Kosmiczny bestiariusz

Astronomowie wykryli już niemal 5 tysięcy planet pozasłonecznych. Na wielu panują ekstremalne warunki. Ale kandydatek na „drugą Ziemię” nie brakuje.

01.11.2021

Czyta się kilka minut

Tak mogłoby wyglądać niebo z powierzchni planety  Kepler-10b / DANA BERRY / KEPLER MISSION / NASA
Tak mogłoby wyglądać niebo z powierzchni planety Kepler-10b / DANA BERRY / KEPLER MISSION / NASA

Jeśli, jak lubią powtarzać astronomowie, szukanie planet okrążających odległe gwiazdy jest jak próba wypatrzenia świetlika w świetle latarni morskiej, to osiągnięcie astronomów Europejskiego Obserwatorium Południowego ESO można porównać do znalezienia roztocza pełzającego po tymże świetliku.

Badacze, korzystający ze znajdującej się na pustyni Atakama baterii radioteleskopów ALMA, wypatrzyli coś, co może być otaczającym odległą planetę PDS 70c dyskiem, z którego może narodzić się księżyc. Gdyby tak było, byłaby to pierwsza w historii obserwacja pozasłonecznego (proto)satelity.

„PDS 70 to młoda gwiazda, bardzo podobna do tego, jak wyglądało za młodu Słońce – napisał dr Stefano Facchini, który był jednym z autorów obserwacji. – Jest też pierwszą planetą, wokół której bezpośrednio zaobserwowano dwie planety, które rosną i formują się. Obie są bardzo masywne”. To młody, dopiero formujący się system planetarny. I doskonałe miejsce do poszukiwania śladów narodzin planetarnych satelitów.

Bezpośrednie obserwacje planet wciąż są bardzo rzadkie. Większość spośród prawie 5 tysięcy znanych astronomom planet pozasłonecznych odkryto pośrednio, mierząc wpływ, jaki planeta wywiera na swoją gwiazdę. Albo swoją grawitacją wywołuje „kiwanie się” gwiazdy, albo przysłania nieco jej światło, gdy znajduje się bezpośrednio pomiędzy gwiazdą a naszym teleskopem. Żeby zobaczyć taką planetę bezpośrednio, na fotografii, potrzeba bardzo czułych instrumentów i sporo szczęścia. Dostrzeżenie księżyca jest o wiele rzędów wielkości trudniejsze.

Drugi Księżyc

Tymczasem księżyce są o wiele ważniejsze, niż zwykle nam się wydaje. Nie są tylko pasywnymi towarzyszami planet, ale aktywnie kształtują to, co z tymi planetami się dzieje. Gdyby nie nasz własny Księżyc, prawdopodobnie życie, a przynajmniej zaawansowane życie, nigdy nie miałoby szansy pojawić się na Ziemi.

„Księżyc ma prawdopodobnie kluczowe znaczenie dla ewolucji życia na naszej planecie – pisze prof. Siegfried Eggl z University of Illinois. – Bez Księżyca nachylenie osi Ziemi nie byłoby tak stabilne, czego skutki byłyby szkodliwe dla stabilności całego klimatu”.

Gdyby Ziemia zmieniała gwałtownie nachylenie swojej osi, mogłaby szybko i często zmieniać swoje oblicze. Raz byłaby lodową kulą, by za kilka milionów lat zmieniać się w wysuszoną pustynię. Tak gwałtowne zmiany klimatyczne nie pozwoliłyby najprawdopodobniej na powstanie żadnych bardziej złożonych form życia. Dlatego poszukiwanie księżyców innych planet może pozwolić nam odnaleźć takie, które mogą nadawać się do zamieszkania. Znalezienie „drugiego Księżyca” może być sposobem na znalezienie „drugiej Ziemi”.

