Kur ieškoti nežemiškos gyvybės? II dalis – egzoplanetos

Visata yra neaprėpiamai didžiulė. Tikimybė, kad vienintelė vieta, kur joje yra gyvybės, yra Saulės sistema – nykstamai maža. Net ir mūsų Galaktikoje greičiausiai gyvybės yra ir kitur, nei tik Žemėje. Bet kur? Ankstesniame straipsnyje rašiau apie tai, kaip ir kur ieškoma gyvybės Saulės sistemoje, o šįkart pažvelkime toliau, į planetas prie kitų žvaigždžių.

Idėja parašyti šį straipsnį man kilo tada, kai išgirdau apie Breakthrough Starshot projektą – planą išsiųsti zondą į artimiausią Saulei žvaigždę Kentauro alfą. Net ir mažyčio zondo skrydis iki jos truks dvidešimt metų, taigi nežemiškos gyvybės paieškos kol kas turės apsiriboti stebėjimais, o ne fiziniu nuvykimu į vietą ir patikrinimu, ar po kokiu akmeniu nesislepia ateivis. Kokie tie stebėjimai, kur geriausia ieškoti gyvybės pėdsakų ir kokie tie pėdsakai gali būti?

Mes stebime kosmosą, o kas nors kosmose galbūt stebi mus. ©Paul Duffield

Protinga komunikacija. Akivaizdžiausias nežemiškos gyvybės egzistavimo įrodymas būtų protingų būtybių išsiųstų radijo ar panašių signalų aptikimas ir dekodavimas. Apie tokį kontaktą prirašyta ir prifilmuota gausybė fantastikos, apie tai kartais pasvarsto ir mokslininkai. Visgi tikimybė sutikti tokią gyvybę – protingą nežemišką civilizaciją – yra labai menka. Atstumai tarp žvaigždžių yra didžiuliai; mūsų signalai į kosmosą sklinda daugiau nei septynis dešimtmečius, bet per tą laiką jie pasiekė tik 70 šviesmečių spindulio rutulį aplink Žemę. Šiame rutulyje yra apie 10 tūkstančių žvaigždžių. Skaičius atrodo didelis, bet palyginus jį su Galaktikos disko skersmeniu – apie 100 tūkstančių šviesmečių – ir ten esančiu šimtu milijardų žvaigždžių, optimizmas mažėja. Tam, kad mūsų pasiektame rutulyje būtų nors viena nežemiška civilizacija, su kuria galėtume užmegzti ryšį, Paukščių Take šiuo metu turėtų būti bent milijonas aktyviai komunikuojančių civilizacijų. Turint omeny, kad Žemėje gyvybė egzistavo daugiau nei tris milijardus metų iki pradėdama siųsti signalus į kosmosą, būtų verta tikėtis, kad kiekvienai komunikuojančiai civilizacijai tenka po kokius 30 milijonų arba daugiau planetų, kuriose egzistuoja gyvybė, bet signalų į kosmosą nesiunčia. Padauginę milijoną iš 30 milijonų, gauname 30 trilijonų – gerokai daugiau gyvybingų planetų, nei Paukščių Take yra žvaigždžių. Taigi faktas, kad kol kas nesusidūrėme su komunikuojančia nežemiška civilizacija, stebinti neturėtų.

Toks mąstymas, kokį aprašiau aukščiau, yra vienas iš Fermi paradokso sprendimo būdų. Fermi paradoksas – tai italų mokslininkui Enriko Fermi priskiriama frazė, jog „jeigu Paukščių Take pilna nežemiškų civilizacijų, tai kodėl mes nematome jokių jų pėdsakų?“. Komunikacijų lėtumas – vienas iš paaiškinimų. Aišku, jis nėra vienintelis, ir argumentacija nėra nepaneigiamai tvirta. Bet visgi tikėtis visai šalia (galaktiniais masteliais šnekant) gyvenant kitą protingą civilizaciją būtų naivu. Daug didesnė tikimybė, jei tokios civilizacijos kur nors egzistuoja, aptikti jų paliekamus ilgalaikius pėdsakus.

