Super-naseljivi planeti – postoji li negdje tamo gore super-Zemlja?

Izradom sve boljih teleskopa, znanstvenici su u jednom trenutku nakon duge potrage pronašli svemirsko tijelo, točnije prirodni satelit matičnog planeta plinovitog diva. Taj trenutak je označio veliku prekretnicu u istraživanju svemirskih prostranstava u potrazi za “novom Zemljom”. Naime, uvjeti za život na tom nebeskom tijelu su tako povoljni da je on doslovno kompletno popunjen najrazličitijom mogućom zbirkom flore i faune, kakvu na Zemlji ne možemo niti zamisliti. Što je najzanimljivije, to nebesko tijelo se ne nalazi u nedostupnim dubinama naše galaksije, već kruži zajedno sa svojim matičnim planetom oko nama najbliže zvijezde, Alpha Centauri…

Naravno, riječ je o fiktivnom nebeskom tijelu Pandora, koje postoji samo u mašti redatelja Jamesa Camerona, ali – je li postojanje i možda pronalazak takvog ili sličnog nebeskog tijela koje bi bilo super-naseljivo, s boljim uvjetima za život u usporedbi sa Zemljom, uopće moguće?

Da bi odgovorili na to pitanje, tj. dali neke smjernice kojima ćemo uputiti vas da sami za sebe donesete zaključak, trebamo prvo definirati kakvi su idealni uvjeti za život u Svemiru. Pogledajmo što o tome kaže moderna znanost.

Što je potrebno za život u Svemiru?

Prije nego odemo u dubine znanstvenih radova koji se bave ovom tematikom, treba znati da mišljenja o tome gdje je u Svemiru uopće moguć život, podosta variraju. Nekako smo stava da je u jednom trenutku prevladavalo mišljenje da se Zemlja nalazi u tako idealnoj situaciji gdje je baš sve posloženo apsolutno idealno za stvaranje života, i da u nijednoj drugoj situaciji on ne bi bio moguć; primjerice da je Zemlja samo malo dalje ili samo malo bliže Suncu, da život na njoj nikad ne bi nastao. Ti pomalo pesimistični stavovi su danas podosta pod izazovom novih otkrića i hipoteza. U prvom redu, dosta se hipotezira o mogućem postojanju života na Marsu ili čak Veneri, gdje postoje poprilično različiti uvjeti u odnosu na one na Zemlji. Naravno, ne govorimo o kompleksnim oblicima života, posebno ne inteligentnom, već o mikroorganizmima poput bakterija koje su u stanju preživjeti u takvim uvjetima. U prilog tome idu nedavna (moguća) otkrića fosfina i glicina u Venerinoj atmosferi, što ako se pokaže točnim može značiti da Venerina atmosfera na visinama od 50-tak kilometara iznad površine obiluje organskim spojevima i vjerojatno bakterijama. Iako smo podosta skeptični prema ostvarivosti te ideje, to je jedna od aktualnih hipoteza koja će se intenzivno testirati kroz nova istraživanja i možda neke nove misije koje budu lansirane na Veneru u budućnosti.

Nakon fosfina, i aminokiselina glicin je upravo nađena na Veneri?!

Ne tako davno jedna od top vijesti u znanosti je bila detekcija fosfina u atmosferi Venere. O tom događaju smo pisali i na MeteoAdriaticu, jer je plin fosfin jedan od indikatora moguće prisutnosti bioloških procesa te stoga predstavlja važnu znanstvenu novost. Špekulira se kako slijedom tog otkrića postoje određeni izgledi da je fosfin na Veneri […]

Osim tih hipoteza, postoje nova otkrića koja pokazuju da je život na Zemlji moguć tamo gdje smo ga donedavno doista najmanje očekivali. Daleko ispod naših nogu usred Zemljine kore, znanstvenici su pronašli ogromne količine bakterija koje preživljavaju u nezamislivim uvjetima – bez sunca, svjetla, na ekstremnoj vrućini i tlaku, bez nutrijenata – i čini se, poprilično “uživaju” u takvim uvjetima (vidi npr. Deep Carbon Observatory projekt).

