Ze wszystkich miejsc, które kiedykolwiek oglądaliśmy we wszechświecie, tylko Ziemia dostarczyła nam dowodów na istnienie życia. Ale dlaczego? Ponieważ życie jest rzadkie i wymaga od nas wszystkich warunków, które mamy na Ziemi, aby je utrzymać? Czy też dlatego, że życie jest wszechobecne, ale znaleźliśmy je tutaj, ponieważ było to najłatwiejsze miejsce, aby je znaleźć?
Ponieważ wszystko na Ziemi jest ułożone tak, jak jest, jesteśmy przyzwyczajeni, że gdybyśmy mieli planetę i gwiazdę o takich samych właściwościach jak Ziemia i Słońce - w tym samym wieku, z tymi samymi odległościami orbitalnymi, rozmiarami i masami, od te same materiały, wtedy znowu odzyskamy życie. Zakładamy również, że inne kombinacje są mniej prawdopodobne. Ale wszystkie nasze założenia mogą być błędne. Ziemia może być tak rzadka jak życie.
W 2015 roku NASA ogłosiła odkrycie Kepler-452b i nazwała ją „najbardziej podobną do Ziemi egzoplanetą”, jaką kiedykolwiek odkryto. Oczywiście miała wiele podobieństw do Ziemi, a jej gwiazda miała wiele podobieństw do Słońca:
- Jej gwiazda macierzysta jest bardzo podobna do Słońca pod względem temperatury, masy i rozmiaru: jest to gwiazda G2, o tej samej jasności i długości życia.
- Obraca się w prawie tej samej odległości i w mniej więcej tym samym okresie co nasza planeta wokół Słońca: 385 dni zamiast 365.
- Gwiazda, wokół której się kręci, nie jest dużo bardziej rozwinięta niż nasze Słońce: jest o 1,5 miliarda lat starsza, co oznacza, że jest o 20% silniejsza energetycznie i 10% zimniejsza.
Film promocyjny:
- Sama planeta jest niewiele większa od naszej Ziemi, a jej promień jest o 60% większy.
I chociaż te warunki mogą wydawać się wam „podobne do ziemskich”, to odkryty świat nie ma oczywiście nic wspólnego z Ziemią.
W naszym Układzie Słonecznym różnica między Ziemią a Wenus jest niewielka: około 5% promienia. Dla porównania, różnica między Ziemią a Uranem lub Neptunem jest ogromna: promień tych światów jest czterokrotnie większy od Ziemi. Dlatego 60% więcej może nie wydawać się taką przesadą, ale istnieje duże prawdopodobieństwo, że znajdziemy stałą planetę z cienką atmosferą, która będzie miała właściwości gazowego giganta: dużą powłokę lekkich gazów atmosferycznych. W rzeczywistości istnieje bardzo wąskie okno, które należy uznać za „ziemskie” pod względem wielkości planety, a odchylenie o ponad 10–20% w stosunku do wielkości Ziemi byłoby zbyt duże.
Jednak są wszelkie powody, by sądzić, że planety ziemskie są dość powszechne. Najnowsze wyniki teleskopu Keplera pokazują, że w dysku Drogi Mlecznej znajduje się co najmniej 17 miliardów planet wielkości Ziemi, a co najmniej kilka procent gwiazd będzie miało w pobliżu co najmniej jeden świat podobny do Ziemi. Chociaż naszym ostatecznym celem jest oczywiście znalezienie świata z zaawansowanym życiem biologicznym - najlepiej świata z życiem podczas eksplozji kambru - nasze myśli zawsze wracają do bliźniaka Ziemi. Ale taki sobowtór, nawet jeśli istnieje, może nie być najlepszym miejscem do szukania.
Nasze Słońce jest gwiazdą klasy G. sprzed 4,6 miliarda lat. Chociaż uważamy, że jest to jedna z najpowszechniejszych, tak nie jest: nasza gwiazda jest masywniejsza niż 95% wszystkich gwiazd. Karły typu M, małe czerwone gwiazdy, to najpowszechniejszy typ gwiazd we Wszechświecie: trzy czwarte wszystkich gwiazd to karły typu M. Oceany na naszej planecie będą wrzeć za miliard lat, ale gwiazdy typu M będą palić się w stabilnej temperaturze przez dziesiątki bilionów lat.
"Kepler" znalazł wiele planet ziemskich w pobliżu tych gwiazd M, które znajdowały się w odpowiednich miejscach dla wody na ich powierzchni w stanie ciekłym i których masa była całkiem odpowiednia dla naziemnej definicji. I chociaż gwiazdy M częściej emitują rozbłyski, a planety powinny być bliżej nich, zapewniają one również bardziej stabilne środowisko dla swoich planet, z mniejszym promieniowaniem ultrafioletowym i zwiększoną ochroną przed gwałtownymi przejawami przestrzeni międzyplanetarnej i międzygwiazdowej. Siły pływowe z ich gwiazd są również silniejsze, a ich skrócone okresy orbitalne zapewniają im łatwy sposób generowania dużego pola magnetycznego, prawdopodobnie chroniącego przed rozbłyskami.
Systemy te są dość powszechne, ale bliźniacze systemy Ziemi nie. Czego potrzebujemy do prawdziwego „sobowtóra”? Przede wszystkim potrzebujemy gwiazdy takiej jak Słońce. Oznacza to, że gwiazda powinna mieć nie tylko tę samą temperaturę i typ widmowy, ale także mniej więcej ten sam wiek. Potrzeba czasu, by życie ewoluowało i przekształciło się w coś interesującego, co oznacza, że potrzebujemy gwiezdnego systemu, który ma wiele miliardów lat. Ale nie możemy czekać zbyt długo, ponieważ wraz ze starzeniem się gwiazd obszar rdzenia, który łączy wodór z helem, rośnie, a moc wyjściowa wzrasta (a wraz z nią jasność i temperatura). W końcu planety (takie jak Ziemia), które niegdyś nadawały się do zamieszkania, staną się zbyt gorące, powodując wrzenie wodę i uniemożliwiając rozwój życia.
Powiedzmy, że mamy okno trwające 1-2 miliardy lat, co stanowi około 10% życia gwiazdy. W naszej galaktyce jest około 200-400 miliardów gwiazd, a około 7,6% z nich to gwiazdy klasy G, podobnie jak nasze Słońce. Pomimo faktu, że nasze Słońce jest dokładniej klasyfikowane jako gwiazda G2V, nadal wynika, że około 10% wszystkich gwiazd klasy G będzie tego samego typu, co nasze Słońce. Na szczycie znajduje się 400 miliardów gwiazd, z których 7,6% należy do klasy G, z czego 10% należy do tej samej podklasy co Słońce, z czego 10% to odpowiedni wiek do interesującego życia. To jest 300 milionów gwiazd. Ale nawet wtedy nie wszystkie z nich będą miały wystarczająco dużo ciężkich elementów, aby stworzyć ziemski świat.
Powyżej widać widmo Słońca. Innymi słowy, linie, które widzisz, reprezentują szeroką gamę atomów i ich związków. Jest ich wiele na Słońcu i mają bardzo specyficzne relacje. Wskaźnik, który nie jest wodorem ani helem, ale syntetyzuje materiały w Słońcu, astronomowie nazywają metalicznością. Jeśli chcemy planety ziemskiej, potrzebujemy gwiazd z metalicznością podobną do Słońca. Nie jest tak źle; aż 25% gwiazd, które powstały w tym samym czasie, co nasze Słońce, było gwiazdami pośrednimi populacji I, a wiele z nich (być może około 15%) ma taką samą metaliczność jak nasze Słońce.
Okazuje się, że w naszej galaktyce jest 11 milionów gwiazd takich jak nasza, z tym samym indeksem pierwiastków ciężkich. Ile z tych 11 milionów słonecznych „bliźniaków” ma ziemskie bliźniaki w swoich strefach nadających się do zamieszkania?
Musimy stworzyć solidną planetę o odpowiedniej wielkości, z wystarczającą ilością pierwiastków, odpowiednią ilością wody i we właściwym miejscu, aby można ją było uznać za bliźniaka Ziemi. Wszystkie te problemy są ze sobą powiązane. Można by pomyśleć, że gdyby gwiazda centralna miała odpowiednią obfitość pierwiastków, to powstałe planety powinny mieć taki sam stosunek gęstości do promienia, jak w naszym Układzie Słonecznym. Ale jeśli twoja planeta ma 20% większy promień niż Ziemia, z pewnością otrzymasz powłokę lekkich gazów - wodoru i helu - które będą chronić twoją planetę, nawet jeśli znajdujesz się w wewnętrznej części Układu Słonecznego.
Świat, który jest o 60% większy od Ziemi, będzie miał pięciokrotnie większą masę, co jest zbyt duże, aby być solidną planetą z cienką atmosferą. Jeśli ponownie przejrzymy wszystkie szacunki, otrzymamy od czterdziestu do stu tysięcy planet ziemskich z orbitami ziemskimi wokół gwiazd typu słonecznego. Przy 400 miliardach gwiazdek szanse są wyjątkowo niewielkie.
I pamiętaj, że prawdziwym celem znalezienia takich planet jest znalezienie światów, które mogą wspierać życie podobne do Ziemi. A jeśli taki jest cel, nie szukaj „sobowtóra” Ziemi; lepiej szukać mniejszych planet w pobliżu gwiazd klasy M. Lepiej szukać ziemskich światów w potencjalnie nadających się do zamieszkania strefach w pobliżu gwiazd. Opcji będzie znacznie więcej.
ILYA KHEL