Eggl, wspólnie z astrofizykiem z Georgia Tech Billym Quarlesem, opracowali nową metodę wykrywania egzoksiężyców wokół planet okrążających gwiazdy podwójne. Najbliższa taka planeta jest tuż za galaktycznym rogiem, w odległym o „zaledwie” 4,37 lat świetlnych układzie Alfa Centauri i leży w takiej odległości od swojej gwiazdy, że panujące na niej temperatury pozwalałyby na istnienie na jej powierzchni ciekłej wody. To tzw. strefa biogenna.

„Wiemy, że planety, gwiazdy i księżyce w naszym Układzie Słonecznym oddziałują grawitacyjnie między sobą w czymś, co przypomina gigantyczną grę planszową – powiedział Eggl. – Księżyc oddziałuje pływowo z Ziemią, ale Słońce ciągnie za oba. Druga gwiazda działałaby jako kolejne zewnętrzne zakłócenie systemu”. Paradoksalnie to rytmiczne i przewidywalne zakłócenie pozwoliłoby łatwiej wychwycić wpływ, jaki księżyc wywiera na zachowanie planety, ułatwiając jego identyfikację.

Spełniona Apokalipsa

Oczywiście niebo nad taką planetą byłoby dla nas zupełnie obce, z dwiema czy więcej gwiazdami oświetlającymi jej powierzchnię. Ale teoretycznie życie mogłoby czuć się na takiej planecie doskonale. Co nie jest regułą w przypadku egzoplanet, bo w kosmicznej menażerii tworzonej przez astronomów znajdują się też prawdziwe potwory.

Oto mała próbka z astronomicznego bestiariusza. Na początek weźmy egzoplanetę WASP-76b. Odkryta po raz pierwszy w 2013 r. i dokładnie zbadana w 2020 r. planeta okrąża swoją gwiazdę w tak małej odległości, że jest z nią połączona pływowo, czyli, tak jak ziemski Księżyc, jest zawsze ku niej zwrócona tą samą stroną. Na „dziennej” stronie planety temperatury sięgają 2500 stopni Celsjusza. Na nocnej są o 1000 stopni niższe. Tamtejsza noc jest więc wciąż piekielnie gorąca, ale różnica temperatur jest tak duża, że na nocnym niebie pojawia się zjawisko rodem z wizji Boscha czy Beksińskiego. Bogata w żelazo powierzchnia planety paruje po stronie dziennej, a wiatr przenosi gazowe żelazo na stronę nocną. Tam gwałtownie się schładza i formuje krople. Z nocnego nieba spada ognisty, żelazny deszcz. Na podobnie powiązanej ze swoją gwiazdą HD 189733b, bogatej w krzemiany, zamiast żelaza na nocnej stronie pada deszcz szklanych kropli, miotanych naddźwiękowym wiatrem.

Z kolei na Kepler-10b, którego orbita jest tak bliska gwiazdy, że tamtejszy rok trwa krócej niż ziemski dzień, promieniowanie gwiazdy dawno zniszczyło atmosferę. Nie ma więc ani deszczu, ani wiatru. Ale i tak nie jest przyjemnie – rozgrzane do 1300 stopni planetarne skały pokrywają jej powierzchnię grubym oceanem lawy. Ten ognisty ocean, bez atmosferycznej ochrony, jest porywany przez słoneczny wiatr, tworząc za planetą ognisty ogon, nadający jej wygląd przypominający piekielną kometę. To coś trudnego do wyobrażenia w naszym spokojnym, statecznym Układzie Słonecznym. Przynajmniej dzisiaj. W pierwszych milionach lat jego istnienia wiele obiektów, w tym i nasza Ziemia, miało na powierzchni oceany magmowe.

Jeszcze gorętsza planeta 55 ­Cancri e może być z kolei najcenniejszym obiektem w znanym Wszechświecie. Egzoplaneta, bogata w węgiel, ma masę prawie dziewięć razy większą od Ziemi. Ogromna temperatura i panujące w jej wnętrzu ciśnienie najprawdopodobniej przekształciły znaczną część tego pierwiastka w diament. Odkrywcy planety wyliczyli nawet, że według dzisiejszych cen wartość tego kosmicznego brylantu wynosi 384 biliardy razy więcej niż całkowite PKB Ziemi.

