V posledných rokoch sa počet extra solárnych planét objavených okolo blízkeho typu M (červené trpasličí hviezdy) výrazne zvýšil. V mnohých prípadoch boli tieto potvrdené planéty „podobné Zemi“, čo znamená, že sú pozemské (tiež známe ako skalnaté) a ich veľkosť je porovnateľná so Zemou. Tieto nálezy boli obzvlášť vzrušujúce, pretože červené trpasličí hviezdy sú vo vesmíre najbežnejšie - 85% hviezd predstavuje iba v Mliečnej dráhe.
Bohužiaľ, neskoro sa vykonalo množstvo štúdií, ktoré naznačujú, že tieto planéty nemusia mať potrebné podmienky na podporu života. Najnovšie pochádza z Harvardskej univerzity, kde postdoktorandský vedec Manasvi Lingam a profesor Abraham Loeb demonštrujú, že planéty okolo hviezd typu M nemusia mať dostatok žiarenia zo svojich hviezd, aby došlo k fotosyntéze.
Zjednodušene povedané, predpokladá sa, že život na Zemi sa objavil pred 3,7 až 4,1 miliardami rokov (počas neskorého hadejského alebo skorého archanského obdobia), v čase, keď by dnešná atmosféra planéty bola pre život toxická. Pred 2,9 až 3 miliardami rokov sa začali objavovať fotosyntetizujúce baktérie a obohatili atmosféru plynným kyslíkom.
Výsledkom bolo, že Zem zažila asi pred 2,3 miliardami rokov tzv. Veľkú oxidačnú udalosť. Počas tejto doby fotosyntetické organizmy postupne prevádzali zemskú atmosféru z atmosféry zloženej prevažne z oxidu uhličitého a metánu na atmosféru tvorenú dusíkom a kyslíkom (~ 78%, respektíve 21%).
Je zaujímavé, že sa predpokladá, že ďalšie formy fotosyntézy sa objavili ešte skôr ako fotosyntéza chlorofylu. Patrí medzi ne fotosyntéza sietnice, ktorá sa objavila pribl. Pred 2,5 až 3,7 miliardami rokov a stále existuje v obmedzenom prostredí. Ako už názov napovedá, tento proces sa spolieha na sietnicu (druh purpurového pigmentu), aby absorboval slnečnú energiu v žlto-zelenej časti viditeľného spektra (400 až 500 nm).
K dispozícii je tiež anoxygénna fotosyntéza (kde sa oxid uhličitý a dve molekuly vody spracúvajú na formaldehyd, vodu a plynný kyslík), o ktorom sa predpokladá, že úplne predchádza kyslíkovú fotosyntézu. Ako a kedy sa objavili rôzne typy fotosyntézy, je kľúčom k pochopeniu začiatku života na Zemi. Ako profesor Loeb vysvetlil časopisu Space Magazine e-mailom:
„Fotosyntéza“ znamená „dať dohromady“ (syntéza) svetlom (fotografia). Je to proces používaný rastlinami, riasami alebo baktériami na premenu slnečného žiarenia na chemickú energiu, ktorá podporuje ich činnosť. Chemická energia sa ukladá do molekúl na báze uhlíka, ktoré sú syntetizované z oxidu uhličitého a vody. Tento proces často uvoľňuje kyslík ako vedľajší produkt, ktorý je potrebný pre našu existenciu. Fotosyntéza celkovo dodáva všetky organické zlúčeniny a väčšinu energie potrebnej pre život, ako ju poznáme na planéte Zem. Fotosyntéza vznikla relatívne skoro v evolučnej histórii Zeme. “
Štúdie, ako sú tieto, ktoré skúmajú úlohu, ktorú zohráva fotosyntéza, nie sú len dôležité, pretože nám pomáhajú pochopiť, ako sa na Zemi objavil život. Okrem toho by mohli tiež pomôcť informovať naše chápanie toho, či sa život môže objaviť na mimosalárnych planétach a za akých podmienok by sa to mohlo stať.
Ich štúdia s názvom „Fotosyntéza obývateľných planét okolo nízkohmotných hviezd“ sa nedávno objavila online a bola predložená Mesačné oznámenia Kráľovskej astronomickej spoločnosti. Kvôli štúdiu sa Lingam a Loeb snažili obmedziť fotónový tok hviezd typu M, aby určili, či je možná fotosyntéza na pozemských planétach, ktoré obiehajú okolo červených trpaslíkov. Ako uviedol Loeb:
„V našom článku sme skúmali, či sa môže vyskytnúť fotosyntéza na planétach v obývateľnej zóne okolo hviezd s nízkou hmotnosťou. Táto zóna je definovaná ako rozsah vzdialeností od hviezdy, kde povrchová teplota planéty umožňuje existenciu tekutej vody a chémiu života tak, ako ju poznáme. Pre planéty v tejto zóne sme vypočítali tok ultrafialového žiarenia (UV) osvetľujúci ich povrch v závislosti od hmotnosti ich hostiteľskej hviezdy. Hviezdy s nízkou hmotnosťou sú chladnejšie a produkujú menej fotónov UV na množstvo žiarenia. “
V súlade s nedávnymi nálezmi s účasťou červených trpaslíkov sa ich štúdia zamerala na „analógy Zeme“, planéty, ktoré majú rovnaké základné fyzikálne parametre ako Zem - tj polomer, hmotnosť, zloženie, efektívna teplota, albedo atď. Od teoretických limitov fotosyntézy okolo iných hviezd nie sú dobre známe, ale tiež pracovali s rovnakými limitmi ako na Zemi - medzi 400 a 750 nm.
