We wrześniu w atmosferze gazowego giganta krążącego w odległości 122 lat świetlnych od Ziemi odkryto ślady wody. Choć na tej odległej planecie nie może istnieć takie życie, jakie znamy, mamy kolejny dowód na to, że potrzebne do jego powstania związki występują powszechnie. Takich odkryć jest coraz więcej. Odkąd badacze zaczęli publikować dane z Teleskopu Kosmicznego Keplera, co kilka tygodni dowiadujemy się o istnieniu kolejnego skalistego globu w jakimś stopniu podobnego do Ziemi.

Czytaj więcej: NASA ZNALAZŁA "DRUGĄ ZIEMIĘ"

Liczba znanych nam egzoplanet – czyli planet znajdujących się poza Układem Słonecznym – w ciągu ostatnich miesięcy skoczyła do około dwóch tysięcy. A to dopiero początek. W 2018 roku na orbicie ma zostać umieszczony kolejny kosmiczny teleskop, na powierzchni Ziemi zaś powstają gigantyczne instalacje, które zajrzą w kosmos dużo głębiej niż dotychczas stosowany sprzęt. Naukowcy dostaną do ręki najdokładniejsze dane w historii astronomii.

„Zaczęliśmy od egzoplanet wielkości Jowisza, później Neptuna. Teraz potrafimy wykrywać obiekty wielkością zbliżone do Ziemi. W ciągu dekady będziemy mogli je bezpośrednio obserwować i badać ich skład” – mówi dr Franck Marchis, planetolog z Instytutu SETI zajmującego się poszukiwaniem życia we wszechświecie. Badacze zapowiadają, że drugą Ziemię odkryją w ciągu najbliższych lat. I jest szansa, że jeszcze za naszego życia ziemska son-da kosmiczna prześle dane z obcego systemu gwiezdnego.

Co wyczytamy ze światła

Poszukiwania kandydatki na drugą Ziemię nie są łatwe, ponieważ podobnie jak nasza rodzima planeta musi być niewielka. A przy obserwacjach astronomicznych im większy jest obiekt, tym łatwiej go znaleźć.

Radioastronomowie Aleksander Wolszczan i Dal Frail, którzy prawie ćwierć wieku temu odkryli pierwsze planety poza Układem Słonecznym, mieli dużo szczęścia. Dwa martwe globy krążące wokół pulsara PSR B1257+12 były tylko trzykrotnie większe od Ziemi. Obiekty, które odkrywano później, były w większości gazowymi olbrzymami podobnymi do Jowisza. O większości z nich wiemy niewiele – znana jest ich masa, czas, w jakim okrążają macierzyste gwiazdy i odległość od nich. Na podstawie tak skąpych danych naukowcy mogą jednak sporo wywnioskować.

Istnieje kilka sposobów wykrywania takich planet. Dotąd najskuteczniejsza okazała się metoda tranzytowa, wykorzystująca przejście planety przed tarczą jej słońca. Światło gwiazdy nieznacznie wtedy słabnie, a taką zmianę może zarejestrować teleskop. Niektóre planety udało się wykryć, obserwując zaburzenia ruchu gwiazdy. Inne sfotografowano bezpośrednio. Żeby to zrobić, trzeba starannie „odsiać” z obrazu jasne światło gwiazdy. Wówczas można zobaczyć inne ciała niebieskie, świecące nawet dziesięć milionów razy słabiej.

Ich światło to dla badaczy kopalnia informacji. Analizując je, można zobaczyć charakterystyczne „ślady” zostawiane przez różne pierwiastki i związki chemiczne. Dzięki temu wiemy np., że atmosfera Ozyrysa (HD 209458 b, 153 lata świetlne od nas) zawiera dwutlenek węgla i metan, a na odległej o 63 lata świetlne HD 189733 b występuje cząsteczkowy tlen.

Nasz drugi dom?

Niektóre z odkrytych do tej pory planet pozasłonecznych mogą być całkiem podobne do naszej:

Alfa Centauri Bb – potencjalnie najbliższa (4,4 roku świetlnego od nas) planeta typu ziemskiego. Jej istnienia nadal jednak nie potwierdzono. Temperatura na jej powierzchni może wynosić ok. 1200 st. C, czyli nie mogłaby tam istnieć ciekła woda.

