Докато планетите, които обикалят около звезди близнаци, са основен елемент на научната фантастика, друго е хората да живеят на планети в орбита на червени гигантски звезди. По-голямата част от историята на Планетата на маймуните се осъществява на планета около Бетелгейзе. Планети около Арктур в Исаак Азимов фундамент серията съставляват столицата на неговия сектор „Сириус“. Казано е, че домашната планета на Супермен орбитира измислен червен гигант, Рао. Расите на тези планети често се изобразяват като стари и мъдри, тъй като звездите им са състарени и наближават края на живота си. Но наистина ли е правдоподобно да има такива планети?
Звездите не траят вечно. Собственото ни Слънце има срок на годност след около 5 милиарда години. По това време количеството водородно гориво в сърцевината на Слънцето ще изтече. Понастоящем сливането на този водород в хелий създава налягане, което задържа звездата да не се срине в себе си поради гравитацията. Но когато се изчерпи, този механизъм за подкрепа ще изчезне и Слънцето ще започне да се свива. Това свиване кара звездата да се загрява отново, повишавайки температурата, докато обвивка от водород около вече изтощеното ядро стане достатъчно гореща, за да поеме работата на сърцевината и не започне да синтезира водород към хелий. Този нов енергиен източник изтласква външните слоеве на звездата назад, карайки я да набъбва хиляди пъти предишния си размер. Междувременно по-горещата температура за възпламеняване на тази форма на синтез ще означава, че звездата ще отделя 1000 до 10 000 пъти повече светлина като цяло, но тъй като тази енергия се разпределя върху толкова голяма повърхност, звездата ще изглежда червена, следователно име.
Това е червен гигант: умираща звезда, която е набъбнала и много ярка.
Сега, за да разгледаме другата половина на уравнението, а именно какво определя обитаемостта на една планета? Тъй като тези научнофантастични истории неизбежно имат хора, които се разхождат по повърхността, има някои доста строги критерии, които ще трябва да спазват.
Първо, температурата трябва да не е гореща и да не е студена. С други думи, планетата трябва да се намира в обитаемата зона, известна още като „зона на Златините“. Обикновено това е доста добър размер на небесните недвижими имоти. В нашата собствена слънчева система тя се простира от около орбитата на Венера до орбитата на Марс. Но това, което прави Марс и Венера негостоприемни и Земята относително уютни, е нашата атмосфера. За разлика от Марс, той е достатъчно дебел, за да запази голяма част от топлината, която получаваме от слънцето, но не прекалено много от него като Венера.
Атмосферата е решаваща и по други начини. Очевидно е това, което дихателните изследователи ще дишат. Ако има твърде много СО2, това не само ще улавя твърде много топлина, но ще затрудни дишането. Също така, СО2 не блокира ултравиолетовата светлина от Слънцето и ракът ще скочи. Така че имаме нужда от атмосфера, богата на кислород, но не твърде богата на кислород или няма да има достатъчно парникови газове, за да поддържаме планетата топла.
Проблемът тук е, че атмосферата богата на кислород просто не съществува без някаква помощ. Кислородът всъщност е много реактивен. Обича да образува облигации, което прави недостъпно да бъде свободен в атмосферата, както ние искаме. Той формира неща като Н2О, СО2, оксиди и т.н. ... Ето защо Марс и Венера практически нямат свободен кислород в атмосферата си. Това, което правят малко, идва от ултравиолетовата светлина, която удря атмосферата и причинява разкъсване на свързаните форми, освобождавайки временно кислорода.
Земята има само толкова свободен кислород, колкото и заради фотосинтезата. Това ни дава още един критерий, който ще трябва да определим обитаемостта: способността да произвеждаме фотосинтеза.
Така че нека започнем да събираме всичко това.
Първо, еволюцията на звездата, тъй като тя напуска основната последователност, набъбване, когато става червен гигант и ставане по-ярко и по-горещо ще означава, че „зоната на Златилокс“ ще се измества навън. Планети, които преди са били обитаеми като Земята, ще бъдат печени, ако не бъдат погълнати изцяло от Слънцето, докато расте. Вместо това обитаемата зона ще бъде по-далеч, повече там, където сега е Юпитер.
