, 'gdje je život nastao i postoji dovoljan protok energije, uvjereni smo da ćemo pronaći složen život nalik životinjama'. Ovo možda nije tehnološki životinjski život, ali AKO je život započeo na svijetu, a pogotovo ako taj svijet pokazuje supernastanjivost, postoji velika vjerojatnost da kompleksni životinjski život živi na tom svijetu ako je evolucija života na Zemlji bilo kakav pokazatelj. I to je… vau.
Trenutno nijedan od supernastanjivih kandidata ne živi unutar sto svjetlosnih godina, što znači da ih je teško detaljno proučavati. Ali s obzirom na nadolazeći napredak u teleskopima poput Svemirski teleskop James Webb i Projekt Starshade , ako se otkrije bliži supernastanjivi kandidat, autori nas potiču da bolje pogledamo govoreći to
'... s obzirom na potragu za ekstrasolarnim životom, potencijalno supernastanjivi planeti možda zaslužuju veći prioritet za praćenje od većine planeta sličnih Zemlji.'
Schulze-Makuch, Heller i Guinan 2020
U međuvremenu, postoji JEDAN svijet za koji znamo da ima život. Što se tiče nastanjivosti, pravimo veliku štetu. Bile su potrebne milijarde godina da uvjeti postave pozornicu za naš dolazak na Zemlju. Sve to brzo preokrećemo. Čuvajmo Zemlju s istim strahopoštovanjem i poštovanjem koje bismo dali njenoj rođakinji da je nađemo među zvijezdama.
Više za istraživanje:
Universe Today Intervju s Dirkom Schulze-Makuchom
U potrazi za planetom boljim od Zemlje: glavni kandidati za supernastanjivi svijet – Schulze-Makuch, Heller, Guinan 2020. (Izvorna publikacija)
Koliko su super baklje loše za nastanjivost planeta? – Svemir danas
James Webb radi savršeno! Na tlu. Sljedeći trik: Učiniti to iz svemira – Svemir danas
Učinci ekstremnih varijacija nagiba na nastanjivost egzoplaneta – Amstrong et al 2014.
Gotovo je za Keplera. Najuspješniji lovac na planete ikad napravljen konačno je ostao bez goriva i upravo je ugašen – Svemir danas Misija balona koja bi mogla pokušati potvrditi život na Veneri – Svemir danas