Tau Ceti e – krąży niecałe 12 lat świetlnych od nas. Jest 4,3 razy cięższa od Ziemi, więc może mieć gęstą atmosferę wywołującą efekt cieplarniany. Jeśli jej skład jest podobny do ziemskiej atmosfery, średnia temperatura na powierzchni planety wynosi ok. 70 st. C.

Kapteyn b – znajduje się o 13 lat świetlnych stąd. Krąży wokół starej, liczącej 11,5 mld lat gwiazdy w odległości, która sprzyja powstaniu życia (tzw. ekosferze). Czyni to ją najbliższą znaną planetą nadającą się do zamieszkania. Planeta ma towarzyszkę,  Kapteyn c, ale jest ona za zimna na utrzymanie życia zależnego od światła i ciepła.

Kepler 62e – krąży wokół gwiazdy odległej o 1200 lat świetlnych i jest 60 proc. większa od Ziemi, jej rok liczy 122 dni. W ekosferze tego samego układu jest jeszcze Kepler 62f, skalista planeta tylko 40 proc. większa od Ziemi.

Gliese 667Cc – 4,5 razy większa od Ziemi, jej rok ma 28 dni. Krąży wokół karłowatej gwiazdy, stanowiącej część potrójnego systemu oddalonego od nas o 22,7 roku świetlnego. W jej układzie krąży jeszcze co najmniej sześć innych planet, z których trzy, w tym Gliese 667Cc, znajdują się w ekosferze.

Kepler 186f – rozmiarem najbardziej przypomina Błękitną Planetę, jest od niej tylko o 10 proc. większa. W ciągu 130 dni okrąża czerwonego karła 500 lat świetlnych stąd. Na powierzchni planety mogłaby występować ciekła woda.

 

Jak gwiazda zjada planetę

Naukowcy szybko się przekonali, że istnieje znacznie więcej wariantów budowy układu słonecznego niż ten, który znamy z własnego podwórka. Planety mogą występować wokół najróżniejszych typów gwiazd: od pulsarów i brązowych karłów po czerwone olbrzymy. Nierzadko też trafiają się w układach zawierających więcej niż jedną gwiazdę. Obliczono, że mniej więcej połowa egzoplanet krąży wokół gwiazd podwójnych. „Odnajdowane układy słoneczne są zwykle dużo bardziej kompaktowe niż nasz” – opowiada dr Marchis.

Odkryto gazowe olbrzymy krążące zaledwie półtora miliona kilometrów od swoich gwiazd – znacznie bliżej niż Merkury w stosunku do Słońca. U kilku takich gigantów wykryto ogony atmosferyczne – strumienie gazów uciekających z atmosfery, przypominające warkocze komet. Takie obserwacje pozwalają też na podpatrywanie różnych stadiów ewolucji układów słonecznych.

W 2012 roku zespół kierowany przez prof. Wolszczana znalazł dowody na „zjedzenie” planety przez rozrastającego się czerwone-go olbrzyma. Kanibalem okazała się 11-krot-nie większa od Słońca gwiazda BD+48 740, kończąca już swój żywot. W jej świetle astronomowie wykryli „ślad” wskazujący na obecność litu. A ten pierwiastek mógł się znaleźć wewnątrz olbrzyma tylko wtedy, jeśli wcześniej pochłonął swe planety.

W poszukiwaniu życia

Największe emocje budzi jednak tropienie planet nadających się do zamieszkania przez ludzi. Muszą one spełnić kilka kluczowych warunków. Powinny znajdować się w takiej odległości od swoich gwiazd, aby na ich powierzchni woda mogła występować w stanie ciekłym. Przestrzeń wyznaczaną przez tę odległość nazwano ekosferą. Ważny jest też poziom promieniowania, które dociera do powierzchni globu. Zależy on od aktywności gwiazdy, grubości atmosfery i siły pola magnetycznego danej planety.

Możliwe, że na niektórych podobnych do Ziemi światach życie już powstało. Tylko jak to sprawdzić? Poszlaką może być skład atmosfery. Uczeni szukają nie jednego gazu, lecz określonego ich zestawu. Ozon, tlen, dwutlenek węgla i metan, ale bez tlenku węgla – tak może z daleka „wyglądać” atmosfera podobna do naszej. Ale już ozon, dwutlenek węgla i tlenek węgla bez metanu to raczej przepis na martwy świat. Niektórzy astrobiolodzy chcą szukać także dwóch połączonych cząsteczek O2. To tzw. dimer tlenu, który zdaniem uczonych powstaje tylko w procesie fotosyntezy, zachodzącym w roślinach.