Vienas iš tokių pėdsakų gali būti didžiuliai statiniai žvaigždžių sistemose, keičiantys žvaigždžių spinduliuotę. Pavyzdžiui, Daisono sfera yra kiautas, pastatomas aplink žvaigždę, leidžiantis jo gyventojams surinkti visą žvaigždės skleidžiamą šviesą. Jei kokia nors žvaigždė Galaktikoje būtų apgaubta tokiu kiautu, mums matoma jos spinduliuotė labai pasikeistų – praktiškai nebeliktų regimųjų spindulių, tačiau pro kiautą prasiskverbtų šiek tiek ultravioleto ir rentgeno, o kiautas sugertą spinduliuotę perspinduliuotų kaip infraraudonuosius spindulius, kuriais žvaigždė spindėtų ypatingai ryškiai. Prieš keletą metų vienas astronomas išnagrinėjo kosminio infraraudonųjų spindulių teleskopo IRAS duomenis, daugiau nei 250 tūkstančių žvaigždžių, ir tarp jų neaptiko nei vienos akivaizdžios Daisono sferos. Tai neįrodo, kad jų nėra apskritai, bet tokie statiniai menkai tikėtini.

Daisono sferos menkai tikėtinos dar ir todėl, kad vienai tokiai pastatyti aplink Saulę, kad jos spindulys būtų kaip Žemės orbitos spindulys, reikėtų daugiau medžiagos, nei yra Saulės sistemoje, neskaitant pačios Saulės. Čia jau nekalbant apie tai, kad didelė tos medžiagos dalis yra vandenilis ir helis planetose dujinėse milžinėse, o šios medžiagos statybai panaudojamos sunkiai. Taigi Daisono sferą statyti yra nepraktiška. Egzistuoja ir kiek menkesnės alternatyvos – Žiedinis pasaulis (išpopuliarintas Lario Niveno to paties pavadinimo romane) ir Daisono spiečius. Žiedinis pasaulis – tai juosta aplink žvaigždę, kurios plotis gali būti keletą kartų didesnis, nei Žemės skersmuo. Toks statinys nesugers visos žvaigždės energijos, tačiau suteiks praktiškai begalinį plotą gyvenimui. Ir medžiagų jam reikės gerokai mažiau, nei Daisono sferai. Daisono spiečius – daugybės energijos surinkimo stočių grupė, skrajojanti aplink žvaigždę ir renkanti jos energiją bei perduodanti ją į planetą ar kur kitur bereikėtų. Apie spiečius šiek tiek kalbėta pernai, kai aptikta žvaigždė KIC 8462852, kurios šviesis kinta labai smarkiai ir labai netvarkingai. Daisono spiečius – vienas iš galimų tokio kintamumo paaiškinimų. Visgi jokių protingos civilizacijos signalų nebuvimas verčia atmesti tokią idėją ir likti prie paprastesnės ir natūralios – kad KIC 8462852 kintamumą nulemia kometų debesis.

Dar vienas pėdsakas gali būti matomas ir iš kitų galaktikų. Jeigu protingos civilizacijos nesusinaikina, o auga ir vystosi, laikui bėgant jos turėtų kolonizuoti savo galaktikas nuo vieno krašto iki kito. Praskristi tarp galaktikų gali būti neįmanoma, tačiau vieną galaktiką apskristi būtų galima vos per keletą milijonų metų. Jei civilizacija išsivysto iki tokios, kad gali išnaudoti visus galaktikos resursus (tai vadinama Kardaševo III tipo civilizacija), tai jos gyvenama galaktika gali atrodyti labai kitaip, nei tuščia. Pavyzdžiui, tokia civilizacija galėtų aplink galaktiką sukurti dulkių skydą, kuris pritemdytų galaktikos šviesą iki vos pastebimos. Bet tokių galaktikų paieškos, atliktos Planck kosminio teleskopo duomenų kataloge, teigiamų rezultatų irgi nedavė. Kitokių anomalijų, kurias galėtų sukelti galaktinio masto inžinerija, irgi nepavyko aptikti. Taigi taip labai išsivysčiusių civilizacijų mūsų regimoje Visatoje turbūt irgi nėra.

