ASTROBIOLOGIJA

Pripremio: Vladimir Jeftić

Da li su gravitaciono vezane planete pogodne za život?

Tamo gde je voda zarobljena

Kristen Menou, profesor astronomije na Univerzitetu Kolumbija autor je najnovije studije o egzoplanetama koje orbitiraju oko patuljastih zvezda tzv. crvenih patuljaka klase M, koje čine tri četvrtine zvezda u našoj Galaksiji i univerzumu. To su zvezde male mase čija ukupna masa iznosi samo 10 do 20 procenata mase našeg Sunca. Samim tim ove zvezde su mnogo hladnije od Sunca i odašilju mnogo manje svetlosti.

Zona nastanjivosti zvezdanih patuljaka nalazi se mnogo bliže matičnoj zvezdi nego što je to slučaj sa našim Suncem, usled toga što su one veoma male, hladne i tamnije. S obzirom da se zona nastanjivosti kod ovih zvezda nalazi mnogo bliže, planete koje bi se nalazile u nastanjivoj zoni bile bi mnogo bliže svojoj matičnoj zvezdi nego što je to slučaj sa našom Zemljom.

Zbog pomenute blizine, takve egzoplanete bile bi gravitaciono vezane za svoju zvezdu oko koje orbitiraju - kao što je naš Mesec gravitaciono vezan za Zemlju. Posledica ove gravitacione vezanosti jeste, kao i u slučaju Meseca, da bi te vansolarne planete koje se nalaze u zonama pogodnim za život oko M patuljaka takođe imale samo jednu svoju stranu okrenutu ka matičnoj zvezdi (na tako malim udaljenostima gravitacionalne interakcije između zvezde i planete vode ka gravitacionoj vezanosti kada se rotacija planete poklapa sa vremenom koje je potrebno da se načini puna orbita oko zvezde).

„Ovi svetovi najverovatnije mogu biti među prvima koje bismo mogli ispitati putem sondi, čime bismo procenili njihovu nastanjivost“, kaže Kristen Menou.

Egzoplaneta koja sa svoja dva maseca orbitira oko patuljaste zvezde klase M.

Njena studija je značajna upravo zato što velika većina zvezda u svemiru pripada pomenutoj klasi. Zona nastanjivosti oko ovih crvenih patuljaka nalazi se, u poređenju sa našim solarnim sistemom, približno unutar orbite Merkura. Pri toj blizini gravitacija M patuljka bi sasvim sigurno dovela do pomenute gravitacione vezanosti.

Planeta kao jabučica oka

Kako bi izgledali ti čudni strani svetovi? S obzirom da im je jedna strana večito okrenuta ka zvezdi, pretpostavka je da bi na toj strani odnosno na dnevnoj strani planete mogao postojati okean tečne vode, a s druge strane egzoplanete koja je večito okrenuta od crvenog patuljka vladao bi večiti led. Sada ukoliko je zvezda toplija ili se planeta nalazi bliže, moguće je da okean sasvim ispari i da to područije predstavlja suvu kontinentalnu masu. U tom slučaju voda bi mogla da se održi u tečnom stanju u uskom područiju, tj. prstenu koji se nalazi između dnevne i noćne strane planete. U tom područiju bi vladao večiti sumrak a temperature bi dopustile da voda ostane u tečnom stanju. Takve gravitaciono vezane planete bi sprečile „ubrzani efekat staklene bašte“ (kada je atmosferski pritisak veći, atmosfera takve planete postaje gušća a samim tim i zadržava tj. brže apsorbuje toplotu što rezultira efektom staklene bašte) i samim tim povećale šanse za nastanak i razvoj života na takvim planetama.

S druge strane, ukoliko bi se zbog toplote sva voda zadržala na noćnoj strani, ona bi se smrznula i tako smanjila šanse da se na takvim planetama pojavi život kakav poznajemo. Ukoliko bi se voda zadržala u uskom područiju na granici između svetlosti i tame, odnosno toplote i hladnoće planeta bi, kao što kažu astronomi, iz perspektive zvezde izgledala kao „očna jabučica“ jer bi njen suvi deo predstavljao i nalikovao na zenicu, prsten vode koja se nalazi u tečnom stanju bi nalikovao na rožnjaču a beli tj. ledeni omotač bi nalikovao na beonjaču.

Scenario „očne jabučice“. Na slici se jasno vidi prsten sa tečnom vodom i nastanjivim zonama koji okružuje isušenu i zamrznutu stranu planete.

