Astronaujiena. Didelė gyvybinės zonos dalis – toksiška

Nagrinėdami egzoplanetų tinkamumą gyvybei, dažnai kalbame apie gyvybinę zoną – regioną aplink žvaigždę, kuriame esančių planetų (ar jų palydovų) paviršiuje galėtų egzistuoti skystas vanduo. Jos apskaičiavimas remiasi įvairiomis prielaidomis ir nėra toks užtikrintas, kaip gali pasirodyti, bet visgi tai yra naudinga koncepcija, padedanti atsirinkti planetas, kurioms verta skirti daugiau dėmesio ir stebėjimų laiko, norint aptikti biosferą, o gal net ir protingos gyvybės pėdsakus. Naujame tyrime grupė mokslininkų teigia, kad norėdami kalbėti apie sudėtingai gyvybei tinkamas planetas, turėtume gerokai konservatyviau apibrėžti gyvybinės zonos ribas.

Trys iš septynių TRAPPIST-1 sistemos planetų yra gyvybinėje savo žvaigždės zonoje. Šaltinis: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt

Planetos paviršiaus temperatūra labai priklauso nuo jos atmosferos storio bei sudėties. Ypač daug įtakos daro šiltnamio efektą sukeliančios dujos, tokios kaip anglies dvideginis. Jis praleidžia didelę dalį žvaigždės spindulių, bet efektyviai sugeria iš planetos sklindančią infraraudonąją spinduliuotę, todėl atmosfera sušyla ir šildo paviršių. Pavyzdžiui, Žemės atmosfera vidutinę planetos temperatūrą pakelia maždaug 30 laipsnių. Priklausomai nuo žvaigždės temperatūros, planeta gali turėti skysto vandens net gaudama keturis kartus mažiau žvaigždės energijos, nei Žemė. Žinoma, ribos šiltnamio efektui egzistuoja – labai daug anglies dvideginio turinti atmosfera tampa nepralaidi ir žvaigždės šviesai, todėl planeta ima šalti. Visgi tokios ribos pasiekiamos tik tada, kai anglies dvideginio slėgis atmosferoje keletą kartų viršija visą Žemės atmosferos slėgį. Tiksli riba vėlgi priklauso nuo žvaigždės temperatūros; Saulės tipo žvaigždei ji yra maždaug 8 atmosferos, mažesnėms vėsesnėms žvaigždėms – didesnė.

Toks didelis anglies dvideginio slėgis greičiausiai būtų nuodingas bet kokiai sudėtingai gyvybei, biochemiškai panašiai į žemiškąją. Žmonėms mirtinas anglies dvideginio kiekis, išreikštas daliniu slėgiu, yra vos 5% atmosferos; kitiems žemiškiems gyvūnams ribos yra dar žemesnės. Vandenyje gyvenantiems organizmams didelis anglies dvideginio kiekis pavojingas ir tuo, kad padidina vandens rūgštingumą. Panašu, kad anglies dvideginis vienaip ar kitaip toksiškas visiems organizmams, kurie reikšmingą dalį energijos gauna iš aerobinių – deguonį naudojančių – reakcijų. O tokias reakcijas vykdo visi sudėtingi organizmai Žemėje. Manoma, kad tai nėra atsitiktinumas – šios reakcijos leidžia išgauti žymiai daugiau energijos, nei anaerobinės, o tai ir leidžia vystytis sudėtingai gyvybei, didelėms smegenims ir, galiausiai, intelektui.

Jei į gyvybinės zonos skaičiavimus įtraukiame maksimalią galimą anglies dvideginio slėgio vertę, jos dydis gerokai susitraukia. Pavyzdžiui, jei ribą prilyginame 1% Žemės atmosferos slėgio, gyvybinė zona susiaurėja penkis kartus. Net jei riba būtų lygi Žemės atmosferos slėgiui – gerokai didesnė, nei bet kokių žemiškų organizmų ištveriamas kiekis – gyvybinė zona susitraukia maždaug dvigubai.

Dar viena problema kyla planetose, besisukančiose aplink mažas žvaigždes. Tokios žvaigždės spinduliuoja labai mažai ultravioletinių spindulių, todėl jų planetų atmosferose vykstančių cheminių reakcijų balansas pasikeičia anglies monoksido naudai. Anglies monoksidas, arba smalkės, yra dar nuodingesnės dujos gyvūnams, nei anglies dvideginis, nes hemoglobinas daug lengviau jungiasi su smalkėmis, o ne su deguonimi, kurį išnešioja po visą organizmą. Nors negalime žinoti, ar kitose planetose susiformavusi deguonį naudojanti gyvybė taip pat turės hemoglobino ir jai kils tokia pati problema, bet pavojus išlieka. Sumodeliavę atmosferoje vykstančias chemines reakcijas tyrėjai nustatė, kad prie žvaigždžių, kurių paviršiaus temperatūra neviršija 3500 laipsnių, esančiose planetose smalkės gali sutrukdyti bet kokios sudėtingos gyvybės formavimąsi.

Pagrindiniai tyrimo rezultatai. Storos juodos linijos žymi tradicines gyvybinės zonos ribas, kurios priklauso nuo žvaigždės temperatūros (vertikali ašis) ir apibrėžiamos pagal planetos paviršiaus gaunamą energijos kiekį, lyginant su žemes (horizontali ašis). Tamsiai mėlynai pažymėta gyvybinės zonos dalis, kurioje anglies dvideginio slėgis neviršija 1% Žemės atmosferos slėgio; šviesesnė ir šviesiausia mėlyna spalvos žymi ribas su 10 ir 100 kartų didesnėmis anglies dvideginio slėgio vertėmis. Rusva spalva pažymėta gyvybinės zonos dalis, kurioje esančiose planetose susidaro pernelyg daug smalkių. Šaltinis: Schwieterman et al. (2019), The Astrophysical Journal

Šis tyrimas – vienas iš daugelio, kuriuo bandoma papildyti gyvybinės zonos apibrėžimą ir geriau atskirti, kuriose planetose verta toliau ieškoti gyvybės, o kuriose – ne. Žinoma, mes praktiškai nieko nežinome apie tai, kokia iš tiesų gyvybės įvairovė yra kitose planetose, tačiau remdamiesi tuo, ką žinome – žemiška gyvybe – galime paieškas vykdyti tikslingiau. Tyrimo rezultatai viešai prieinami arXiv.

Šią astronaujieną parašiau, nes gaunu daug paramos Patreon platformoje. Jei norite panašių tekstų matyti daugiau, paremkite mane ir jūs!

Laiqualasse

2 comments

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *