Od Keplerov vesmírny teleskop bol vypustený do vesmíru, počet známych planét mimo našej slnečnej sústavy (exoplanety) exponenciálne vzrástol. V súčasnosti bolo v 2 918 hviezdnych systémoch potvrdených 3 917 planét, zatiaľ čo na potvrdenie čaká 3 368 planét. Z týchto asi 50 obežných dráh v obojstrannej obývateľnej zóne ich hviezdy (známej ako „Zóna Goldilocks“), čo je vzdialenosť, v ktorej môže na povrchu planéty existovať tekutá voda.
Nedávny výskum však ukázal, že možnosť, ktorú považujeme za obývateľnú zónu, je príliš optimistická. Podľa novej štúdie, ktorá sa nedávno objavila online s názvom „Obmedzená obývateľná zóna pre komplexný život“, by obývateľné zóny mohli byť omnoho užšie, ako sa pôvodne predpokladalo. Tieto nálezy by mohli mať drastický vplyv na počet planét, ktoré vedci považujú za „potenciálne obývateľné“.
Túto štúdiu viedol Edward W. Schwieterman, člen postdoktorského programu NASA na University of California v Riverside, ktorý zahŕňal vedcov z tímu Alternative Earths Team (súčasť Astrobiologického inštitútu NASA), Nexus for Exoplanet System Science (NExSS), a Goddardov inštitút NASA pre vesmírne štúdie.
Podľa predchádzajúcich odhadov založených na Kepler Údaje vedci dospeli k záveru, že v galaxii Mliečná dráha pravdepodobne bude 40 miliárd planét podobných Zemi, z ktorých 11 miliárd bude pravdepodobne obiehať okolo hviezd nášho Slnka (t. j. žltých trpaslíkov typu G). Iný výskum naznačil, že tento počet by mohol byť až 60 miliárd alebo dokonca 100 miliárd, v závislosti od parametrov, ktoré používame na vymedzenie obytných zón.
Tieto výsledky sú určite povzbudivé, pretože naznačujú, že Mliečna dráha sa môže hemží životom. Nanešťastie, nedávny výskum v oblasti solárnych planét spochybnil tieto predchádzajúce odhady. Toto je obzvlášť prípad, keď ide o prílivovo uzamknuté planéty, ktoré obiehajú okolo hviezd typu M (červené trpaslíci).
Okrem toho výskum o tom, ako sa vyvinul život na Zemi, ukázal, že voda sama osebe nezaručuje život - ani z tohto dôvodu prítomnosť kyslíka. Okrem toho Schwieterman a jeho kolegovia zvážili ďalšie dva významné biologické podpisy, ktoré sú nevyhnutné pre život, ako ho poznáme - oxid uhličitý a oxid uhoľnatý.
Príliš veľa z týchto zlúčenín by bolo toxických pre komplexný život, zatiaľ čo príliš málo by znamenalo, že by sa nevyskytovali skoré prokaryoty. Ak je život na Zemi nejaký náznak, základné formy života sú nevyhnutné, ak sa majú vyvíjať zložitejšie formy života náročné na kyslík. Z tohto dôvodu sa Schwieterman a jeho kolegovia snažili zrevidovať definíciu obývateľnej zóny, aby to zohľadnili.
Aby som bol spravodlivý, výpočet rozsahu obytnej zóny nie je nikdy ľahký. Povrchová teplota planéty závisí okrem ich vzdialenosti od hviezdy od rôznych mechanizmov spätnej väzby v atmosfére - napríklad od skleníkového efektu. Okrem toho konvenčné vymedzenie obytnej zóny predpokladá existenciu podmienok podobných „Zemi“.
Znamená to atmosféru bohatú na dusík, kyslík, oxid uhličitý a vodu a stabilizovanú rovnakým procesom geochemického cyklu uhličitan-kremičitan, ktorý existuje na Zemi. V tomto procese sedimentácia a zvetrávanie spôsobujú, že silikátové horniny sa stávajú uhlíkovými, zatiaľ čo geologická aktivita spôsobuje, že sa uhlíkové horniny opäť stávajú silikátovými.
To vedie k spätnoväzbovej slučke, ktorá zaisťuje, že hladiny oxidu uhličitého v atmosfére zostávajú relatívne stabilné, čo umožňuje zvýšenie povrchových teplôt (tzv. Skleníkový efekt). Čím bližšie je planéta k vnútornému okraju obývateľnej zóny, tým menej oxidu uhličitého je potrebné, aby sa tak stalo. Ako Schwieterman vysvetlil v nedávnom článku organizácie MIT Technology Review:
"Ale pre strednú a vonkajšiu oblasť obývateľnej zóny musia byť koncentrácie atmosférického oxidu uhličitého oveľa vyššie, aby sa udržali teploty vedúce k povrchovej kvapalnej vode."
Na ilustráciu tím použil Kepler-62f ako príklad, super-Zem, ktorá obieha okolo hviezdy typu K (mierne menšia a slabšia ako naše Slnko) vzdialená asi 990 svetelných rokov od Zeme. Táto planéta obieha svoju hviezdu približne v rovnakej vzdialenosti ako Venuša, ale Slnko, ale jej nižšia hmotnosť znamená, že je na vonkajšom okraji obývateľnej zóny.
Keď bola objavená v roku 2013, táto planéta sa považovala za dobrého kandidáta na mimozemský život za predpokladu dostatočného skleníkového efektu. Schwieterman a jeho kolegovia však vypočítali, že pri prvom vývoji komplexných foriem života by to trvalo 1 000 krát viac oxidu uhličitého (300 až 500 kilopascalov) (približne pred 1,85 miliárd rokov).
Toto množstvo oxidu uhličitého by však bolo toxické pre najzložitejšie formy života na Zemi. V dôsledku toho by Kepler-62f nebol vhodným kandidátom na celý život, aj keď by bol dosť teplý na to, aby mal tekutú vodu. Keď sa Schwieterman a jeho tím zaoberali týmito fyziologickými obmedzeniami, dospeli k záveru, že obytná zóna pre komplexný život musí byť výrazne užšia - štvrtina toho, čo sa predtým odhadovalo.
Schwieterman a jeho kolegovia tiež spočítali, že niektoré exoplanety pravdepodobne budú mať vyššie hladiny oxidu uhoľnatého, pretože obiehajú chladné hviezdy. To kladie značné obmedzenia na obývateľné zóny červených trpasličích hviezd, ktoré sú zodpovedné za 75% hviezd vo vesmíre - a ktoré sa považujú za najpravdepodobnejšie miesto na nájdenie planét zemského (t. J. Skalnatého) charakteru.
Tieto zistenia by mohli mať drastické dôsledky pre to, čo vedci považujú za „potenciálne obývateľné“, nehovoriac o hraniciach obývateľnej zóny hviezdy. Ako vysvetlil Schwieterman:
„Jedným dôsledkom je to, že možno neočakávame, že nájdeme znaky inteligentného života alebo technosignatátov na planétach obiehajúcich neskoro trpaslíky M alebo na potenciálne obývateľných planétach blízko vonkajšieho okraja ich obývateľných zón.“
Aby sa veci ďalej skomplikovali, táto štúdia je jednou z niekoľkých, ktorá predstavuje ďalšie obmedzenia v tom, čo by sa mohlo považovať za obývateľné planéty neskoro. Len v roku 2019 sa uskutočnil výskum, ktorý ukazuje, ako môžu systémy červených trpaslíkov mať potrebné suroviny na to, aby sa mohol vytvoriť život, a že červené trpasličí hviezdy nemusia poskytnúť dostatok fotónov na fotosyntézu.
To všetko prispieva k zreteľnej možnosti, že život v našej galaxii môže byť zriedkavejší, ako sa predtým myslelo. Vedieť si však s istotou, aké sú hranice obývateľnosti, bude vyžadovať ďalšie štúdie. Našťastie nebudeme musieť čakať príliš dlho, kým to zistíme, pretože niekoľko ďalekohľadov budúcej generácie bude funkčných v najbližšom desaťročí.
Medzi ne patrí James Webb Space Telescope (JWST), Mimoriadne veľký ďalekohľad (ELT) a Veľký Magellanov ďalekohľad (GMT). Očakáva sa, že tieto a ďalšie špičkové nástroje umožnia oveľa podrobnejšie štúdie a charakteristiky exoplanet. A keď tak urobia, budeme mať lepšiu predstavu o tom, ako pravdepodobný je život.