Ove nam spoznaje govore da je život moguć u različitijim uvjetima nego smo donedavno smatrali, što zapravo širi mogućnosti pojave života na više svermirskih objekata nego se dosad pretpostavljalo. No, ajmo vidjeti što definira uvjete doista pogodne za život i kakvi su to uopće idealni uvjeti, poput onih s Cameronove Pandore iz uvoda.

Exoplanets.org projekt sadrži bazu planeta-kandidata koji bi mogli biti unutar naseljive zone, a koja zavisi o masi zvijezde oko koje planet orbitira te udaljenosti njegove orbite. Prilično je jasno već unaprijed da će naseljiva zona biti udaljenija od matične zvijezde ako je ona veća, i obratno, što je vidljivo iz priložene slike:

Zona naseljivosti, odnosno raspon udaljenosti putanje planeta oko matične zvijezde, a zavisno o njezinoj masi, se bazira na pretpostavki da u toj zoni može postojati tekuća voda na nebeskom tijelu (Kopparapu et al, 2013). Detaljnije promatrano, postoji nužna kombinacija niza uvjeta za koje se smatra da su potrebni na nekom planetu da bi na njemu bio moguć život. Ovi uvjeti su definirani prema znanstvenim saznanjima promatrajući život na Zemlji, pa ih ne treba uzeti u obzir kao definitivne; s novim saznanjima moguće je da će se popis jednog dana manje ili više redefinirati (granice uvjeta koji podržavaju život će se vjerojatnije proširiti nego suziti). Trenutačna lista uvjeta podijeljena u dvije grupe prema vrsti organizama na koje se odnosi definira raspon temperature, pH, aktivnost vode, raspoloživost kisika, tlak, zračenje te ekstremne koncentracije pojedinih kemijskih elemenata, kako je prikazano u sljedećoj tablici (za detalje vidi glavnu referencu i reference navedene pod tablicom):

Super-naseljivi planeti

Međutim, Schulze et al. (2020) su se intenzivno u svom istraživanju bavili glavnim pitanjem – kakav bi planet trebao biti da bude bolji za razvoj života nego je Zemlja i kakve su šanse da takav planet postoji te da ga pronađemo? Tu dolazi pojam super-naseljivosti (super-habitability); to su oni planeti koji bi pružili bolje uvjete za život nego to nudi Zemlja, odnosno prema autorima to bi bili planeti s većom biomasom i većom raznolikosti biomase u odnosu na Zemlju. Pritom definiraju svojstva matične zvijezde i svojstva samog planeta; budući da oba nebeska tijela igraju ključnu ulogu u stvaranju uvjeta za život na planetu.

Autori rada tako pojašanjavaju da su idealne zvijezde koje bi u svojoj orbiti mogle imati super-naseljiv planet patuljci K i M klase – i to s posebnim naglaskom na patuljke K klase (naše Sunce je patuljak G klase). Klasa K su tzv. narančasti patuljci, nešto su hladniji od našeg Sunca. Autori potkrijepljuju svoje tvrdnje da bi patuljak K klase trebao biti najpogodniji za stvaranje okruženja u kojem postoje super-naseljivi planeti zbog dugovječnosti i stabilnosti same zvijezde, što bi stvorilo dovoljno dugotrajne i stabilne uvjete u orbiti zvijezde za nesmetan razvoj super-života na planetu.

