Przejdź do treści

Jak duża może być zamieszkiwalna super-Ziemia?

Wizualizacja artystyczna super-Ziemi. Źródło: NASA/JPL-Caltech

Wśród kilku tysięcy odkrytych dotąd egzoplanet najbardziej powszechne są super-Ziemie – światy większe od Ziemi, ale mniejsze od Neptuna. Niektóre z nich leżą wewnątrz stref zamieszkiwalnych swoich macierzystych gwiazd, co oznacza, że warunki tam panujące mogą sprzyjać obecności ciekłej wody na ich powierzchni.

Super-Ziemie różnią się jednak wielkością. Czy także te największe, wciąż jeszcze skaliste egzoplanety mogą zapewnić warunki odpowiednie do powstania życia? A może życie ogranicza się jedynie do mniejszych planet, takich jak nasza? Tylko przyszłe obserwacje i badania mogą dać ostateczną odpowiedź. Jednak w międzyczasie pytanie to stwarza doskonałą okazję do zgłębienia granic naszego rozumienia tego, gdzie i jak powstaje życie – również na Ziemi.

Po pierwsze, trzeba jasno określić, co rozumiemy przez zamieszkiwalność. Niektóre z odległych globów w Układzie Słonecznym wykraczają daleko poza to, co my uważamy za normę. Żaden z nich nie jest tak naprawdę podobny do Ziemi. Małe planety naszego układu to albo jałowe pustkowia (Merkury i Mars), albo gorące piekła (Wenus). Gazowe olbrzymy, planety z głębokimi, miażdżącymi atmosferami, są tu całkowicie wykluczone. Niektóre z ich lodowych księżyców mają jednak dość bogate zasoby płynnej wody pod swoimi twardymi skorupami i teoretycznie mogą stanowić drugi sprzyjający dom dla życia na naszym kosmicznym podwórku.

Warto jednak ograniczyć te rozważania do planet, które faktycznie wyglądają jak Ziemia. Oznacza to, że w poszukiwaniach super-Ziemi musimy znaleźć planety, które wyglądają i funkcjonują jak nasza. Powinny znajdować się w strefie zamieszkiwalnej gwiazdy, aby zapewnić życiu odpowiednie temperatury, a także mieć stosunkowo gęstą, ale nie za gęstą atmosferę. Planety te powinny również posiadać płynną wodę na swojej powierzchni, nie uwięzioną pod zamarzniętą skorupą ani niewygotowaną do postaci pary. Na koniec, konieczne jest istnienie pola magnetycznego, aby ochronić atmosferę i płynną wodę przed ciągłym, bezwzględnym oddziaływaniem wiatru słonecznego. Z pewnością istnieje o wiele więcej kryteriów, jakie muszą być spełnione, aby dany świat mógł rzeczywiście gościć życie. Natomiast bez wyżej wymienionych, minimalnych warunków, szanse na to, że życie rozwinie się na danej planecie, są znikome, więc mamy dobry punkt wyjścia.

Co z wyborem planety odpowiedniej wielkości? Astronomowie definiują super-Ziemię jako każdą planetę o wielkości od masy Ziemi do dziesięciu razy większej masy. Planety większe od tej wartości nazywamy z kolei mini-Neptunami, ale to pozornie proste rozróżnienie skrywa wiele istotnych niuansów, które są ważne dla ustalenia możliwości zamieszkania. Obiekt o rozmiarach zbliżonych do Ziemi ma większe szanse na zamieszkiwalność, gdyż z założenia może być bardziej podobny do Ziemi. Z kolei coś o rozmiarach bliskich Neptunowi prawdopodobnie nie byłoby zbyt dobrym miejscem dla życia, bo Neptun ogólnie nie jest dla niego zbyt gościnny, przynajmniej zgodnie z powyższą definicją.

Gdy masa planety rośnie, jej skaliste jądro coraz lepiej radzi sobie z utrzymaniem gęstej, gazowej atmosfery – ze względu na zwiększoną grawitację. W końcu atmosfery tej jest tak dużo, że planeta może być już określona jako gazowy olbrzym, a nie skalisty glob. Niestety, brakuje wciąż wyraźnej linii podziału między tymi dwiema skrajnościami, a super-Ziemie zdają się wypełniać tę lukę.

Orbita też ma znaczenie. Jeśli planeta jest zbyt blisko macierzystej gwiazdy, niezależnie od jej rozmiaru, po prostu zostanie upieczona. Spójrzmy na 55 Cancri e, skalistą super-Ziemię oddaloną od nas o 55 lat świetlnych. Ma osiem razy większą masę niż Ziemia, ale krąży tak blisko swojej gwiazdy, że stała się po prostu kulą roztopionych skał. Natomiast planeta TOI 270c ma masę około siedem razy mniejszą niż Ziemia, jednak jest oddalona od swojej macierzystej gwiazdy tak bardzo, że niemal całkowicie składa się z gazu – co czyni ją bardziej podobną do mini-Neptunów.

Na koniec, nadająca się do zamieszkania super-Ziemia musi mieć odpowiednią gęstość, co oznacza, że nie jest ani zbyt skalista, ani zbyt gazowa. Jednak astronomowie mają zwykle niewiele takich informacji na temat poszczególnych egzoplanet. Przykładem może być Gliese 581c, znajdująca się w odległości zaledwie około 20 lat świetlnych stąd. Ta egzoplaneta ma masę około 5,5 razy większą od masy Ziemi i znajduje się w strefie zamieszkiwania swojej gwiazdy. Jednak astronomowie znają tylko jej masę, a nie promień, więc nie mogą określić gęstości planety. Przy tej orbicie i masie może to być typowo skalisty lub zbudowany z litego żelaza świat. Może ona być też maleńką planetą gazową, a nawet złożoną z... diamentu.

Jeśli chodzi o pola magnetyczne egzoplanet, jest to kwestia wyłącznie domysłów. Naukowcy sądzą, że planety większe od Ziemi mogą mieć dość silne pola magnetyczne, ale nie ma tu pewności. Na przykład Wenus i Ziemia są mniej więcej tej samej wielkości, ale tylko Ziemia ma takie pole magnetyczne.

Być może najlepszym kandydatem na nadającą się do zamieszkania super-Ziemię jest LHS 1140b, planeta krążąca wokół czerwonego karła oddalonego od Ziemi o około 49 lat świetlnych i o około 60% większa od naszej planety, ale 6,5 razy masywniejsza. Orbituje niezwykle blisko swojej macierzystej gwiazdy. Jej okres orbitalny to tylko 25 dni, ale ze względu na to, że gwiazda ta jest chłodnym czerwonym karłem, planeta znajduje się w jej strefie zamieszkiwalnej. Modele  klimatyczne opracowane dla LHS 1140b dopuszczają możliwość istnienia gęstej atmosfery otaczającej glob z oceanami ciekłej wody. Jednak dopiero szczegółowe obserwacje, być może wykonane z użyciem Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, dadzą odpowiedź na pytanie o to, czy glob rzeczywiście nadaje się do zamieszkania.


Czytaj więcej:

 

Źródło: Space.com / Paul M. Sutter

Opracowanie: Elżbieta Kuligowska

Ilustracja: Wizualizacja artystyczna super-Ziemi. Źródło: NASA/JPL-Caltech

Reklama