От времето на Космически телескоп Kepler беше изстрелян в космоса, броят на известните планети извън нашата Слънчева система (екзопланети) нарасна експоненциално. В момента 3 917 планети са потвърдени в 2918 звездни системи, докато 3,368 очакват потвърждение. От тях около 50 орбита в обитаемата зона на звездата им (известна още като „зона на Златилокс“), разстоянието, на което течната вода може да съществува на повърхността на планетите.
Скорошните изследвания обаче повдигнаха възможността, която смятаме за обитаема зона, да е твърде оптимистична. Според ново проучване, което наскоро се появи онлайн, озаглавено „Ограничена обитаема зона за сложен живот“, обитаемите зони могат да бъдат много по-тесни, отколкото първоначално се смяташе. Тези находки биха могли да окажат драстично влияние върху броя на планетите, които учените считат за „потенциално обитаеми“.
Изследването беше ръководено от Едуард Швитерман, научен сътрудник на НАСА по докторантура в Калифорнийския университет, Ривърсайд, и включваше изследователи от екипа за алтернативни земи (част от Института по астробиология на НАСА), Nexus for System Exoplanet System Science (NExSS), и Института за космически изследвания на НАСА Годард.
Според предишни оценки въз основа на Кеплер данни, учените стигнаха до заключението, че има вероятност да има 40 милиарда планети, подобни на Земята, само в галактиката Млечен път, 11 милиарда от които вероятно ще орбитират като звезди на нашето Слънце (т.е. жълти джуджета от тип G). Други изследвания показват, че този брой може да достигне до 60 милиарда или дори 100 милиарда, в зависимост от параметрите, които използваме за определяне на обитаемите зони.
Тези резултати със сигурност са обнадеждаващи, тъй като предполагат, че Млечният път може да бъде пълен с живот. За съжаление по-новите изследвания на извън слънчевите планети поставят под въпрос тези предишни оценки. Това е особено в случаите, когато става въпрос за планети с фиксирано заключване, които обикалят около М-звезди (червено джудже).
В допълнение, изследванията за това как еволюира животът на Земята, показват, че само водата не гарантира живот - нито, в този случай, наличието на кислороден газ. В допълнение към това, Schwieterman и неговите колеги разгледаха още две основни биосигнатури, които са от съществено значение за живота, както го познаваме - въглероден диоксид и въглероден окис.
Твърде много от тези съединения биха били токсични за сложния живот, докато твърде малко би означавало, че ранните прокариоти няма да се появят. Ако животът на Земята е някаква индикация, основните форми на живот са от съществено значение, ако трябва да се развият по-сложни форми, консумиращи кислород. Поради тази причина Швитерман и неговите колеги се стремяха да преразгледат определението за обитаема зона, за да вземат това предвид.
За да бъдем справедливи, изчисляването на степента на обитаема зона никога не е лесно. Освен разстоянието им от звездата, повърхностната температура на планетата зависи от различни механизми за обратна връзка в атмосферата - например парниковият ефект. На всичкото отгоре, конвенционалното определение за обитаема зона предполага наличието на условия, подобни на „Земята“.
Това предполага атмосфера, богата на азот, кислород, въглероден диоксид и вода и стабилизирана от същия процес на геохимичен цикъл на карбонат-силикат, който съществува на Земята. При този процес утаяването и изветрянето причиняват силикатните скали да станат въглеродни, докато геоложката активност кара въглеродните скали да станат отново на силикатна основа.
Това води до обратна връзка, която гарантира, че нивата на въглероден диоксид в атмосферата остават относително стабилни, като по този начин позволяват повишаване на повърхностните температури (известен още като парниковият ефект). Колкото по-близо е планетата до вътрешния ръб на обитаемата зона, толкова по-малко въглероден диоксид е необходим, за да се случи това. Както обясни Schwieterman в скорошна статия на MIT Technology Review:
„Но за средните и външните райони на обитаемата зона атмосферните концентрации на въглероден диоксид трябва да бъдат много по-високи, за да се поддържат температури, благоприятни за повърхностна течна вода.
За да илюстрира, екипът използва Kepler-62f като пример, супер-Земя, която обикаля около K-звезда (малко по-малка и по-тъмна от нашето Слънце), разположена на около 990 светлинни години от Земята. Тази планета обикаля около звездата си на приблизително същото разстояние, както Венера прави Слънцето, но долната маса на звездата означава, че тя се намира на външния ръб на обитаемата зона.
Когато бе открита през 2013 г., тази планета се смяташе за добър кандидат за извънземен живот, като се приеме наличието на достатъчен парников ефект. Въпреки това, Schwieterman и неговите колеги изчислиха, че ще е необходимо 1000 пъти повече въглероден диоксид (300 до 500 килопаскали), отколкото съществуваше на Земята, когато сложните форми на живот за първи път се развиват (преди около 1,85 милиарда години).
Това количество въглероден диоксид обаче би било токсично за повечето сложни форми на живот тук на Земята. В резултат Kepler-62f не би бил подходящ кандидат за живот, дори и да е достатъчно топъл, за да има течна вода. След като взеха предвид тези физиологични ограничения, Швитерман и неговият екип стигнаха до извода, че обитаемата зона за сложен живот трябва да бъде значително по-тясна - една четвърт от прогнозираното по-рано.
Швитерман и неговите колеги също са изчислили, че някои екзопланети вероятно имат по-високи нива на въглероден оксид, защото орбитират хладни звезди. Това поставя значително ограничение за обитаемите зони на червени звезди-джуджета, които служат за 75% от звездите във Вселената - и които се смятат за най-вероятното място за намиране на планети, които са естествени (т.е. скалисти) в природата.
Тези открития биха могли да имат драстични последици за това, което учените считат за „потенциално обитаеми“, да не говорим за границите на обитаемата зона на звездата. Както обясни Швитерман:
„Едно от заключенията е, че може да не очакваме да открием признаци на интелигентен живот или техносигнатури на планети, обикалящи орбита на късни М джуджета, или на потенциално обитаеми планети в близост до външния ръб на обитаемите им зони.“
За да усложни допълнително въпросите, това проучване е едно от няколкото, за да постави допълнителни ограничения за това, което може да се счита за обитаем планети от късно. Само през 2019 г. са проведени изследвания, които показват как системите от звезди на червено джудже може да нямат необходимите суровини, за да се формират живот, и че звездите от червено джудже може да не осигурят достатъчно фотони, за да се случи фотосинтезата.
Всичко това допълва ясно изразената възможност животът в нашата галактика да е по-рядък, отколкото се смяташе досега. Но разбира се, ако знаете с всякаква сигурност какви са границите на обитаемост, ще са необходими още проучвания. За щастие няма да се налага да чакаме твърде дълго, за да разберем, тъй като през следващото десетилетие няколко телескопа от следващо поколение ще започнат да функционират.
Те включват Космически телескоп Джеймс Уеб (JWST), Изключително голям телескоп (ELT) и Гигантски телескоп Магелан (ЧАСОВА ЗОНА). Очаква се тези и други авангардни инструменти да позволят много по-подробни проучвания и характеристики на екзопланети. И когато го направят, ще имаме по-добра представа колко е вероятно животът там.
