Rozważając, gdzie szukać życia pozaziemskiego, astronomowie w większości trzymają się tego, co znajome. Najlepsze kandydatki na planety nadające się do zamieszkania są uważane za te najbardziej podobne do Ziemi: małe, skaliste, z oddychającą atmosferą i niewielką ilością ciepła od swoich gwiazd.
Ale ponieważ odkryto więcej planet poza Układem Słonecznym, astronomowie dyskutowali o przydatności tej definicji. Niektóre planety w tak zwanej strefie nadającej się do zamieszkania, gdzie temperatury są odpowiednie dla wody w stanie ciekłym, prawdopodobnie w ogóle nie sprzyjają życiu.
Teraz dwa badania proponują zrewidowanie koncepcji „strefy nadającej się do zamieszkania”, aby uwzględnić więcej planet, które astronomowie mogą napotkać w kosmosie.
„Oba artykuły skupiają się na kwestionowaniu klasycznej idei strefy nadającej się do zamieszkania” – mówi astronom Noah Tuchow z Penn State University. „Powinniśmy rozszerzyć zakres miejsc, w które patrzymy, aby nie przegapić planet nadających się do zamieszkania”.
Niektóre przeoczone planety mogą być znacznie większe niż Ziemia i potencjalnie w ogóle nie otrzymują światła gwiazd. Astrofizyk Nikku Madhusudhan z University of Cambridge wraz z kolegami proponują nową kategorię planet, które mogą być zamieszkane, które można znaleźć w niemal każdej odległości od każdego rodzaju gwiazdy.
Te hipotetyczne planety mają globalny ocean wody w stanie ciekłym, położony pod gęstą, bogatą w wodór atmosferą. Madhusudhan nazywa je planetami „Hycean”, od „wodoru” i „oceanu”. Mogą być nawet 2,6 razy większe od Ziemi i nawet 10 razy masywniejsze, donosi Madhusudhan i współpracownicy 25 sierpnia w Astrophysical Journal. Ta gęsta atmosfera może utrzymywać temperaturę wody w stanie ciekłym nawet przy minimalnym wkładzie gwiazdy, podczas gdy ocean może chronić wszystko, co żyje przed miażdżącym ciśnieniem atmosferycznym.
„Chcemy wyjść poza nasz dotychczasowy paradygmat na planetach podobnych do Ziemi” – mówi Madhusudhan. „Wszystko, czego do tej pory dowiedzieliśmy się o egzoplanetach, jest niezwykle zróżnicowane. Po co ograniczać się, jeśli chodzi o życie?”
W poszukiwaniu obcego życia, planety Hycean miałyby kilka zalet w porównaniu ze skalistymi planetami w strefie nadającej się do zamieszkania, mówi zespół. Chociaż trudno jest powiedzieć, które światy na pewno mają oceany i atmosfery wodorowe, istnieje znacznie więcej znanych egzoplanet w zakresie mas i temperatur planet Hycean niż planet podobnych do Ziemi. Więc szanse są dobre, mówi Madhusudhan.
A ponieważ są one na ogół większe i mają bardziej rozciągnięte atmosfery niż planety skaliste, planety Hycean są łatwiejsze do zbadania pod kątem biosygnatur, molekularnych oznak życia. Wykrywalne biosygnatury na planetach Hycean mogą obejmować rzadkie cząsteczki związane z życiem na Ziemi, takie jak siarczek dimetylu i siarczek karbonylu. Stężenia te wydają się być zbyt niskie, aby można je było wykryć w cienkich atmosferach podobnych do Ziemi, ale gęstsze atmosfery Hycean pokazałyby je łatwiej.
Co najlepsze, istniejące lub planowane teleskopy mogą wykryć te cząsteczki w ciągu kilku lat, jeśli takowe istnieją. Madhusudhan ma już plany wykorzystania Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, który ma zostać wystrzelony jeszcze w tym roku, do obserwacji bogatej w wodę planety K2 18b .
Zdatność do zamieszkania na tej planecie była przedmiotem debaty, kiedy została ogłoszona w 2019 roku. Madhusudhan mówi, że 20 godzin obserwacji z JWST powinno rozwiązać tę debatę.
„W najlepszym przypadku wykryjemy życie na K2 18b”, mówi, ale „nie wstrzymuję nad nim oddechu”.
Astronom Laura Kreidberg z Instytutu Astronomii Maxa Plancka w Heidelbergu w Niemczech uważa, że prawdopodobnie nie będzie to takie proste. Planety w zakresie wielkości Hycean mają zwykle pochmurną lub zamgloną atmosferę, co utrudnia wychwycenie biosygnatur.
Nie jest również jasne, czy planety Hycean rzeczywiście istnieją w naturze. „To naprawdę fajny pomysł” – mówi. „Ale czy to tylko fajny pomysł, czy pasuje do rzeczywistości? Myślę, że absolutnie jeszcze nie wiemy”.
Zamiast wymyślać nowy sposób na wprowadzenie egzoplanet do rodziny nadającej się do zamieszkania, Tuchow i jego kolega astronom z Penn State Jason Wright wyrzucają niektóre pozornie nadające się do zamieszkania planety. Para zdała sobie sprawę, że obszar temperatur Clement wokół gwiazdy zmienia się wraz z ewolucją gwiazdy i zmianą jasności.
Niektóre planety rodzą się w strefie nadającej się do zamieszkania i pozostają tam przez całe życie. Ale niektóre, a może większość, rodzą się poza strefą zamieszkania swojej gwiazdy i wchodzą do niej później, gdy gwiazda się starzeje. W sierpniowych notatkach badawczych Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego Tuchow i Wright proponują nazwanie tych światów „planetami z opóźnieniem do zamieszkania”.
Kiedy astronomowie kierują swoje teleskopy na daną gwiazdę, naukowcy widzą jedynie migawkę strefy nadającej się do zamieszkania przez gwiazdę. „Jeśli po prostu spojrzysz na planetę w strefie nadającej się do zamieszkania w dzisiejszych czasach, nie masz pojęcia, jak długo tam jest” – mówi Tuchow. To otwarte pytanie, czy planety, które wejdą w strefę nadającą się do zamieszkania w późniejszym życiu, mogą kiedykolwiek stać się nadającymi się do zamieszkania, wyjaśnia. Gdyby planeta zaczynała się zbyt blisko gwiazdy, mogła stracić całą swoją wodę na skutek efektu cieplarnianego, tak jak zrobiła to Wenus. Przeniesienie Wenus do pozycji Ziemi nie przywróci jej wody.
Z drugiej strony planeta, która urodziła się dalej od swojej gwiazdy, może być całkowicie pokryta lodowcami, które odbijają światło słoneczne. Mogą nigdy się nie stopić, nawet gdy ich gwiazdy się rozjaśnią. Co gorsza, ich woda mogła przejść od zamrożenia do odparowania, w procesie znanym jako sublimacja. Ten scenariusz nie pozostawiłby planety na czas, nawet z przytulną, mokrą kałużą, w której mogło zacząć życie.
Te planety „nadal znajdują się w strefie nadającej się do zamieszkania”, mówi Tuchow. „Ale dodaje pytania o to, czy przebywanie w strefie nadającej się do zamieszkania rzeczywiście oznacza mieszkalną”.