W strefie biogennej

Takich planetarnych dziwadeł jest o wiele więcej. Ekstremalne planety stanowią ogromny odsetek spośród znalezionych do tej pory obiektów pozasłonecznych z prozaicznego powodu. Stosowane przez naukowców metody znajdowania egzoplanet najłatwiej i najszybciej odnajdują te z nich, które znajdują się najbliżej macierzystych gwiazd. Jeśli planeta okrąża swoją gwiazdę w tydzień, rytmiczne zaburzenia jasności czy „wahania” gwiazdy można wykryć już po kilkunastu dniach. Jeśli, jak Ziemia, potrzebuje setek dni do zakończenia jednej orbity, odkrycie takiego obiektu wymaga lat precyzyjnych, cierpliwych obserwacji.

Ale odkryć planet podobnych do Ziemi wciąż przybywa. Znamy już setki planet znajdujących się w strefach biogennych, w tym co najmniej 60, które są rozmiarami zbliżone do Ziemi. A to tylko kropla w morzu, bo gwiazdy, które sprawdziliśmy pod kątem posiadania planet, stanowią ułamek procenta gwiezdnej populacji Drogi Mlecznej. Według różnych szacunków tylko w naszej galaktyce może być od 98 do 500 mld planet, na których mogłyby potencjalnie panować warunki sprzyjające życiu. We wrześniu 2020 r. niemiecko-amerykański zespół ­wytypował więc 24 spośród znanych wówczas 4 tysięcy planet, które mogłyby mieć warunki nie tylko sprzyjające życiu, ale wręcz bardziej korzystne od tych, które panują na Ziemi.

Takie „supergościnne” planety okrążałyby stabilniejsze, bardziej długowieczne od Słońca gwiazdy, dające życiu więcej czasu na rozwój. Badacze wskazują tu zwłaszcza na tzw. pomarańczowe karły, o masie równej 0,5-0,8 masy Słońca. Podczas gdy nasza gwiazda dożyje wieku około 10 mld lat (dziś jest żwawą czteroipółmiliardolatką), teoretyczny limit dla tego typu gwiazd to 15 do 30 mld. Planety korzystniejsze dla życia charakteryzowałyby się też większą masą, pozwalającą im zgromadzić grubszą atmosferę i dłużej zachować wewnętrzne ciepło. Powinny posiadać także duży księżyc, równomiernie rozłożone obszary lądów i oceanów i mniej więcej 25-30 proc. tlenu w atmosferze.

Jedną z klas planet, które szczególnie interesują poszukiwaczy śladów pozaziemskiego życia, są hyceany. To nowo odkryty typ planety o właściwościach, które co prawda nie są idealne do powstania na nim życia takiego, jakie istnieje dziś na Ziemi, ale które zdecydowanie ułatwiłyby nam jego wykrycie.

Hyceany to planety większe od Ziemi — mające do 2,5 raza większą średnicę — i pokryte głębokim oceanem. Ich atmosfery są niezwykle bogate w wodór (stąd nazwa, będąca złożeniem angielskich słów „hydrogen” – wodór – i „ocean”). Jedne okrążają swoje planety w ciągu kilku dni, inne poruszają się po odległych, mroźnych orbitach daleko od źródła energii. Ale każdy z typów hyceanów dawałby szansę na rozwój w głębinach rozmaitych ekstremofilnych bakterii. Co ważne, detekcja chemicznych śladów życia, tzw. biomarkerów, np. tlenu i metanu, byłaby w ich atmosferach łatwiejsza,niż na innych rodzajach potencjalnie nadających się do zamieszkania planet.

„Większe promienie i wyższe temperatury dopuszczalne dla planet typu hycean sprawiają, że biomarkery są łatwiej wykrywalne w ich atmosferach niż na egzoplanetach typu skalistego” – napisali w opublikowanym w „The Astrophysical Journal” autorzy z Uniwersytetu Cambridge. Są przekonani, że do takiej detekcji może dojść już w najbliższych latach.

