V posledních letech počet extra solárních planet objevených kolem blízkého typu M (červené trpasličí hvězdy) výrazně vzrostl. V mnoha případech byly tyto potvrzené planety „podobné Zemi“, což znamená, že jsou pozemské (také známé jako skalnaté) a jejich velikost je srovnatelná se Zemí. Tyto nálezy byly obzvláště vzrušující, protože červené trpasličí hvězdy jsou ve vesmíru nejběžnější - tvoří 85% hvězd pouze v Mléčné dráze.
Bohužel již bylo provedeno mnoho studií, které naznačují, že tyto planety nemusí mít nezbytné podmínky pro podporu života. Nejnovější pochází z Harvardské univerzity, kde postdoktorský vědec Manasvi Lingam a profesor Abraham Loeb prokazují, že planety kolem hvězd typu M nemusí dostat dostatečné záření ze svých hvězd, aby došlo k fotosyntéze.
Jednoduše řečeno, má se za to, že život na Zemi se objevil před 3,7 až 4,1 miliardami let (během pozdního hadeanského nebo počátku Archean Eon), v době, kdy by atmosféra planety byla dnes pro život toxická. Před 2,9 až 3 miliardami let se začaly objevovat fotosyntetizující bakterie a začaly obohacovat atmosféru plynným kyslíkem.
V důsledku toho Země zažila asi před 2,3 miliardami let tzv. „Velkou oxidační událost“. Během této doby fotosyntetické organismy postupně přeměňovaly zemskou atmosféru z atmosféry složené převážně z oxidu uhličitého a metanu na atmosféru tvořenou dusíkem a kyslíkem (~ 78%, respektive 21%).
Je zajímavé, že se předpokládá, že další formy fotosyntézy se objevily ještě dříve než fotosyntéza chlorofylu. Patří sem fotosyntéza sítnice, která se objevila ca. Před 2,5 až 3,7 miliardami let a stále existuje v omezeném prostředí. Jak název napovídá, tento proces se spoléhá na sítnici (druh fialového pigmentu), aby absorboval sluneční energii v žluto-zelené části viditelného spektra (400 až 500 nm).
K dispozici je také anoxygenní fotosyntéza (kde se zpracovává oxid uhličitý a dvě molekuly vody za vzniku formaldehydu, vody a plynného kyslíku), o kterém se předpokládá, že zcela předchází kyslíkové fotosyntéze. Jak a kdy se objevily různé typy fotosyntézy, je klíčem k pochopení, kdy začal život na Zemi. Jak profesor Loeb vysvětlil časopisu Space Magazine e-mailem:
„Fotosyntéza“ znamená „dát dohromady“ (syntéza) světlem (foto). Je to proces používaný rostlinami, řasami nebo bakteriemi k přeměně slunečního světla na chemickou energii, která podporuje jejich činnost. Chemická energie je uložena v molekulách na bázi uhlíku, které jsou syntetizovány z oxidu uhličitého a vody. Tento proces často uvolňuje kyslík jako vedlejší produkt, který je nezbytný pro naši existenci. Celkově fotosyntéza dodává všechny organické sloučeniny a většinu energie potřebné pro život, jak ji známe na planetě Zemi. Fotosyntéza vznikla relativně brzy v evoluční historii Země. “
Studie, jako jsou tyto, které zkoumají roli fotosyntézy, nejsou jen důležité, protože nám pomáhají pochopit, jak se na Zemi objevil život. Kromě toho mohou také pomoci informovat naše chápání toho, zda se na extrasolárních planetách může objevit život a za jakých podmínek k tomu může dojít.
Jejich studie s názvem „Fotosyntéza obyvatelných planet kolem nízkohmotných hvězd“ se nedávno objevila online a byla předložena Měsíční oznámení Královské astronomické společnosti. Pro účely své studie se Lingam a Loeb snažili omezit tok fotonů hvězd typu M, aby určili, zda je na pozemských planetách, které obíhají červené trpasličí hvězdy, možná fotosyntéza. Jak Loeb uvedl:
"V naší práci jsme zkoumali, zda se fotosyntéza může objevit na planetách v obyvatelné zóně kolem hvězd s nízkou hmotností. Tato zóna je definována jako rozsah vzdáleností od hvězdy, kde povrchová teplota planety umožňuje existenci kapalné vody a chemii života, jak ji známe. Pro planety v této zóně jsme vypočítali tok ultrafialového (UV) záření osvětlujícího jejich povrch v závislosti na hmotnosti jejich hostitelské hvězdy. Hvězdy s nízkou hmotností jsou chladnější a produkují méně UV fotonů na množství záření. “
V souladu s nedávnými nálezy zahrnujícími trpasličí hvězdy se jejich studie zaměřila na „analogy Země“, planety, které mají stejné základní fyzikální parametry jako Země - tj. Poloměr, hmotnost, složení, efektivní teplota, albedo atd. Od teoretických limitů fotosyntézy kolem jiných hvězd nejsou dobře pochopeny, ale také pracovaly se stejnými limity jako ty na Zemi - mezi 400 a 750 nm.