Въпреки това, дори ако една планета е била в тази нова обитаема зона, това не означава обитаемостта й при условие, че тя също има атмосфера, богата на кислород. За целта трябва да преобразуваме атмосферата от изтощена от кислород, до богата на кислород чрез фотосинтеза.
Така че въпросът е колко бързо може да се случи това? Твърде бавно и обитаемата зона може да е вече пометена или звездата може да е изтекла от водород в черупката и да започне да се свива отново, само за да запали хелийния синтез в ядрото, като отново замрази планетата.
Единственият пример, който имаме досега, е на нашата собствена планета. През първите три милиарда години живот е имало малко свободен кислород, докато не се появят фотосинтетични организми и не го превръщат в нива, близки до днешното. Този процес обаче отне няколкостотин милиона години. Въпреки че това вероятно би могло да се увеличи с порядък до десетки милиони години с генетично инженерни бактерии, засети на планетата, все пак трябва да сме сигурни, че времевите диаграми ще работят.
Оказва се, че времевите интервали ще са различни за различните маси от звезди. По-масивните звезди изгарят по-бързо горивото си и по този начин ще бъдат по-къси. За звезди като Слънцето фазата на червения гигант може да продължи около 1,5 милиарда години, така че ~ 100 пъти по-дълго, отколкото е необходимо за развитието на атмосфера, богата на кислород. За звезди, двойно по-масивни от Слънцето, този график пада до едва 40 милиона години, приближавайки се до долната граница на това, което ще ни трябва. По-масивните звезди ще се развиват още по-бързо. За да бъде това правдоподобно, ще ни трябват звезди с по-ниска маса, които се развиват по-бавно. Груба горна граница тук би била звезда от две слънчеви маси.
Има обаче още един ефект, за който трябва да се притесняваме: Можем ли да имаме достатъчно количество CO2 в атмосферата, за да има дори фотосинтеза? Въпреки че не е толкова реактивен, колкото кислородът, въглеродният диоксид също е обект на отстраняване от атмосферата. Това се дължи на ефекти като силикатно изветряне като СО2 + CaSiO3 -> CaCO3 + SiO2, Въпреки че тези ефекти са бавни, те се изграждат с геоложки времеви диапазони. Това означава, че не можем да имаме стари планети, тъй като те биха имали цялата си безплатна CO2 заключени в повърхността. Този баланс е изследван в документ, публикуван през 2009 г. и определя, че за планетата на Земята за маса, свободният СО2 ще бъде изтощен много преди родителската звезда дори да достигне фазата на червения гигант!
Така че от нас се изисква да имаме звезди с ниска маса, които да се развиват бавно, за да имаме достатъчно време, за да развием правилната атмосфера, но ако те се развиват бавно, тогава няма достатъчно CO2 вляво, за да получите атмосферата така или иначе! Засегнали сме с истински улов 22. Единственият начин да направим това отново възможно е да намерим начин да въведем достатъчно количество нови CO2 в атмосферата, точно когато обитаемата зона започва да мете.
За щастие има някои доста големи хранилища на СО2 просто летя наоколо! Кометите са съставени предимно от замразен въглероден оксид и въглероден диоксид. Сбиването на няколко от тях на планета би довело до достатъчно CO2 за да започнете фотосинтеза (след като прахът се утаи). Направете това няколкостотин хиляди години преди планетата да навлезе в обитаемата зона, изчакайте десет милиона години и тогава планетата потенциално може да бъде обитаема за още милиарди години повече.
В крайна сметка този сценарий би бил правдоподобен, но не точно добра лична инвестиция, тъй като ще бъдете мъртви много преди да можете да извлечете ползите. Дългосрочна стратегия за оцеляване на космически видове, може би, но не и бърза корекция за разрушаване на колонии и застави.