„Wykrywanie biosygnatur zmieniłoby nasze rozumienie życia we wszechświecie – pisze w towarzyszącym badaniu komunikacie główny autor badania, Nikku Madhusudhan. – Musimy być otwarci na to, gdzie można spodziewać się znalezienia życia i jaką formę może ono przybrać, ponieważ natura wciąż nas zaskakuje”.

Okno na światy

Szansą na dokonanie tego przełomowego odkrycia ma być planowany na 18 grudnia start orbitalnego teleskopu Jamesa Webba. Warte 9,8 mld dolarów kosmiczne obserwatorium ma nam dać po raz pierwszy szansę na bezpośrednie pomiary właściwości egzoplanet. Instrument, stokrotnie czulszy od wysłużonego Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, będzie prowadził obserwacje w podczerwieni, co zdecydowanie ułatwi obserwowanie obiektów skrytych za chmurami nieprzepuszczalnego dla światła widzialnego pyłu. Pozwoli ustalić, z czego składają się atmosfery egzoplanet, czy jest na nich woda, czy na ich niebie są chmury. I wiele więcej.

„James Webb będzie rewolucyjny, dosłownie rewolucyjny” – mówi magazynowi „Digital Trends” Néstor Espinoza, astrofizyk ze Space Telescope Science Institute. – Pozwoli nam zobaczyć rzeczy, których się spodziewaliśmy, ale nie mogliśmy zobaczyć z braku właściwych technologii. Jestem też prawie pewien, że wykryje rzeczy, o których nigdy nie myśleliśmy”.

Bo tę kosmiczną menażerię dopiero zaczynamy odkrywać i nazywać. Jesteśmy jak mieszkaniec starożytnej europejskiej wsi, który wie, jak wygląda krowa, koza czy jaskółka, ale nie wie nic o słoniach, wielorybach ani rajskich ptakach. Ciągle wiemy niewiele o klasycznych planetach trzymających się z grubsza reguł rządzących naszym Układem Słonecznym, bo z bliska widzieliśmy tylko osiem z nich. Nie wspominając o bardziej egzotycznych obiektach, takich jak planety zbuntowane, wyrzucone ze swoich układów planetarnych i samotnie przemierzające międzygwiezdną pustkę. Albo „blanety”, czyli planety tworzące się wokół czarnych dziur. A one też, przynajmniej według niektórych teoretyków, wcale nie muszą być tak niegościnne dla życia, jak mogłoby się wydawać. ©

Dziękujemy, że nas czytasz!

Wykupienie dostępu pozwoli Ci czytać artykuły wysokiej jakości i wspierać niezależne dziennikarstwo w wymagających dla wydawców czasach. Rośnij z nami! Pełna oferta →

Dostęp 10/10

  • 10 dni dostępu - poznaj nas
  • Natychmiastowy dostęp
  • Ogromne archiwum
  • Zapamiętaj i czytaj później
  • Autorskie newslettery premium
  • Także w formatach PDF, EPUB i MOBI
10,00 zł

Dostęp kwartalny

Kwartalny dostęp do TygodnikPowszechny.pl
  • Natychmiastowy dostęp
  • 92 dni dostępu = aż 13 numerów Tygodnika
  • Ogromne archiwum
  • Zapamiętaj i czytaj później
  • Autorskie newslettery premium
  • Także w formatach PDF, EPUB i MOBI
89,90 zł
© Wszelkie prawa w tym prawa autorów i wydawcy zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów i innych części czasopisma bez zgody wydawcy zabronione [nota wydawnicza]. Jeśli na końcu artykułu znajduje się znak ℗, wówczas istnieje możliwość przedruku po zakupieniu licencji od Wydawcy [kontakt z Wydawcą]
Dziennikarz naukowy, reporter telewizyjny, twórca programu popularnonaukowego „Horyzont zdarzeń”. Współautor (z Agatą Kaźmierską) książki „Strefy cyberwojny”. Stypendysta Fundacji Knighta na MIT, laureat Prix CIRCOM i Halabardy rektora AON. Zdobywca… więcej

Artykuł pochodzi z numeru Nr 45/2021