Część astronomów uważa, że planety mające masę co najmniej dwukrotnie większą od Ziemi nie są warte uwagi. Ich atmosfery byłyby zbyt gęste, a grawitacja zbyt silna, by powstało tam życie. Inni badacze wcale nie są tego tacy pewni. „Życie mogłoby rozwijać się także na dużych i ciężkich planetach. Z powodu wysokiej grawitacji musiałyby tam żyć istoty niskie i masywne” – mówi dr Robert Fosbury, emerytowany astrofizyk, który od kilku lat zajmuje się egzoplanetami i astrobiologią. Trudno sobie wyobrazić także ekosystem na planecie krążącej blisko czerwonego karła. Układ sił przyciągania może sprawić, że była-by stale zwrócona jedną stroną ku gwieździe. W efekcie miałaby półkulę dzienną (ciepłą) i nocną (lodowatą). Wiałyby też na niej silne wiatry, mające duży wpływ na klimat. Gdyby istniały tam rośliny, mogłyby być czarne, żeby pochłaniać jak najwięcej światła docierającego z małej ciemnej gwiazdy.

Jak z daleka wyglądałaby planeta odpowiednia dla nas? Aby to sprawdzić, można po prostu odwrócić teleskop. Ostatnio zrobił tak zespół dr. Fosbury’ego. Uczeni badali światło, które odbija się od Ziemi i leci w kosmos. „Pozwoliło nam to sprawdzić, jak wpływa na nie ziemska atmosfera. Szukaliśmy też śladów, jakie zostawiają gazy wulkaniczne i obecność lawy. Dzięki temu będziemy wiedzieli, jak szukać w kosmosie planet aktywnych geologicznie” – mówi „Focusowi” dr Fosbury. Załóżmy, że naukowcy odkryją w końcu drugą Ziemię i przebadają ją zdalnie. Co dalej?

Na mikrofalach do gwiazd

Jeszcze niedawno wysłanie sond do innych układów słonecznych wydawało się czystą fantastyką. Voyager 1 potrzebował niemal 37 lat, żeby oddalić się na odległość jednej pięćsetnej roku świetlnego od Ziemi. Nie możemy liczyć na lepsze efekty w przypadku najpowszechniejszego dziś napędu chemicznego. Paliwo do rakiet jest ciężkie. Napędzany nim pojazd międzygwiezdny albo będzie poruszać się bardzo powoli (a więc podróż potrwa setki czy tysiące lat), albo musiałby mieć gigantyczną masę (czyli nie będzie sensu go budować).

 

Jest jednak nadzieja – elektryczny napęd mikrofalowy (EmDrive). Jego twórcą jest Roger Shawyer, brytyjski inżynier, który od 2001 roku kieruje firmą Satellite Propulsion Research. Shawyer proponuje zastosowanie tego napędu w ważącej dziewięć ton sondzie zasilanej niedużym reaktorem jądrowym. Wyliczył, że podczas niespełna 10 lat lotu pojazd, stale przyśpieszając, osiągnie ponad dwie trzecie prędkości światła i pokona dystans czterech lat świetlnych. „Taka sonda w ciągu następnych 20 lat może spełnić nasze marzenie o misji międzygwiezdnej” – twierdzi Shawyer. Pierwsze niezależne testy urządzenia nazwanego EmDrive, wykonane w Chinach i USA, są obiecujące, ale potrzeba będzie jeszcze dużo pracy, by powstał z tego napęd dla pojazdu kosmicznego.

Także astronomowie mają przed sobą wiele wyzwań. „To, co robimy teraz, to budowanie mapy dla przyszłych odkrywców. W odległości 32 lat świetlnych od Ziemi mamy ponad 300 bardzo interesujących gwiazd, które mają wiele planet. Chcemy wyselekcjonować takie, na których moglibyśmy zamieszkać. Przecież nikt nie chce wysyłać statku za miliardy dolarów w jakieś nudne miejsce” – uśmiecha się dr Franck Marchis. Jedno jest pewne – w tej dziedzinie najbardziej ekscytujące odkrycia są dopiero przed nami.


DLA GODNYCH WIEDZY: