Kodėl mes vis dar ieškome ir kodėl tai nėra beprotiška idėja
Visata yra tokia didžiulė, kad net bandymas ją įsivaizduoti sukelia kažką panašaus į egzistencinį galvos svaigimą. Tik mūsų galaktikoje – Paukščių Take – yra apie 200–400 milijardų žvaigždžių. Ir tai tik viena galaktika iš maždaug dviejų trilijonų, kurias galime stebėti. Kai skaičiai tampa tokie absurdiški, klausimas „ar esame vieni?” nustoja skambėti kaip mokslinė fantastika ir pradeda skambėti kaip gryna statistika.
Egzoplanetų paieška – tai vienas iš labiausiai sparčiai besivystančių mokslo laukų per pastaruosius tris dešimtmečius. 1992 metais buvo patvirtinta pirmoji egzoplaneta, o šiandien NASA kataloge jų yra daugiau nei 5 500. Ir tai tik tos, kurias pavyko aptikti – realus skaičius turbūt yra astronomiškai didesnis. Tarp visų šių pasaulių mokslininkai išskyrė kelis ypač įdomius kandidatus – vietas, kur gyvybė, bent jau tokia, kokią mes suprantame, galėtų egzistuoti.
Šiame straipsnyje kalbėsime ne apie abstrakčias teorijas, o apie konkrečius pasaulius, konkrečius duomenis ir tai, ką mokslininkai iš tikrųjų mano apie gyvybės galimybes ten.
Kas paverčia planetą „tinkama” gyvybei?
Prieš nardant į konkrečius kandidatus, verta suprasti, pagal kokius kriterijus mokslininkai vertina planetas. Populiariausias terminas čia – gyvybės zona (angl. habitable zone), dar vadinama „Goldilocks zone” – zona, kurioje planeta yra pakankamai arti žvaigždės, kad vanduo liktų skystas, bet ne taip arti, kad viskas išgaruotų.
Tačiau gyvybės zona yra tik pradžia. Štai kiti veiksniai, kuriuos mokslininkai laiko svarbiais:
- Planetos dydis ir masė – per didelė planeta gali turėti tokią stiprią gravitaciją, kad atmosfera taptų nepakeliama, o per maža – nesugebės išlaikyti atmosferos.
- Atmosferos sudėtis – deguonis, anglies dioksidas, vandens garai, metanas. Tam tikri dujų deriniai gali rodyti biologinę veiklą.
- Žvaigždės tipas – raudonosios nykštukės žvaigždės yra labai paplitusios, bet jos skleidžia intensyvią radiacijos audrą, kuri gali sunaikinti atmosferą.
- Geologinis aktyvumas – tektoninės plokštės ir vulkanizmas padeda reguliuoti klimatą ir tiekia mineralus, reikalingus gyvybei.
- Magnetinis laukas – apsaugo nuo kosminės spinduliuotės.
Svarbu suprasti: mes ieškome gyvybės, kuri panaši į žemiškąją, nes tai vienintelis modelis, kurį turime. Gali būti, kad ten kažkur egzistuoja visiškai kitokios formos gyvybė, kuri klesti sąlygomis, kurias mes laikytume mirtinomis. Bet kol kas dirbame su tuo, ką žinome.
Proxima Centauri b – mūsų artimiausias kaimynas su potencialu
Jei kada nors išsiruoštume į egzoplanetą, logiškas pirmas sustojimas būtų Proxima Centauri b. Kodėl? Nes ji yra arčiausiai – vos 4,2 šviesmečio nuo Žemės. Tai skamba kaip nedaug, bet realybėje tai reiškia, kad net greičiausias šiandieninis erdvėlaivis ten pasiektų per maždaug 70 000 metų. Taigi „arti” yra labai reliatyvus terminas.
Planeta buvo atrasta 2016 metais ir iš karto sukėlė didžiulį susidomėjimą. Ji skrieja aplink raudonąją nykštukę Proxima Centauri ir yra gyvybės zonoje. Jos masė yra bent 1,07 Žemės masės – tai reiškia, kad ji greičiausiai yra uolėta planeta, o ne dujų milžinas.
Tačiau yra rimtų problemų. Proxima Centauri yra žinoma dėl savo žiaurių žvaigždinių blyksnių – periodinių radiacijos sprogimų, kurie gali būti katastrofiški bet kokiai atmosferai. 2019 metais mokslininkai užfiksavo blyksni, kuris buvo 100 kartų ryškesnis nei bet koks kada nors matytas Saulės blyksnis. Jei planeta neturi stipraus magnetinio lauko arba tankios atmosferos, tokia radiacijos dozė gyvybę tiesiog išdegtų.
Kitas klausimas – ar planeta yra tidaliai užrakinta (angl. tidally locked). Tai reikštų, kad viena jos pusė visada nukreipta į žvaigždę (amžina diena), o kita – amžina naktis. Tokiomis sąlygomis klimatas būtų ekstremalus, nors kai kurie modeliai rodo, kad su tinkama atmosfera cirkuliacija galėtų paskirstyti šilumą pakankamai tolygiai.
Rekomendacija sekti: Projektas Breakthrough Starshot planuoja išsiųsti nano-erdvėlaivius į Proxima Centauri sistemą. Jie galėtų pasiekti ten per 20 metų, keliaujant 20% šviesos greičio. Tai vis dar yra teorinis projektas, bet finansuojamas rimtai.
TRAPPIST-1 sistema – septyni pasauliai, trys su potencialu
2017 metais NASA paskelbė atradimą, kuris sukrėtė visą mokslo pasaulį: TRAPPIST-1 sistemoje, esančioje 39 šviesmečių nuo Žemės, yra septynios Žemės dydžio planetos. Iš jų trys – TRAPPIST-1e, 1f ir 1g – yra gyvybės zonoje. Tai buvo precedento neturintis atradimas.
TRAPPIST-1 yra ultra-šalta raudonoji nykštukė – ji yra tik šiek tiek didesnė už Jupiterį ir skleidžia daug mažiau šilumos nei Saulė. Dėl to planetos turi skrieti labai arti žvaigždės, kad gautų pakankamai energijos. Tai vėlgi kelia tidalinio užrakto problemą ir radiacijos klausimą.
Tačiau TRAPPIST-1 sistema turi keletą išskirtinių privalumų:
- Planetos yra kompaktiškos – jos skrieja taip arti viena kitos, kad nuo kai kurių planetų danguje kitos planetos atrodytų didesnės nei Mėnulis mums.
- Sistemos amžius – TRAPPIST-1 yra senesnė nei Saulė, tai reiškia, kad gyvybė turėjo daugiau laiko vystytis.
- Vandens potencialas – modeliai rodo, kad kai kurios planetos galėjo turėti arba vis dar turi vandenį.
Jameso Webbo kosminis teleskopas (JWST) jau pradėjo tirti šią sistemą. 2023 metais paskelbti TRAPPIST-1b ir 1c stebėjimai parodė, kad šios dvi planetos greičiausiai neturi reikšmingos atmosferos – bent jau ne tokios, kokios tikėjomės. Tai buvo šiek tiek nusivylimas, bet 1e, 1f ir 1g dar laukia savo eilės.
Mokslininkų bendruomenė vis dar laiko TRAPPIST-1 sistemą vienu perspektyviausių tikslų. Tiesiog reikia kantrybės – JWST analizė užtruks kelerius metus.
Kepler-442b ir K2-18b – du skirtingi scenarijai
Ne visi egzoplanetų kandidatai yra raudonųjų nykštukių orbitose. Kepler-442b yra planeta, skriejanti aplink žvaigždę, kuri yra panašesnė į Saulę – nors ir šiek tiek mažesnė ir vėsesnė. Ji yra maždaug 1 200 šviesmečių nuo mūsų ir yra laikoma viena „žemiškiausių” žinomų egzoplanetų.
Kepler-442b yra apie 1,34 karto didesnė už Žemę ir gauna apie 70% Saulės spinduliuotės, kurią gauna Žemė – tai yra labai artima idealiai. Jos Žemės panašumo indeksas (ESI) yra 0,84, kai Žemė turi 1,0. Tai vienas aukščiausių indeksų tarp visų žinomų egzoplanetų.
K2-18b yra visiškai kitoks atvejis – ir daug įdomesnis. Ši planeta yra apie 124 šviesmečius nuo mūsų ir yra vadinamasis „mini-Neptūnas” – daug didesnė už Žemę, bet mažesnė už Neptūną. 2023 metais JWST atmosferos analizė aptiko anglies dioksido ir metano pėdsakus. Bet tikroji bomba buvo galimas dimetilsulfido (DMS) aptikimas.
Kodėl tai svarbu? Nes Žemėje DMS yra gaminamas beveik išimtinai biologinių procesų – daugiausia jūrų fitoplanktonų. Jei DMS patvirtinamas K2-18b atmosferoje, tai galėtų būti pirmasis biosignatūros aptikimas kitoje planetoje. Tačiau mokslininkai yra atsargūs – duomenys reikalauja papildomo patvirtinimo, ir yra teorinių abiologinių procesų, galinčių gaminti DMS.
K2-18b taip pat yra vadinamoji „hycean” planeta – hipotetinis planetos tipas, kuriame po vandeniu esantis vandenynas yra padengtas vandenilio atmosfera. Tokioje aplinkoje gyvybė galėtų klestėti net be sausumos.
Tau Ceti e ir f – ar saulę primenanti žvaigždė yra geriau?
Tau Ceti yra viena iš artimiausių Saulei panašių žvaigždžių – vos 11,9 šviesmečio nuo mūsų. Ji yra G tipo žvaigždė, kaip ir mūsų Saulė, ir ilgą laiką buvo laikoma vienu perspektyviausių tikslų SETI (Extraterrestrial Intelligence paieška) programose. Frankui Drake’ui, suformavusiam garsųjį Drake’o lygtį, Tau Ceti buvo vienas pirmųjų tikslų 1960 metais.
Sistemoje yra kelios planetos, iš kurių Tau Ceti e ir f yra gyvybės zonoje arba prie jos ribų. Tačiau yra didelė problema – sistema turi neįprastai daug šiukšlių disko (asteroido ir kometos fragmentų), kuris yra maždaug 10 kartų tankesnis nei mūsų Saulės sistemoje. Tai reiškia, kad planetos greičiausiai bombarduojamos meteoritais daug dažniau nei Žemė.
Intensyvus bombardavimas gali būti ir teigiamas veiksnys – jis galėjo pristatyti vandenį ir organinius junginius, kaip manoma, kad nutiko ir Žemėje ankstyvaisiais laikais. Bet nuolatinis bombardavimas vėlesniuose etapuose gali sunaikinti bet kokią besivystančią civilizaciją ar net sudėtingesnę gyvybę.
Tau Ceti sistema yra geras priminimas, kad net „idealios” sąlygos turi savo komplikacijų.
Ką James Webb teleskopas iš tikrųjų gali mums pasakyti
Jameso Webbo kosminis teleskopas, paleistas 2021 metų pabaigoje, yra revoliucinis įrankis egzoplanetų tyrimui. Jis gali analizuoti planetų atmosferas per tranzito spektroskopiją – kai planeta praeina pro žvaigždę, dalis žvaigždės šviesos filtruojasi per planetos atmosferą, ir JWST gali išanalizuoti, kokios dujos ją sugeria.
Štai ką JWST jau padarė ir ką dar gali padaryti:
- Aptiko CO₂ WASP-39b atmosferoje – pirmą kartą tokiu tikslumu.
- Analizuoja TRAPPIST-1 planetas – procesas, kuris užtruks kelerius metus, bet duos precedento neturinčių duomenų.
- Ieško biosignatūrų – deguonies, ozono, metano, vandens garų derinių, kurie galėtų rodyti biologinę veiklą.
- Tiria K2-18b – ir galbūt patvirtins arba paneigins DMS aptikimą.
Tačiau JWST turi ribotumų. Jis geriausiai tinka analizuoti planetas aplink mažas, vėsias žvaigždes – nes ten kontrastas tarp planetos ir žvaigždės yra didesnis. Žemės tipo planetos aplink Saulei panašias žvaigždes yra daug sunkiau analizuoti.
Kitas didelis žingsnis bus Extremely Large Telescope (ELT), statomas Čilėje ir planuojamas pradėti veikti apie 2028 metus. Jis turės 39 metrų veidrodį ir galės tiesiogiai fotografuoti egzoplanetas bei analizuoti jų atmosferas su dar didesniu tikslumu.
Praktinis patarimas tiems, kas nori sekti šiuos atradimus: NASA Exoplanet Archive (exoplanetarchive.ipac.caltech.edu) yra nemokama duomenų bazė su visomis patvirtintomis egzoplanetomis ir jų parametrais. Taip pat verta sekti arXiv.org astrofizikos sekciją – čia moksliniai straipsniai pasirodo dar prieš oficialią publikaciją.
Tarp duomenų ir svajonių – kur mes iš tikrųjų esame
Sąžiningai kalbant, mes vis dar nežinome, ar yra gyvybė kitose planetose. Tai nėra nesėkmė – tai yra mokslo realybė. Tačiau tai, ką žinome, yra stulbinančiai daug, palyginus su tuo, ką žinojome prieš 30 metų.
Mes žinome, kad egzoplanetos egzistuoja – ir jų yra daugybė. Mes žinome, kad daugelis jų yra gyvybės zonose. Mes žinome, kad vanduo yra paplitęs visatoje – jis rastas asteroiduose, kometose, mėnuliuose, tarpžvaigždinėje erdvėje. Mes žinome, kad organinės molekulės – gyvybės statybiniai blokai – formuojasi natūraliai net ir kosmoso vakuume.
Fermi paradoksas – klausimas „jei gyvybė tokia tikėtina, kodėl mes nieko negirdime?” – vis dar lieka be atsakymo. Galbūt civilizacijos yra retos. Galbūt jos nesiunčia signalų, kuriuos mes mokame priimti. Galbūt atstumai yra tiesiog per dideli. Galbūt mes esame pirmieji.
Bet štai kas tikrai keičiasi: mes nebeturime tik filosofinių argumentų. Mes turime duomenis. Mes turime teleskopus, galinčius uosti kitų planetų atmosferas iš šimtų šviesmečių atstumo. Mes turime konkrečius kandidatus – Proxima Centauri b, TRAPPIST-1e, K2-18b, Kepler-442b – kurie nėra tik teoriniai konstruktai, o realūs pasauliai su matuojamais parametrais.
Ateinantis dešimtmetis – su ELT, su tolimesniais JWST stebėjimais, su galbūt naujais kosminiais teleskopais – gali būti tas dešimtmetis, kai mes gausime atsakymą. Arba bent jau artėsime prie jo taip arti, kaip niekada anksčiau. Ir tai, kad mes apskritai galime užduoti šį klausimą su moksliniu instrumentarijumi rankose, o ne tik žiūrėdami į dangų ir svajodami – jau yra kažkas nuostabaus.
Visata galbūt ir yra begalinė. Bet mūsų gebėjimas ją suprasti – nors ir ribotas – auga kiekvieną dieną. Ir tai, mano galva, yra vienas įdomiausių dalykų, vykstančių šiuo metu.