Što se tiče svojstava samog planeta, autori navode da bi starost za život idealnog super-planeta trebala biti između 5 i 8 milijardi godina, do 10% većeg polumjera i do 1.5 veće mase od Zemlje, oko 5°C više srednje površinske temperature od Zemlje, sa dovoljnom količinom vlage u atmosferi za stvaranje naoblake i oborina, sa 25-30 posto udjela kisika u atmosferi, sa raspršenom kopnenom masom po oceanima, uz dovoljno plitkih vodenih područja i ahripelaga, sa velikim mjesecom u orbiti čija je masa od 1 do 10 posto mase samog planeta, na udaljenosti od 10 do 100 polumjera planeta, sa postojanjem tektonskih ploča i snažnim magnetskim poljem za zaštitu površine od zračenja sa matične zvijezde i iz Svemira.

Pa tko uopće ne bi volio preseliti na takav planet? 🙂 No, da prokomentiramo pojedine od navedenih stavki koje definiraju ovakav idealan planet, prema autorima.

Dovoljna starost planeta koji bi trebao idealno biti nešto stariji od Zemlje se objašnjava vremenom koje je Zemlji bilo potrebno da prođe kroz sve faze koje su konačno omogućile uvjete za nastanak kompleksnog života kakvog danas poznajemo (4 milijarde godina). Ipak, ako je planet prestar, moglo bi doći do pretjeranog trošenja radioaktivnog materijala u utrobi, što bi za posljedicu moglo imati hlađenje planeta ispod granice održivosti života (o idealnim temperaturama u sljedećem paragrafu). Nešto veća masa od Zemljine bi bila dobrodošla, jer bi imao veću raspoloživu površinu za život. Veća masa značila bi i jaču gravitaciju, a time i gušću atmosferu te bi bilo lakše kretanje zrakom, što bi omogućilo bolju biorasprotranjenost i miješanje vrsta po kontinentima (Heller and Armstrong, 2014). Tektonske ploče i tektonska aktivnost se smatraju vrlo bitnim čimbenicima u reciklaži nutrijenata, te bi svakako trebale biti prisutne na super-naseljivom planetu baš kao što je to slučaj i na Zemlji.

Idealna klima super-naseljivih planeta

Što se klimatskih uvjeta na “super-Zemlji” tiče, Idealnu temperaturu planeta autori promatraju u usporedbi sa Zemljom i njezinoj prostornoj/vremenskoj rasprostranjenosti biomase. S obzirom da je na Zemlji trenutačno najgušća rasprostranjenost biomase i njezine raznolikosti u tropskim krajevima, a najmanja u polarnim (Brown, 1990, 2013; Kraftet al., 2011, Raven et al., 2020), smatra se da bi idealne temperature koje bi podržavale najveću gustoću naseljenosti i najraznolikiju floru i faunu trebale biti više nego na Zemlji ali ne mnogo. Procjene idealne temperature kreću oko 5°C više nego su trenutačno na Zemlji. Takva brojka se nadalje u radu potkrijepljuje povijesnim podacima sa Zemlje, pa tako se navodi za primjer ranog Karbona (early Carboniferous period) za koji se procjenjuje da je bio topliji i vlažniji od aktualne klime za otprilike toliki iznos (Raymond, 1985; Bardossy, 1994). Rani Karbon je naime period u kojem se je na Zemlji stvorilo toliko mnogo biomase da se i danas intenzivno pronalaze i koriste organske naslage u tlu stvorene u tom periodu. Što se tiče vlažnosti, veća količina vodene pare u atmosferi bi omogućila bolju zaštitu od UV zračenja sa matične zvijezde te bi se stoga svakako preferirala na super-naseljivom planetu.