Ključno za planete ovog tipa jeste koliku bi količinu vode one mogle sadržati. Ukoliko bi bilo premalo vode, ona bi isparila ili bi se pretvorila u led – ali, ukoliko bi bilo dovoljno vode, kao na Zemlji npr., onda bi model „očne jabučice“ mogao da opstane.

Po modelu hidrološkog ciklusa

Kako bi detaljnije proučila to pitanje, Menou je koristila softver po imenu „Planetsimulator“ razvijen na Univerzitetu Hamburg. Ovaj softver modelira gravitaciono vezane nastanjive planete oko crvenih patuljaka. Ono što je ključno za istraživanja jeste da model predstavlja hidrološki ciklus, koji znači kretanje vode na površini planete (vodene struje, plima i oseka), zatim kretanje vode u atmosferi planete putem poznatih pojava kiše i snega kao i njenog isparavanja, kondenzacije tj. formiranje oblaka itd.

Rad Kristen Menou ispituje tri scenarija sa ledenim pokrivačem noćne strane. Pri topljenju svoje osnove, ledeni pokrivač može predstavljati ledeni omotač koji pluta po okeanu koji se nalazi ispod njega (kao u slučaju Evrope, Jupiterovog satelita). Taj okean može biti povezan sa okeanom koji počiva na dnevnoj strani. Ukoliko je manje površinske vode na raspolaganju ili su temperature na noćnoj strani niže, deo omotača bi mogao biti u direktnom dodiru sa stenovitom površinom planete, sa ledom i vodom koja teče oko dnevne strane i ivica ledenog omotača. U trećem scenariju sa najmanjom količinom vode ili sa najhladnijim temperaturama na noćnoj strani, led se kreće natrag ka dnevnoj strani veoma sporo, što vodi do scenarija sa zarobljenom vodom.

Čak i u najgorim situacijama zarobljene vode, hidrološki ciklus bi opstao do određenog stepena sa malim intenzitetom topljenja i isparavanjem koje se događa na periferiji ledenog omotača, što je praćeno padavinama na noćnoj strani. Drugi i treći scenario nalikuju scenariju „očne jabučice“. Na osnovu svega ovoga male oblasti koje su pogodne za život mogu opstati na planetama na kojima je voda zarobljena. Ovo bi zavisilo od kretanja leda i njegovog topljenja, koje bi zavisilo od rasporeda kontinentalnih masa i drugih promenljivih veličina kao što je tok vode na dnevnoj strani.

Ovako bi mogli izgledati regioni na noćnoj strani planete, sa ledom i vodom koji cirkulišu oko „zone sumraka“.

„ Bez obzira koliko ste efikasni u zarobljavanju vode na noćnoj strani, uvek mora preostati nešto vode na dnevnoj strani“, kaže Menou. „ Koliko je tačno vode na dnevnoj strani nije jasno, pošto to zavisi od oblika kontinenata i okeanskih basena“. Pošto je, u poređenju sa planetom, zvezda relativno male veličine, veoma čestog pojavljivanja planete preko zvezdanog diska, usled male orbite i očekivane visoke učestalosti i blizine takvih zvezda - planete koje orbitiraju oko zvezda male mase bi trebale da budu među prvima koje će proučavati novi teleskop „Džejms Veb“, i sledeća generacija instrumenata.

Veći deo rada na početku biće posvećen analizi detekcije gasova u atmosferama egzoplaneta zahvaljujući spektroskopiji (svaki hemijski element apsorbuje određeni deo spektra vidljive svetlosti tako da se pojavljuje u vidu tamnih pruga). Međutim, postoji nada da će planeta odbiti dovoljnu količinu svetlosti da se primeti njena površina, makar u približnom smislu razlikovanja površina koje su prekrivene ledom, vodom ili stenama. Kristen Menou se pita: do kog stepena početna osmatranja mogu da nam otkriju klimu egzoplanete i zarobljavanje vode?

“Pitanje je: da li možete osmatranjem napraviti razliku između sveta sa obiljem vode kome neće pretiti rizik od zarobljavanja vode, od onoga sa manjkom vode koji može postati subjekt zarobljavanja? U ovom trenutku mislim da nije jasno ali smatram da je važno da počnemo da mislimo o takvim stvarima. Ove planete mogu najviše obećavati u pogledu toga šta možemo reći na osnovu osmatranja njihove nastanjivosti u bliskoj budućnosti.“

I zaista, rad Kristen Melou može biti od ogromne važnosti u proučavanju života na drugim planetama ma koliko nam one „čudno“ izgledale, kao što je scenario „očne jabučice“. To može biti samo jedan aspekt koji će univerzum biti spreman da nam otkrije u bližoj budućnosti.

Vladimir Jeftić

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja