Druga Ziemia

Mnożą się odkrycia planet u innych gwiazd, a pytanie o życie w kosmosie powoli przesuwa się z astronomii w stronę biologii.

W Durbanie w RPA właśnie zakończyła się kolejna jałowa a kosztowna konferencja klimatyczna ONZ (od 28 listopada do 11 grudnia 2011). Pojedli, popili, poględzili, porobili sobie zdjęcia, obejrzeli zuluskie tańce, zwiedzili Park Krugera i rozjechali się jak zwykle z niczym do domów. W tym roku jedno najbardziej wziętych haseł tej konferencji brzmiało: „Drugiej Ziemi nie ma”.

A gdyby się jednak znalazła? Bo oto właśnie w czasie, gdy ekologiczne darmozjady w Durbanie skandowały jak mantrę to swoje ‘There’s no Planet B”, rankiem 5 grudnia, zespół astronomów z NASA obsługujący kosmiczny teleskop Kepler potwierdził, że ich wielgachny (1039 kg) instrument odkrył, i to całkiem blisko nas (600 lat świetlnych, w gwiazdozbiorze Lira), pierwszą planetę bardzo do naszej Ziemi podobną. Podnieceni badacze tak bardzo śpieszyli się z zakomunikowaniem swego odkrycia, że zapomnieli je porządnie ochrzcić i nadal nosi ono swą nudną, roboczą nazwę Kepler 22b. Nadal, bo planetę dostrzeżono już wcześniej, ale dopóki trzykrotnie nie zarejestrowano jej przejścia w oku fotometru, była tylko kandydatem na planetę.    

Teleskop Kepler został wyniesiony na orbitę wokółsłoneczną 7 marca 2009 roku specjalnie po to, aby przez 3,5 roku mógł swobodniej, tzn. bez przesłony z mętnej ziemskiej atmosfery, szukać w kosmosie egzoplanet i śledzić najbardziej obiecujące z nich. Tak nazywa się światy krążące wokół gwiazd innych niż nasze Słońce. Przez dwa i pół roku swej pracy teleskop Kepler spełnił z nawiązką pokładane w nim nadzieje i wykrył aż 2.326 kandydatów na planety i wciąż prawie codziennie wykrywa nowe. Ponadto innymi instrumentami głównie z Ziemi przez ostatnie kilkadziesiąt lat wykryto w kosmosie ok. 650 takich obiektów, co razem daje już astronomom spory materiał do dalszego studiowania, choć na ogół niewiele jeszcze da się o nich powiedzieć poza tym, że istnieją.

Kiedy przynajmniej trzy przejścia, czyli słabiutkie drgnięcia w widmie światła na tle dalekiej gwiazdy, potwierdzą że jest tam jakaś planeta, co wielokrotnie miało już miejsce, badania wchodzą w kolejną fazę. Istotne stają się teraz dwa parametry. Po pierwsze ważne są rozmiary, bo one przesądzają o fizycznej strukturze planety i jej chemicznym składzie.  Z inwentarza uzbieranego dotąd przez teleskop Kepler 207 (9%) kandydatów ma rozmiary podobne do Ziemi, a dalsze 680 (29%) to tzw. Super Earths – planety dużo większe od Ziemi, ale nadal zwykle o strukturze ciał stałych (skaliste). Z pozostałych  1181 ma rozmiary Neptuna, 203 – Jowisza, a 55 jest większych od Jowisza. Planety bardzo dużo większe niż ziemia są przeważnie kłębowiskami gazów, a w każdym razie można założyć, że nie są zbudowane ze skał.

Drugim ważnym parametrem jest to, czy dana planeta krąży wokół swej gwiazdy w odległości, którą określa się jako „Goldilocks zone”, albo HZ (habitable zone) czyli w strefie potencjalnych warunków do życia, co przede wszystkim zależy od przedziału dopuszczalnych temperatur. Krążenie planet wokół źródła energii jest bowiem sztuką podobną do siedzenia wokół harcerskiego ogniska: nie wolno siedzieć za blisko, aby się nie poparzyć i nie za daleko, aby nie zmarznąć. Chodzi tu przede wszystkim o przedział 0-100 stopni C, czyli o możliwość istnienia na powierzchni takiej planety wody w stanie płynnym, która jest podstawowym warunkiem powstania i utrzymania życia. Na liście kandydatów Keplera 48 ewentualnych planet może krążyć w „paśmie wypośrodkowania”, jak można by przetłumaczyć angielskie Goldilocks zone (sam termin nawiązuje do angielskiej bajki o trzech misiach: małym, średnim i dużym, i niesie w sobie jej morał : dla każdej rzeczy istnieje stosowny przedział właściwy dla jej wymiarów). Z tej liczby 10 ewentualnych planet ma rozmiary podobne do Ziemi, albo – jakby powiedziano w boksie – należy „do tej samej kategorii wagowej”.

Kiedy dana planeta (ale nie kandydat), spełni obydwa warunki, tj. ma odpowiednie rozmiary i krąży w paśmie HZ, jest kwalifikowana jako „ziemiopodobna”. Powstający klub takich planet ma już trzech członków. Gliese 581d oraz HD 85512b wykryto wcześniej innymi instrumentami. Kepler 22b, przez amatorów nazywany także Earth 2.0 dołączył do nich obecnie i jest jak na razie z punktu widzenia egzobiologii (nauki o życiu poza Ziemią) najbardziej z nich trzech obiecujący. W odróżnieniu od obu swych kolegów krąży w wygodnym, środkowym paśmie strefy Goldilocków i wokół gwiazdy bardziej podobnej do naszego Słońca, a nie po zimnym skraju HZ i wokół gwiazd dużo mniejszych, chłodniejszych i ciemniejszych, jak tamci dwaj. Tak naprawdę gwiazda Gliese 581, wokół której krąży jej planeta „d”, pierwsza w naszym klubie, należy do kategorii czerwonych karłów, czyli najmniejszego gatunku iskier galaktyki. Jej mała masa oznacza, że także sama strefa HZ może być tak blisko do niej przysunięta, że planeta Gliese 581d, której masa też jest przecież 5,6 razy większa od Ziemi, jest w niej grawitacyjnie zakleszczona i nie wiruje wokół własnej osi, lecz krąży nieruchomo, tak jak Księżyc wokół Ziemi. Gdyby tak miało być, to jedna strona tej planety byłaby stale oświetlona i nagrzana, a druga wiecznie ciemna i zimna. To dodatkowo utrudnia parametry rozwoju ewentualnego życia. Gliese 581d, położony zaledwie 20 lat świetlnych od nas, jest zresztą w ogóle na krawędzi zakwalifikowania. Odkryty w konstelacji Wagi przez teleskop ESO na górze La Silla w Andach chilijskich w roku 2007 początkowo był zakwalifikowany poza HZ, ale w 2009 uznano, że krąży bliżej i może być to nawet planeta pokryta oceanem. Jest zbyt masywna, aby mogła być samą skałą. Prawdopodobnie zresztą powstała jako bryła lodu na dużo dalszej orbicie, ale przesunęła się bliżej swej gwiazdy w miarę jej wystygania. Dziś dostaje tylko 30% tyle światła, co Ziemia (dla porównania nawet Mars dostaje 40%), co by znaczyło, że jest za ciemna i za zimna, aby mówić o jakimś życiu, ale temperatura to rzecz kapryśna. Bardzo wiele zależy od atmosfery i efektu cieplarnianego. Gdyby nasza Ziemia takiej kołdry nie miała, to średnia temperatura na powierzchni wynosiłaby tu -18 st. C (a przypomnę, że wynosi +15 st. C, przynajmniej na razie) i wahałaby się od +100 stopni za dnia do -150 stopni nocą, mniej więcej tak jak jest na Księżycu. Jeśli planeta Gliese 581d ma taką warstwę ocieplającą swej atmosfery i jeśli jej geofizyka potrafi utrzymać stabilny poziom CO2 (tak jak Ziemia poprzez swoją tektonikę), to woda może tam płynąć i życie jest możliwe.

Druga z planet ziemiopodobnych, HD 85512b, zwana też Gliese 370b (bo krąży wokół gwiazdy Gliese 370, pomarańczowego karła w gwiazdozbiorze Żagla zaledwie 36 lat świetlnych od Ziemi) została odkryta 17 sierpnia 2011 także przez obserwatorium La Silla w Chile. Należy ona również do kategorii Super Earth, bo jej masa jest 3,6 razy większa od Ziemi. Prawdopodobieństwo utrzymania się tam wody i zaistnienia życia jest więc tam jeszcze większe, bo jej masa, a więc i grawitacja jest mniejsza niż u Gliese 581d co znaczy, że łatwiej się przemieszczać, a średnią temperaturę powierzchni ocenia się na 25 st.C.  