„Žvaigždžių karuose“ matome III tipo civilizaciją, išsiplėtusią per didžiąją savo galaktikos dalį. Paties žemėlapio šaltinio nežinau, bet „Žvaigždžių karai“ ©LucasFilm, Disney

Nekomunikuojanti gyvybė. Žmonija – vienintelė gyvybės rūšis Žemėje, siunčianti tiesioginius signalus į kosmosą. Ir mes tą darome visai neilgai. Praktiškai visą Žemės gyvavimo laiką joje egzistavo gyvybė, kuri apie save kosmosui tiesiogiai pranešti nebandė. Bet pranešė netiesiogiai, o analogiškų pranešimų kitose planetose ieškoti galime ir mes.

Visa gyvybė Žemėje vykdo tam tikras chemines reakcijas. Daugumos organizmų atveju tose reakcijose dažnai dalyvauja deguonis. Deguonis yra toks atomas (tiksliau – molekulė, nes palaidi atomai greitai sukimba į poras), kuris ilgai pats vienas nesilaiko. Jis yra labai reaktyvus – tai su anglimi pagamina anglies dvideginį, tai su vandeniliu vandens garus, tai su jais abiem kokias nors karbonatines uolienas ir taip toliau. Panašiai elgiasi ir metanas, kurio mūsų atmosferoje nėra daug, bet visas, kiek yra, jis sukurtas gyvybinių procesų. Tad mūsų Žemės atmosfera, pažiūrėjus iš šalies, iškart išduoda, kad čia yra gyvybės, mat deguonis ir metanas be gyvybinių procesų gana greitai pranyktų. Galimų molekulių, kurių egzistavimas atmosferoje leistų spręsti apie gyvybės egzistavimą, yra daug daugiau. Pavyzdžiui, net jei planetoje nėra deguonies, gyvybė galėtų išskirti įvairius sieros junginius. Neprisirišant prie vieno konkretaus elemento, o nagrinėjant tūkstančius molekulių, sudarytų iš šešių pagrindinių gyvybei reikalingų elementų – anglies, vandenilio, azoto, deguonies, fosforo ir sieros – kombinacijų, paaiškėja, kad Žemėje apie ketvirtį jų kuria gyvybė. Jei kažkas panašaus vyksta ir kitose planetose, tai tokių biologinių žymeklių (angl. biosignatures) turėtų būti tikrai daug.

Aišku, tuos žymeklius pirmiausia reikia aptikti. Kiekvienas atomas ar molekulė turi savo specifinį spektrą – sugeriamos ar skleidžiamos spinduliuotės intensyvumo priklausomybę nuo bangos ilgio. Stebint egzoplanetos atmosferą, galima išmatuoti ir jos spektrą, o tada jame rasti įvairiausių elementų ir junginių pėdsakus. Bet išmatuoti spektrą nėra taip paprasta. Egzoplanetos paprastai aptinkamos tik netiesiogiai – pagal tai, kaip jų gravitacija paveikia motininės žvaigždės judėjimą, arba kai praskrenda tarp mūsų ir savo žvaigždės, taip pritemdydamos pastarosios šviesą. Antruoju atveju – planetos tranzito metu – galima išmatuoti, kaip pasikeičia žvaigždės spektras ir iš šio pokyčio nustatyti, kokie junginiai planetos atmosferoje sugėrė žvaigždės šviesą. Bet net ir visa žvaigždės šviesa tranzito metu primažėja tik procento dalimis. Ties konkrečiais bangos ilgiais šis pokytis gali būti dar gerokai mažesnis, tad planetos spektrui išmatuoti reikalingi labai jautrūs detektoriai. Ilgą laiką spektrus pavykdavo išmatuoti tik infraraudonųjų spindulių ruože, ir tik pernai pirmą kartą išmatuotas regimasis egzoplanetos atmosferos spektras. Ši planeta – Pegaso 51 b – yra karštasis Jupiteris: arti žvaigždės skriejanti dujinė milžinė. Gyvybei ji tikrai netinkama. Bet ateityje, tobulėjant technologijoms, bus galima išmatuoti ir vis panašesnių į Žemę planetų spektrus.

