Od roku Keplerův kosmický dalekohled byl vypuštěn do vesmíru, počet známých planet mimo naši sluneční soustavu (exoplanety) exponenciálně rostl. V současnosti bylo ve 2 918 hvězdných systémech potvrzeno 3 917 planet, zatímco na potvrzení čeká 3 368 planet. Z toho asi 50 oběžných drah v obvodové obývatelné zóně jejich hvězdy (aka. „Zóna Goldilocks“), vzdálenost, ve které může kapalná voda existovat na povrchu planet.
Nedávný výzkum však ukázal, že možnost, kterou považujeme za obyvatelnou zónu, je příliš optimistická. Podle nové studie, která se nedávno objevila online s názvem „Omezená obytná zóna pro komplexní život“, by mohly být obyvatelné zóny mnohem užší, než se původně myslelo. Tyto nálezy by mohly mít drastický dopad na počet planet, které vědci považují za „potenciálně obyvatelné“.
Studii vedl Edward W. Schwieterman, člen postdoktorského studijního programu NASA na University of California v Riverside, a zahrnovali vědce z týmu Alternative Earths Team (součást Astrobiologického institutu NASA), Nexus for Exoplanet System Science (NExSS), a Goddardův institut NASA pro kosmická studia.
Podle předchozích odhadů založených na Kepler Podle údajů vědci dospěli k závěru, že v galaxii Mléčná dráha bude pravděpodobně 40 miliard planet podobných Zemi, z nichž 11 miliard bude pravděpodobně obíhat jako hvězdy naší Slunce (tj. žluté trpaslíci typu G). Jiný výzkum ukázal, že tento počet by mohl být až 60 miliard nebo dokonce 100 miliard, v závislosti na parametrech, které používáme k definování obyvatelných zón.
Tyto výsledky jsou jistě povzbudivé, protože naznačují, že Mléčná dráha by se mohla hemžit životem. Bohužel, nedávný výzkum extra solárních planet zpochybnil tyto předchozí odhady. To je obzvláště případ, kdy se jedná o přílivově uzamčené planety, které obíhají kolem hvězd M typu (červený trpaslík).
Výzkum toho, jak se na Zemi vyvíjel život, navíc ukázal, že voda sama o sobě nezaručuje život - a v tomto ohledu ani přítomnost plynného kyslíku. Kromě toho Schwieterman a jeho kolegové zvažovali další dva hlavní biologické podpisy, které jsou pro život zásadní, jak jej známe - oxid uhličitý a oxid uhelnatý.
Příliš mnoho z těchto sloučenin by bylo pro složitý život toxické, zatímco příliš málo by znamenalo, že by se nevyskytly časné prokaryoty. Pokud je život na Zemi jakýkoli náznak, základní formy života jsou nezbytné, pokud se mají vyvíjet složitější formy života náročné na kyslík. Z tohoto důvodu se Schwieterman a jeho kolegové snažili revidovat definici obyvatelné zóny, aby to vzali v úvahu.
Abychom byli spravedliví, výpočet rozsahu obyvatelné zóny není nikdy snadný. Povrchová teplota planety kromě jejich vzdálenosti od hvězdy závisí na různých mechanismech zpětné vazby v atmosféře - například na skleníkovém efektu. Kromě toho konvenční definice obyvatelné zóny předpokládá existenci „podobných Zemi“.
To znamená atmosféru bohatou na dusík, kyslík, oxid uhličitý a vodu a stabilizovanou stejným procesem geochemického cyklu uhličitan-křemičitan, který existuje na Zemi. V tomto procesu sedimentace a zvětrávání způsobují, že se silikátové horniny stávají uhlíkatými, zatímco geologická aktivita způsobuje, že se uhlíkové horniny opět stávají silikátovými.