Z toho vypočítali Lingam a Loeb, že hviezdy typu M s nízkou hmotnosťou by neboli schopné prekročiť minimálny tok UV, ktorý je potrebný na zabezpečenie biosféry podobnej Zemi. Ako Loeb ilustroval:
„To znamená, že obývateľné planéty objavené za posledných niekoľko rokov okolo blízkych trpasličích hviezd, Proxima Centauri (najbližšia hviezda k Slnku, vzdialená 4 svetelné roky, 0,12 slnečných hmôt, s jednou obývateľnou planétou, Proxima b) a TRAPPIST-1 ( Vo vzdialenosti 40 svetelných rokov, 0,09 slnečných hmôt, s tromi obývateľnými planétami TRAPPIST-1e, f, g) pravdepodobne nemajú biosféru podobnú Zemi. Všeobecnejšie povedané, spektroskopické štúdie zloženia atmosféry planét, ktoré prechádzajú svojimi hviezdami (ako TRAPPIST-1), pravdepodobne nenájdu biomarkery, ako je kyslík alebo ozón, na detegovateľných hladinách. Ak sa nájde kyslík, jeho pôvod bude pravdepodobne nebiologický. “
Pre tento druh analýzy, samozrejme, existujú obmedzenia. Ako už bolo uvedené, Lingam a Loeb naznačujú, že teoretické limity fotosyntézy okolo iných hviezd nie sú dobre známe. Kým sa nedozvieme viac o planetárnych podmienkach a ožarovacom prostredí okolo hviezd typu M, budú vedci nútení používať metriky založené na našej planéte.
Po druhé, je tu tiež skutočnosť, že hviezdy typu M sú premenlivé a nestabilné v porovnaní s naším Slnkom a zažívajú periodické vzplanutia. Citujúc ďalší výskum, Lingam a Loeb naznačujú, že tieto môžu mať pozitívne aj negatívne účinky na biosféru planéty. Stručne povedané, svetelné erupcie by mohli poskytnúť ďalšie UV žiarenie, ktoré by pomohlo spustiť prebiotickú chémiu, ale mohlo by to tiež poškodiť atmosféru planéty.
Napriek intenzívnejším štúdiám extrasolárnych planét, ktoré obiehajú okolo červených trpaslíkov, sú vedci nútení spoliehať sa na teoretické odhady pravdepodobnosti života na týchto planétach. Pokiaľ ide o zistenia uvedené v tejto štúdii, sú to ďalšie náznaky toho, že červené trpasličí systémy nemusia byť najpravdepodobnejším miestom na nájdenie obývateľných svetov.
Ak je to pravda, tieto zistenia by mohli mať drastické dôsledky aj pri vyhľadávaní mimozemskej spravodajskej služby (SETI). "Pretože kyslík produkovaný fotosyntézou je nevyhnutnou podmienkou pre komplexný život, ako sú ľudia na Zemi, bude potrebné, aby sa vyvinula technologická inteligencia," uviedol Loeb. „Na druhej strane, objavenie sa druhej možnosti otvára možnosť nájsť život pomocou technologických podpisov, ako sú rádiové signály alebo obrovské artefakty.“
Doteraz sa vyhľadávanie obytných planét a života naďalej opiera o teoretické modely, ktoré nám hovoria, čo treba hľadať. Zároveň sú tieto modely naďalej založené na „živote, ako ho poznáme“ - t. J. Ako príklady používajú analógy Zeme a suchozemské druhy. Našťastie astronómovia očakávajú, že sa v nasledujúcich rokoch vďaka vývoju nástrojov budúcej generácie naučia oveľa viac.
Čím viac sa dozvieme o exoplanetových systémoch, tým pravdepodobnejšie budeme zistiť, či sú alebo nie sú obývateľní. Nakoniec však nebudeme vedieť, čo iného by sme mali hľadať, kým to skutočne nenájdeme. Je to skvelý paradox, pokiaľ ide o hľadanie mimozemskej inteligencie, nehovoriac o tom, že iný veľký paradox (pozrite sa!).