Z toho Lingam a Loeb vypočítali, že hvězdy nízké hmotnosti M by nebyly schopny překročit minimální UV tok, který je nutný k zajištění biosféry podobné té Země. Jak Loeb ilustroval:
"To znamená, že obyvatelné planety objevené v posledních několika letech kolem blízkých trpasličích hvězd Proxima Centauri (nejbližší hvězda ke Slunci, 4 světelné roky pryč, 0,12 solárních hmot, s jednou obyvatelnou planetou, Proxima b) a TRAPPIST-1 ( 40 světelných let daleko, 0,09 sluneční hmoty, se třemi obyvatelnými planetami TRAPPIST-1e, f, g) pravděpodobně nemají biosféru podobnou Zemi. Obecněji lze říci, že spektroskopické studie složení atmosféry planet, které procházejí svými hvězdami (jako TRAPPIST-1), pravděpodobně nenajdou biomarkery, jako je kyslík nebo ozon, na detekovatelných hladinách. Pokud se najde kyslík, jeho původ bude pravděpodobně nebiologický. “
Pro tento druh analýzy samozřejmě existují limity. Jak již bylo uvedeno, Lingam a Loeb naznačují, že teoretické limity fotosyntézy kolem ostatních hvězd nejsou dobře známy. Dokud se dozvíme více o planetárních podmínkách a radiačním prostředí kolem hvězd typu M, budou vědci nuceni používat metriky založené na naší vlastní planetě.
Za druhé, existuje také skutečnost, že hvězdy typu M jsou proměnlivé a nestabilní ve srovnání s naším Sluncem a zažívají pravidelné vzplanutí. Lingam a Loeb citují další výzkum a naznačují, že mohou mít pozitivní i negativní účinky na biosféru planety. Stručně řečeno, hvězdné erupce by mohly poskytnout další UV záření, které by pomohlo spustit prebiotickou chemii, ale mohlo by také poškodit atmosféru planety.
Vědci jsou však nuceni spoléhat se na teoretická hodnocení pravděpodobnosti života na těchto planetách, s výjimkou intenzivnějších studií extrasolárních planet, které obíhají kolem červených trpaslíků. Pokud jde o zjištění uvedená v této studii, jedná se o další náznak, že systémy červených trpaslíků nemusí být nejpravděpodobnějším místem k nalezení obyvatelných světů.
Pokud je to pravda, tato zjištění by mohla mít také drastické důsledky při hledání mimozemské inteligence (SETI). "Vzhledem k tomu, že kyslík produkovaný fotosyntézou je předpokladem pro složitý život, jako jsou lidé na Zemi, bude nutné, aby se vyvinula technologická inteligence," řekl Loeb. "Vznik druhé generace zase otevírá možnost najít život pomocí technologických podpisů, jako jsou rádiové signály nebo obří artefakty."
Prozatím je hledání obyvatelných planet a života stále informováno teoretickými modely, které nám říkají, co máme hledat. Současně jsou tyto modely i nadále založeny na „životě, jak ho známe“ - tj. Na příkladech jsou použity analogy Země a suchozemské druhy. Naštěstí astronomové očekávají, že se v příštích letech díky vývoji nástrojů příští generace naučí mnohem více.
Čím více se dozvíme o exoplanetových systémech, tím pravděpodobnější bude, abychom zjistili, zda jsou obyvatelné. Nakonec ale nebudeme vědět, co jiného bychom měli hledat, dokud to vlastně nenajdeme. Je to skvělý paradox, pokud jde o Hledání mimozemské inteligence, nemluvě o tom, že další velký paradox (podívejte se!).