To vede ke zpětné vazbě, která zajišťuje, že hladiny oxidu uhličitého v atmosféře zůstávají relativně stabilní, což umožňuje zvýšení povrchových teplot (tzv. Skleníkový efekt). Čím blíže je planeta k vnitřnímu okraji obyvatelné zóny, tím méně je zapotřebí oxidu uhličitého. Jak vysvětlil Schwieterman v nedávném článku MIT Technology Review:
"Ale pro střední a vnější oblasti obyvatelné zóny musí být koncentrace atmosférického oxidu uhličitého mnohem vyšší, aby se udržely teploty příznivé pro povrchovou kapalnou vodu."
Pro ilustraci tým použil Kepler-62f jako příklad, super-Zemi, která obíhá kolem hvězdy typu K (o něco menší a slabší než naše Slunce), která se nachází asi 990 světelných let od Země. Tato planeta obíhá kolem své hvězdy ve stejné vzdálenosti jako Venuše, ale Slunce, ale nižší hmotnost hvězdy znamená, že je na vnějším okraji obyvatelné zóny.
Když byla objevena v roce 2013, byla tato planeta považována za dobrého kandidáta na mimozemský život, za předpokladu přítomnosti dostatečného skleníkového efektu. Schwieterman a jeho kolegové však vypočítali, že by to trvalo 1 000krát více oxidu uhličitého (300 až 500 kilopascalů), než jaké existovalo na Zemi, když se nejprve vyvíjely složité formy života (přibližně před 1,85 miliardami let).
Toto množství oxidu uhličitého by však bylo toxické pro většinu složitých forem života na Zemi. V důsledku toho by Kepler-62f nebyl vhodným kandidátem na celý život, i kdyby bylo dost teplé na to, aby obsahovalo tekutou vodu. Jakmile se do těchto fyziologických omezení zahrnuli, Schwieterman a jeho tým dospěli k závěru, že obytná zóna pro komplexní život musí být výrazně užší - čtvrtina toho, co bylo dříve odhadováno.
Schwieterman a jeho kolegové také spočítali, že některé exoplanety pravděpodobně budou mít vyšší hladiny oxidu uhelnatého, protože obíhají chladné hvězdy. Toto staví významné omezení na obyvatelné zóny červených trpaslicových hvězd, které se stávají odpovědnými za 75% hvězd ve vesmíru - a které jsou považovány za nejpravděpodobnější místo k nalezení planet, které jsou pozemské (tj. Skalnaté) přírody.
Tato zjištění by mohla mít drastické důsledky pro to, co vědci považují za „potenciálně obyvatelné“, nemluvě o hranicích obývatelné zóny hvězdy. Jak vysvětlil Schwieterman:
"Jedním důsledkem je, že bychom neměli očekávat, že najdeme známky inteligentního života nebo technologických podpisů na planetách obíhajících pozdní trpaslíky M nebo na potenciálně obyvatelných planetách poblíž vnějšího okraje jejich obyvatelných zón."
Abychom to ještě více zkomplikovali, je tato studie jednou z několika, která klade další omezení na to, co lze považovat za obyvatelné planety pozdě. Jen v roce 2019 byl proveden výzkum, který ukazuje, jak červené trpasličí systémy nemusí mít potřebné suroviny k tomu, aby se vytvořil život, a že červené trpasličí hvězdy nemusí poskytnout dostatek fotonů pro fotosyntézu.
To vše přispívá k výrazné možnosti, že život v naší galaxii může být vzácnější, než se dříve myslelo. Ale samozřejmě, s jistotou, jaké jsou hranice obývatelnosti, budou vyžadovat další studie. Naštěstí nebudeme muset čekat příliš dlouho, abychom to zjistili, protože v příštích deseti letech bude v provozu několik dalekohledů nové generace.
Patří mezi ně James Webb Space Telescope (JWST), Extrémně velký dalekohled (ELT) a Obří Magellanův dalekohled (GMT). Očekává se, že tyto a další špičkové nástroje umožní mnohem podrobnější studie a charakterizace exoplanet. A když to udělají, budeme mít lepší představu o tom, jak pravděpodobný je život venku.
