Od lat astronomowie skupiali się głównie na poszukiwaniu planet w tzw. ekosferze i analizowaniu składu ich atmosfer. To podejście wynikało w dużej mierze z technicznych ograniczeń dostępnych teleskopów i instrumentów badawczych. Okazuje się jednak, że być może patrzyliśmy na problem z niewłaściwej perspektywy, pomijając kluczowy element całej układanki.
Czytaj też: Planeta, która znika na naszych oczach. Ta egzoplaneta traci milion ton atmosfery co sekundę
Benjamin Farcy z University of Maryland wraz ze swoim zespołem zaproponował zupełnie nowe spojrzenie na kwestię oceny potencjalnej zamieszkiwalności planet. Ich praca, dostępna jako preprint na arXiv, sugeruje, że to, w jaki sposób planeta powstała i ewoluowała we wczesnych etapach rozwoju, może mieć równie duże znaczenie jak jej obecne położenie względem gwiazdy. To dość rewolucyjne podejście, które zmienia dotychczasowe priorytety w poszukiwaniu życia we Wszechświecie.
Idealna planeta do życia, czyli jaka?
Badacze wskazali cztery fundamentalne aspekty planet skalistych, które decydują o ich zdolności do podtrzymywania złożonych form życia. Pierwszym jest skład masowy, czyli proporcje magnezu, żelaza, krzemu i tlenu – pierwiastków stanowiących łącznie 93 proc. masy planet podobnych do Ziemi. Od tych proporcji zależy między innymi możliwość powstania tektoniki płyt, mechanizmu niezbędnego do utrzymania stabilnego środowiska przez miliony lat.
Czytaj też: Oto K2-360 b. Tak ekstremalna egzoplaneta zdarza się rzadko
Kolejnym kluczowym czynnikiem jest obfitość pierwiastków lotnych znanych jako CHNOPS – węgla, wodoru, azotu, tlenu, fosforu i siarki. To właśnie te pierwiastki stanowią podstawowy budulec życia. Ich dostępność na planecie we wczesnych etapach rozwoju ma fundamentalne znaczenie dla późniejszego pojawienia się organizmów. Ciekawym przykładem są tu Merkury, który ma ich zdecydowanie za mało, oraz Mars, gdzie występują w nadmiarze – obie planety pozostają jednak jałowe.
Równie istotny jest rozmiar i skład jądra planety. Dostępność tlenu we wczesnej fazie formowania kontroluje tzw. prężność tlenu, co bezpośrednio wpływa na wielkość metalicznego jądra. Duże jądro z czystego żelaza generuje silne pole magnetyczne, które chroni powierzchnię przed niszczycielskim promieniowaniem gwiazdy macierzystej.
Tutaj pojawia się fascynujący paradoks. Planeta potrzebuje stosunkowo niewielkiej ilości pierwiastków lotnych, szczególnie tlenu, aby rozwinąć duże metaliczne jądro i związane z nim geodynamo. Jednocześnie musi posiadać wystarczającą ilość tych samych pierwiastków, aby życie mogło się na niej rozwinąć i utrzymać. To zupełnie nowy rodzaj ekosfery – nie związany z odległością od gwiazdy, ale z chemiczną historią planety.
Ziemia idealnie wpasowuje się w tę delikatną równowagę. Posiada wystarczająco silne pole magnetyczne chroniące przed kosmicznym promieniowaniem, a jednocześnie zachowała odpowiednią ilość pierwiastków lotnych, by życie mogło prosperować przez miliardy lat. Merkury ma zbyt mało pierwiastków lotnych – jego duże jądro wytworzyło wprawdzie pole magnetyczne, ale planeta pozostaje martwa. Mars reprezentuje przeciwny ekstremalny przypadek – nadmiar pierwiastków lotnych spowodował powstanie małego jądra, słabego pola magnetycznego i ostatecznie jałowej powierzchni.
Ostatnim elementem tej skomplikowanej układanki jest wewnętrzny silnik cieplny planety. Napędzają go pierwiastki promieniotwórcze w płaszczu – potas, tor i uran – lub ogrzewanie pływowe wywołane przez pobliskie masywne ciała. Rozpad radioaktywny tych pierwiastków dostarcza energii napędzającej tektonikę płyt i aktywność wulkaniczną przez miliardy lat.
Obfitość potasu i toru można określić, analizując widmo gwiazdy macierzystej. Uran jest trudniejszy do wykrycia, ale astronomowie używają europu jako wskaźnika jego obecności. Te informacje pozwalają oszacować, jak długo planeta może utrzymywać aktywność geologiczną.
Habitable Worlds Observatory (HWO), którego start planowany jest na lata 40. tego wieku, będzie wyposażone w narzędzia idealne do weryfikacji tej teorii. Teleskop będzie mógł wykryć spektralną sygnaturę gwiazdy macierzystej, określając dostępność pierwiastków lotnych i promieniotwórczych. Technika zwana spektropolarymetrią pozwoli zaobserwować skręcanie fal świetlnych przez pole magnetyczne planety. Dodatkowo HWO będzie szukał “oddechu wulkanicznego” w atmosferze – dwutlenku siarki i siarkowodoru wskazujących na aktywną tektonikę płyt.
Połączenie wszystkich tych czynników daje znacznie pełniejszy obraz potencjalnej zamieszkiwalności niż samo położenie w tradycyjnej ekosferze. Choć harmonogram misji HWO może ulec opóźnieniu – jak to często bywa z wielkimi obserwatoriami kosmicznymi – nowe podejście do poszukiwania życia pozaziemskiego już teraz zmienia sposób myślenia naukowców o tym, czego właściwie szukamy w kosmosie. To podejście wydaje się bardziej obiecujące niż dotychczasowe metody, choć oczywiście potrzeba jeszcze wielu badań, by potwierdzić jego skuteczność.