Potreban je i mjesec, opet zbog klime

Prirodni satelit (mjesec) je ekstremno bitan element bez kojeg planet ima mnogo manje šanse da razvije kompleksan život. To je stoga jer satelit poput našeg Mjeseca stabilizira smjer osi Zemlje u prostoru i na taj način umanjuje klimatske varijacije tijekom vremena. Naime, nagnutost Zemljine osi u odnosu na ekliptiku dugoročno varira oko 2.5 stupnja (od 22,1° do 24,5°, s periodom od 41.000 godina), dok primjerice Marsu nagib varira jako puno i kaotično te može doseći vrijednosti od 0 do oko 60°. Te promjene u nagibu osi stvaraju ekstremne klimatske promjene i time značajno otežavaju razvoj kompleksnog života ili ga potpuno onemogućuju. Budući da Mjesec jako stabilizira Zemljinu os, on time značajno prigušuje klimatske promjene koje bi bez njegovog utjecaja bile nekoliko redova veličine veće nego su inače. Ovdje valja napomenuti da primjerice novo istraživanje od Bajo et al. (2020) pokazuje čvrstu povezanost stvaranja ledenih doba i nagnutosti Zemljine osi u prostoru, iz čega proizlazi kako i mala promjena nagnutosti osi može dovesti do golemih učinaka u klimatskim promjenama. Mala digresija: trenutačno se nagnutost Zemljine osi smanjuje, a manja nagnutost osi prema povijesnim podacima odlično korelira s pojavom ledenih doba; to potvrđuje dosadašnja predviđanja da se planet dugoročno kreće prema novom hladnijem periodu i stoga mogućem novom ledenom dobu. Treba napomenuti da aktualne klimatske promjene djeluju na potpuno drugačijoj vremenskoj skali (red veličine deseci i stotine godina), dok bi sljedeći minimum nagnutosti osi trebao doći tek za oko 17.000 godina pa su ta dva efekta teško međusobno poveziva i usporediva budući da je riječ o više redova veličine drugačijem periodu promjena. Za detalje vidjeti referencu (Bajo et al. 2020).

Možemo li pronaći ovakav super-planet?

Ono što trenutačno znamo, od svih nađenih planeta-kandidata koje nastojimo pobliže proučiti, 9 ih orbitira oko patuljka K klase, 16 ih je staro između 5 i 8 milijardi godina, 5 bi ih trebalo imati temperaturu ne više od 10°C nižu ili višu od optimalne, dok samo jedan od njih zadovoljava sva ta tri kriterija. To je planet naziva KOI 5715.01 (KOI = Kepler Object of Interest). KOI 5715.01 je udaljen od Zemlje mnogo, čak 3000 svjetlosnih godina, pa ga stoga teško možemo nazvati novom Pandorom. Ali, potraga i dalje traje i ne sumnjamo da će super-naseljivih planeta koji ispunjavaju postavljene kriterije biti s vremenom otkriveno još mnogo više, možda i u nekom bližem zvjezdanom susjedstvu.

Reference

1. Bajo, P. et al. (2020), Persistent influence of obliquity on ice age terminations since the Middle Pleistocene transition, Science, 367/6483.
2. Bardossy G (1994), Carboniferous to Jurassic bauxite deposits as paleoclimatic and paleogeographic indicators. Pangea 17:283–293.
3. Brown JH (1990), Species diversity. In: Analytical Biogeography: An Integrated Approach to the Study of Animal and Plant Distributions, edited by AA Myers and PS Giller Springer, Heidelberg, pp. 57–89.
4. Brown JH (2013), Why are there so many species in the tropics. J Biogeogr 41:8–22.
5. Heller R and Armstrong J (2014), Superhabitable worlds. Astrobiology 14:50–66.
6. Kopparapu et al (2013), Habitable Zones Around Main-Sequence Stars: New Estimates. ApJ 765 131.
7. Kraft NJ, Comita LS, Chase JM, et al. (2011), Disentangling the drivers of ß diversity along latitudinal and elevational gradients. Science 333:1755–1758.
8. Raven, P. H. et al. (2020), The distribution of biodiversity richness in the tropics, Science Advances 6/37.
9. Raymond A (1985), Floral diversity, phytogeography, and climatic amelioration during the Early Carboniferous (Dinantian). Paleobiology 11:293–309.
10. Schulze-Makuch, Dirk & Heller, René & Guinan, Edward. (2020), In Search for a Planet Better than Earth: Top Contenders for a Superhabitable World. Astrobiology. 10.1089/ast.2019.2161.