Vienos egzoplanetos – karštojo Jupiterio HD 189733b – infraraudonojo spektro dalis. Vertikalioje ašyje pažymėtas planetos spinduliuotės ir žvaigždės spinduliuotės ties tuo pačiu bangos ilgiu santykis. ©Carl Grillmair, NASA/JPL-Caltech

Tačiau net ir neišmatuojant planetos spektro, galima šį tą pasakyti apie jos atmosferą. Pavyzdžiui, galima nustatyti jos spalvą – tam tereikia gana grubaus supratimo apie spinduliuotės intensyvumą raudonos, žalios ir mėlynos (ar panašiuose) spalvų ruožuose. O pridėję infraraudonuosius ir ultravioletinius spindulius, pasirodo, galime gauti visai neblogą būdą identifikuoti gyvybinius procesus. Mat Žemės atmosfera gerai sklaido į ją krentančius ultravioletinius ir mėlynus spindulius; taip pat Žemė daug atspindi ir pati spinduliuoja infraraudonai. O štai regimųjų spindulių (išskyrus tuos pačius mėlynus) atspindi nedaug; netgi priešingai – žalią šviesą puikiai sugeria augalai ir atmosferoje esantis ozonas. Taigi iš toli stebint Žemę, jos atmosfera apie gyvybės egzistavimą byloja net ir neparodydama viso spektro. Beje, vien mėlynos Žemės spalvos gyvybei aptikti neužtenka – įvairūs nuodingų dujų mišiniai atmosferoje taip pat gali sukurti mėlyną spalvą. To net nereikia toli ieškoti – mūsų Saulės sistemoje yra mėlyna planeta Neptūnas, bet gyventi ten tikrai nežadame kraustytis (nors viename sename fantastiniame romane tokia žmonijos ateitis buvo piešiama).

Kaip žinome, kur ieškoti? Net jei galime labai tiksliai išmatuoti planetos atmosferos spektrą, arba labai aiškiai pasiklausyti iš ten sklindančių radijo bangų, kaip žinoti, į kurią iš planetų taikytis? Jau dabar egzoplanetų žinoma daugiau nei trys tūkstančiai. Įvairiais vertinimais, Paukščių Take planetų yra bent tiek pat, kiek žvaigždžių, o gal ir daugiau – taigi bent šimtas milijardų. Net koncentruojantis vien į uolines planetas, tikėtinas jų skaičius siekia milijardus – pagal vieną įvertinimą, Žemės tipo planeta gali suktis aplink kas penktą Galaktikos žvaigždę. Kaip nepasimesti tokioje gausybėje?

Kol kas vienintelis daugmaž pagrįstas būdas, kaip galime klasifikuoti planetų tinkamumą gyvybei, yra gyvybinės zonos įvertinimas. Gyvybinė zona yra regionas aplink žvaigždę, kuriame esančių planetų paviršiuje teoriškai gali egzistuoti skystas vanduo. Šis apibrėžimas nėra labai griežtas, o jo tinkamumas planetoms skirstyti – abejotinas, bet kol nieko geresnio nėra, galima pasinaudoti ir juo.

Gyvybinės zonos pločio priklausomybė nuo žvaigždės šviesio. Ir keleto planetų padėtys šių zonų atžvilgiu. Priklausomybių, beje, galima rasti įvairių – tai tik dar vienas įrodymas, kad „gyvybinė zona“ nėra griežtai apibrėžtas terminas. ©Chester Harman, Arecibo, NASA/JPL

Tikėtina, kad ateityje, kai išmatuoti planetų atmosferų spektrus bus greita ir paprasta užduotis, galėsime planetas skirstyti pagal juos. Galbūt bus atrasti kokie nesunkiai aptinkami požymiai, leisiantys padalinti planetas į „įdomias ir vertas tolimesnių stebėjimų“ ir visas kitas. Nemanau, kad tokie atskyrimai kada nors bus ypatingai griežti, bet galbūt jie bus geresni už gyvybinės zonos vertinimą vien pagal atstumą nuo žvaigždės ir žvaigždės tipą.

Dar vienas būdas yra koncentruotis į planetų sistemas, esančias arti Saulės. Jas tyrinėti galime detaliau, o gal po kokio šimto metų ir zondus ten galėsime siuntinėti, kurių skrydžiai truks ne šimtmečius. Tiesa, vieną zondą jau planuojama siųsti – Breakthrough Starshot projektas pasiryžęs paleisti miniatiūrinį zondą į artimiausią Saulei žvaigždę, Kentauro Alfą, kuris ten turėtų nuskristi per 20 metų. Ar jiems pavyks, parodys laikas. Visgi planetų zondas gali ir nerasti, nes bent jau kol kas nėra patvirtinta, kad jų Kentauro Alfos sistemoje būtų.

