Tikriausiai gyvybė negali egzistuoti tiek daug planetų, kaip kadaise manėme

Adrianas Pelletier | Atskleiskite purslą

Kai 2009 m. buvo paleista Keplerio kosmoso observatorija, ji pradėjo rasti planetų aplink kitas žvaigždes tokiu greičiu, kuris sujaudino astronomus. Šie duomenys leido apskaičiuoti, kad mūsų galaktikoje turi būti apie 40 milijardų į Žemę panašių planetų, besisukančių į saulę panašių žvaigždžių ir raudonųjų nykštukų gyvenamosiose zonose.

Gyvenamoji zona yra aplink žvaigždę esanti sritis, kurioje planetos paviršiuje gali egzistuoti skystas vanduo. Tai svarbu, nes Žemėje esantys įrodymai rodo, kad skystas vanduo yra gyvybiškai svarbus. Ir jei gyvybė lengvai prasideda į Žemę panašiuose pasauliuose, Keplerio skaičiai rodo, kad mūsų galaktikoje turi knibždėte knibžda gyvybės. Taigi vyksta lenktynės ieškant to įrodymų. Įvairūs kosminiai teleskopai kuriami siekiant ieškoti unikalaus spektroskopinio parašo, kurį turi sukurti gyvybė.

Tačiau pagrindinis iššūkis bus rasti geriausius taikinius – planetas, kuriose sąlygos atrodo palankiausios sudėtingam gyvenimui. O astrobiologai ėmė pabrėžti, kad vien skysto vandens neužtenka. Jei Žemė yra kažkas, svarbi ir kitų molekulių dalis. Pavyzdžiui, per didelis anglies dioksido arba anglies monoksido kiekis žudo sudėtingą gyvybę, kokią mes žinome.

Šiandien Edwardas Schwietermanas iš NASA Astrobiologijos instituto Riverside mieste, Kalifornijoje, ir keli kolegos peržiūrėjo gyvenamosios zonos apibrėžimą, kad būtų atsižvelgta į anglies monoksido ir anglies dioksido kiekį. Dėl to jie sako, kad gyvenamoji zona sudėtingam gyvenimui turi būti žymiai mažesnė – maždaug ketvirtadaliu platesnė, nei leidžia ankstesnis apibrėžimas. Mūsų rezultatai turi daug svarbių pasekmių ieškant egzoplanetų biologinių ženklų ir sudėtingos gyvybės už mūsų saulės sistemos ribų, sako Schwieterman ir kt.

Pirmiausia šiek tiek fono. Gyvenamosios zonos dydį sunku apskaičiuoti, nes paviršiaus temperatūra priklauso nuo įvairių atmosferoje vykstančių grįžtamojo ryšio procesų, pavyzdžiui, šiltnamio efekto. Įprastas gyvenamosios zonos apibrėžimas nurodo atmosferą, kurioje yra azoto, anglies dioksido ir vandens, stabilizuojamą tuo pačiu karbonato ir silikato grįžtamojo ryšio procesu, kuris egzistuoja Žemėje.

Karbonato ir silikato ciklas yra ilgalaikis procesas, kurio metu silikatinės uolienos reaguoja su vandeniu ir anglies dioksidu, kad susidarytų karbonatinės uolienos, kurios, veikiant aukštam slėgiui, temperatūrai ir vulkanizmui, vėl paverčiamos silikatinėmis uolienomis ir anglies dioksido dujomis. Tai veda į grįžtamąjį ryšį, kuris palaiko santykinai stabilų anglies dioksido lygį atmosferoje, o tai leidžia šiltnamio efektui padidinti paviršiaus temperatūrą.

Vidiniame gyvenamosios zonos krašte santykinai mažas anglies dioksido kiekis gali sukurti pakankamai aukštą skysto vandens temperatūrą. Žemėje būtinas anglies dioksido lygis per visą istoriją svyravo nuo dešimčių iki šimtų dalių milijonui.

Tačiau vidutiniuose ir išoriniuose gyvenamosios zonos regionuose anglies dioksido koncentracija atmosferoje turi būti daug didesnė, kad būtų palaikoma paviršinio skysto vandens temperatūra, sako Schwieterman ir kt.

Pavyzdžiui, viena egzoplaneta, dažnai laikoma gera nežemiška gyvybe, yra Kepler-62f. Ši planeta yra maždaug tris kartus didesnė už Žemės masę, o jos šeimininkė skrieja iš Lyros žvaigždyno maždaug tokiu pat atstumu kaip ir Venera. Tačiau kadangi šeimininkas yra mažiau šviesus nei saulė, Kepler-62F gauna maždaug tiek pat saulės šviesos, kiek ir Marsas, todėl jis yra išoriniame gyvenamosios zonos pakraštyje.

Šiltnamio efektas gali lengvai padaryti Kepler-62f pakankamai šiltą skystam vandeniui. Tačiau Schwieterman ir bendradarbiai apskaičiavo, kad norint atlikti šį triuką, prireiks trijų ar penkių barų anglies dioksido. Tai 1000 kartų daugiau nei kada nors egzistavo Žemėje per visą sudėtingos gyvybės istoriją.

Grupė pažymi, kad šie anglies dioksido kiekiai yra nuodingi sudėtingiausiai gyvybei Žemėje šiandien, ir manoma, kad padidėjęs lygis praeityje buvo reikšmingas masinio išnykimo veiksnys. Apibrėžiant gyvenamąsias zonas reikia atsižvelgti į fiziologines anglies dioksido lygio ribas, kurias gyvybė gali toleruoti. Taigi Kepler-62f gali būti ne toks geras kandidatas.

Anglies monoksidas taip pat kelia grėsmę sudėtingai gyvybei. Schwieterman ir bendradarbiai apskaičiavo, kad planetose, skriejančiose aplink vėsias žvaigždes, anglies monoksido kiekis greičiausiai bus didesnis, nes fotocheminės sąlygos yra palankesnės jam susidaryti. Tai kelia dar vieną apribojimą gyvenamosioms zonoms.

Galutinis komandos skaičiavimas yra išsiaiškinti, kaip šie apribojimai keičia mūsų dabartinį supratimą apie gyvenamosios zonos dydį. Viena iš pasekmių yra ta, kad galime nesitikėti, kad planetose, skriejančiose aplink vėlyvuosius M nykštukus, ar potencialiai tinkamose gyventi planetose netoli išorinių jų gyvenamųjų zonų kraštų aptiksime protingos gyvybės ženklų ar technosignatūrų, sako Schwieterman ir kt.

Tai turės didelės įtakos būsimoms kitų planetų biosignatūrų paieškoms. Astronomai gali nuspręsti sutelkti dėmesį į šiltesnes, į saulę panašias žvaigždes, kur sąlygos sudėtingam gyvenimui tikriausiai yra palankesnės.

Tačiau būsimų kosminių teleskopų dizaineriams nereikia bijoti dėl taikinių trūkumo. Net jei gyvenamoji zona yra žymiai mažesnė, nei manyta anksčiau, tikėtina, kad vien mūsų galaktikoje bus daug šimtų milijonų kandidatų. To turėtų pakakti šiuo metu planuojamoms misijoms.

Nuoroda: arxiv.org/abs/1902.04720 : ribota gyvenamoji zona sudėtingam gyvenimui

paslėpti