Termin „planeta ziemiopodobna” jest naciągany, bo nawet Kepler 22b ma promień 2,4 razy większy od Ziemi, co oznacza, że gdyby był zbudowany z podobnej jak Ziemia materii skalnej, to grawitacja, czyli siła przyciągania na jego powierzchni byłaby 2,4 razy większa niż u nas, ale oczywiście nie ma pewności w jakich proporcjach jest to ciało zbudowane z gazu, płynu czy masy stałej. Planeta Kepler 22b to jednak kolejne i tym razem już poważne przybliżenie prawdopodobieństwa wystąpienia tam wody w stanie płynnym a więc i życia. Temperaturę na jego powierzchni ocenia się średnio na 22 st. C, ale – jako się rzekło – w kwestii temperatury dużo zależy od tego jaką ma atmosferę, konsystencję itp. To wszystko jest jeszcze przed nami do odkrycia.

Strategicznym celem badań, w których z takimi sukcesami uczestniczy teleskop kosmiczny Kepler jest umożliwienie astronomom choćby zgrubnej odpowiedzi na trzy kardynalne i logicznie zawężane pytania: (1) ile jest planet w naszej galaktyce; (2) na ilu z nich mogłoby rozwinąć się życie; oraz (3) jaki ułamek z nich mógłby, przynajmniej teoretycznie, utrzymać kolonie Ziemian? Kepler, który jest właściwie wyniesionym w kosmos potężnym ale prostym fotometrem z nastawionym na stałe polem widzenia, śledzi w sposób ciągły jasność ponad 145.000 gwiazd tylko w tzw. sekwencji głównej. Obraz ten przesyła stale na Ziemię, gdzie jest on analizowany przez duży zespół astronomów NASA m.in. po to, aby na podstawie tej próbki i tego wycinka Drogi Mlecznej móc wyspekulować wspomniane liczby dla miliardów i miliardów gwiazd naszej galaktyki. Jak dotąd pierwsze przybliżenie z Keplera sugeruje, że ok. 17% badanych gwiazd ma krążące wokół nich systemy wieloplanetarne,  a 5,4% gwiazd może mieć planety ziemiopodobne. Gdyby tylko 1 promil z nich był teoretycznie w stanie przyjąć i podtrzymać kolonie przysłane z Ziemi, ich liczba szłaby w grube miliony!

Wiedza, jaką na ten temat budujemy, ma także znaczenie strategiczne. Pytanie bowiem, czy we wszechświecie może istnieć życie, powoli przesuwa się z obszaru astronomii (ile może być odpowiednich do tego celu planet?) w obszar biologii (co jest potrzebne, aby zaistniało życie i w którym momencie się ono zaczyna?) a nawet może i wyżej (jak powstaje inteligencja?). Jak na razie, na podstawie wstępnych danych uzyskanych jeszcze w obszarze astronomii, nadzieje nauki rosną wykładniczo. Narodziny egzobiologii wydają się więc tylko kwestią czasu.

Bogusław Jeznach

PS. Na NowymEkranie, jak niemal wszędzie, trwa wyścig kto pierwszy opublikuje ciekawy news na dany temat. Znam i cenię materiał z 6 grudnia opublikowany przez Nathanaela za BBC News i PCmag o odkryciu egzoplanety Kepler 22b. Mimo to postanowiłem dorzucić tu swoje trzy grosze na ten temat, bo takie jest prawo blogera. Nie konkuruję, lecz po prostu wyrażam siebie. Zatem nie jest to już news (jest ciekawe, że słowa takie zapożyczane z angielskiego w liczbie mnogiej, traktujemy w naszym języku jak liczbę pojedynczą. Mówimy potem: dropsy, Beatlesi, newsy…), ale raczej – jak większość tekstów na moim blogu – materiał porządkujący, rozszerzający i porównujący, w oprawie z językowych dygresji i liczbowych uszczegółowień, polany sosem (rzadko jadem) osobistego komentarza. Myślę, że dla zainteresowanych jest to nadal informacyjna  wartość dodana. Korzystam z okazji (bo z zasady nie komentuję), aby wyrazić ogólne uznanie dla Nathanaela, Cyborga 59, GPS.65, Bez Kropki, Waldemara M., Jerzego Wawro i innych „kolegów po blogu” z najbliższego mi (jak dotąd) działu NAUKA I TECHNIKA. Dziękuję też adminom za bardzo staranne i pomysłowe opatrywanie naszych, a przynajmniej moich tekstów ilustracjami. To przyjemność dawać coś z siebie w takim towarzystwie. BJ.