Artimiausią žinomą egzoplanetą nuo mūsų skiria kiek daugiau nei trys parsekai, arba 11 šviesmečių. Ji vadinasi Gliese 15 Ab; šis pavadinimas – tik kodinis numeris, Gliese yra katalogo pavadinimas, 15 – žvaigždės numeris jame, A nurodo daugianarės žvaigždės masyviausią komponentę (šios masė yra apie 40% Saulės masės), o raidė b – pirmąją prie žvaigždės atrastą planetą. Įdomu tai, kad planeta greičiausiai yra uolinė, mat jos masė tik apie penkis kartus viršija Žemės masę. Tokio tipo planetų, vadinamų superžemėmis, Saulės sistemoje nėra, bet mūsų turimos žinios apie planetų formavimąsi teigia, kad planetos iki maždaug dešimties Žemės masių turėtų būti uolinės. Visgi gyvybės ten tikėtis neverta – planeta skrieja taip arti žvaigždės, kad jos paviršiaus temperatūra siekia daugiau nei 300 laipsnių Celsijaus.

Artimiausia (super)Žemė gyvybinėje žvaigždės zonoje nutolusi per beveik septynis parsekus, t. y. pusšešto karto toliau, nei Kentauro Alfa. Ta sistema yra trinarė žvaigždė Gliese 667, o aplink jos mažiausiąją žvaigždę – tris kartus už Saulę mažesnės masės raudonąją nykštukę – skrieja keletas planetų. Viena analizė teigia, kad planetų yra bent šešios, o gal ir septynios, tačiau kituose darbuose aiškinama, kad tvirtai galime teigti tik apie dviejų planetų egzistavimą. Visgi abi šios planetos, o gal net ir trys ar keturios, jei jų tikrai yra daugiau, sukasi žvaigždės gyvybinėje zonoje. Gliese 667 Cc yra išvis labai panaši į Žemę – tris kartus masyvesnė, tačiau vidutinė paviršiaus temperatūra vos 20 laipsnių aukštesnė, nei Žemėje. Mums tokios temperatūros planetoje gyventi būtų nemalonu, tačiau įmanoma. O apskritai į žemišką panaši gyvybė ten greičiausiai galėtų išgyventi.

Taip galėtų atrodyti saulėlydis Gliese 667 Cc planetoje. Dvi ryškios žvaigždės – Gliese 667 A ir B, trinarės žvaigždės komponentės. ©ESO/L. Calçada

Pabaigai. Kol kas visi teiginiai apie egzoplanetų tinkamumą gyvybei yra labai netvirti. Kol jas galime stebėti tik iš labai toli, daug tvirčiau ir nebus. Ar kada nuskrisime iki tų žvaigždžių? Neabejoju, kad zondų išsiųsti pavyks. Jei Breakthrough Starshot projektas bus sėkmingas, tai po kokių trijų dešimtmečių – jau šio amžiaus viduryje – turbūt sulauksime zondo, keliaujančio į tolimesnes žvaigždes. Iki Kentauro Alfos kelionė truks 20 metų. Iki Gliese 667 sistemos – pusšešto karto toliau, bet manau, kad tobulėjančios technologijos leis sutrumpinti kelionės laiką iki mažiau nei šimto metų. Toks projektas būtų tikrai didžiulis, reikalaujantis ne tik daugybės žmonių pastangų, bet ir kelias kartas trunkančio palaikymo. Ir visgi manau, kad tai įmanoma, ir kad pamatysime tų egzoplanetų vaizdus iš arti. O kol kas belieka stebeilytis į teleskopų duomenis ir ieškoti juose pasislėpusių nežemiškos gyvybės pėdsakų.

Laiqualasse

5 comments

  1. Dėkui, įdomu. Tik pastebėsiu, jog į LJ dukart persitransliavo, ir pirmoji versija be „cut“ dabar per visą draugjuostę…

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *