Byggilegustu pláneturnar: 24 plánetur taka jörðinni fram

Við stærum okkur af fljótandi vatni, súrefnisríku gufuhvolfi og allra heppilegustu fjarlægð frá sólinni. Hópur vísindamanna hefur nú lagst í útreikninga og komist að raun um að jörðin sé síður en svo heppilegasti hnötturinn fyrir líf.

LESTÍMI: 14 MÍNÚTUR

 

Einn á fætur öðrum skreiðast geimfararnir út úr lendingarfarinu.

 

Hvert sem þeir líta er landið vaxið frumskógi, kynlegum plöntum í bláleitum litbrigðum sem gleypa í sig rauðgult skin sólarinnar.

 

Hvert skref er fólkinu erfitt, því þótt nú séu liðnir mánuðir frá því að það vaknaði af aldarlöngum dvala í geimskipinu, vantar talsvert á að vöðvarnir hafi náð að jafna sig.

 

Það auðveldar heldur ekki tilveruna hér að þyngdarafl plánetunnar er svo mikið að jafnvel léttasti geimfarinn er langt yfir 100 kg að þyngd. En slíka þyngd verður fólk nú að burðast með til að geta skoðað sig um á þessum framandi stað.

 

 

Alls konar furðuskepnur ganga, skríða, hlykkjast og svífa milli plantnanna. Jafnvel hátt yfir trjákrónum fljúga dýr sem virðast allt of stór til að geta flogið.

 

Vísindamennirnir sem á sínum tíma höfðu ákvarðað áfangastaðinn fyrir fyrsta útgeimsferðalag mannkyns, reynast hafa haft rétt fyrir sér. Það eru til reikistjörnur sem bjóða upp á mun heppilegri lífsskilyrði en jörðin. Og þessi pláneta er ein þeirra.

 

Ofurplánetur iða af lífi

Jörðin er eini hnötturinn í alheiminum þar sem við vitum um lífverur með fullri vissu. Amazonsvæðið eitt og sér er heimkynni a.m.k. þriggja milljóna tegunda. Engu að síður ákváðu stjarnlíffræðingarnir René Heller og John Armstrong árið 2013 að leita svara við spurningunni hvaða aðstæður lífið myndi velja sér ef það hefði algerlega frjálsar hendur.

 

Væri lífríki jarðarinnar fjölbreyttara ef þessi kraumandi suðupottur Amazonsvæðisins næði ekki einungis yfir regnskóga Suður-Ameríku heldur allan hnöttinn?

 

Lestu einnig:

Þessi hugarleikfimi átti eftir að leiða af sér tímamótavísindagrein þar sem lífsskilyrðin á hnettinum eru skoðuð á alla kanta og út frá öllum mögulegum sjónarhornum og reynt að finna út hvernig þau gætu hugsanlega verið betri við aðrar aðstæður.

 

Árið 2020 tók stjörnufræðiprófessorinn Dirk Schulze-Makuch hjá Tækniháskólanum í Berlín sömu spurningu fyrir. Ásamt kollega sínum René Heller og stjörnufræðingnum Edward F. Guinan tók hann að skoða mögulega þróun annarra plánetna á grundvelli margvíslegra atriða, svo sem gerðar móðurstjörnunnar, stærðar plánetunnar og loftslagsaðstæður.

 

Eftir þessar athuganir benti hópurinn á 24 mögulegar ofurplánetur sem þeir hvöttu aðra vísindamenn til að skoða betur.

 

Þekking vísindamannanna á þessum plánetum er vissulega enn mjög takmörkuð. Jafnvel næsti nágranni sólarinnar, Proxima Centauri, er í 40.208.000.000.000 kílómetra fjarlægð eða sem svarar vegalengdinni milli jarðar og sólar margfaldaðri með 268.770. Fjarlægð er þar af leiðandi miklu meiri en svo að unnt sé að skoða pláneturnar beint.

 

Stærð plánetu er þó meðal þess sem stjörnufræðingar geta mælt af nokkurri nákvæmni. Allar þessar 24 plánetur eiga það sameiginlegt að vera stærri en jörðin. Því stærri sem pláneta er, því stærra er yfirborðið og þyngdarkrafturinn meiri en þetta getur á ýmsan hátt skapað lífinu betri skilyrði.

 

Plánetur geta verið ólíkar jörðinni en samt boðið betri skilyrði fyrir upphaf og þróun líf

Stjarnlíffræðingarnir René Heller og John Armstrong

 

 

Í fyrsta lagi fá lífverur þannig stærra svæði til að dreifa sér um og þróast til ólíkra átta. Pláneta með öflugt þyngdarsvið heldur líka betur í gufuhvolf sitt. Loftþrýstingurinn verður því hærri og það eykur burðargetu loftsins þannig að stærri og þyngri lífverur geta haldið sér á lofti þrátt fyrir þyngdina.

 

Stjarnan er stjarnan

Þegar vísindamenn leita að lífvænlegum plánetum, byrja þeir á að skoða stjörnur. Móðurstjarnan hefur nefnilega afgerandi áhrif á möguleika lífvera til að kvikna og þróast. 

 

Ljósbylgjur afhjúpa plánetur

Oftast finnast plánetur við fjarlægar stjörnur við að ljósstyrkur stjörnunnar minnkar þegar plánetan gengur fram fyrir hana. Með nýrri tækni, svonefndri radíalhraðaaðferð, má nú líka finna aðrar plánetur.

Stjarnan rásar

Með radíalhraðaaðferðinni er skoðuð sú örlitla snúningshreyfing sem verður á stjörnu af völdum plánetu á braut um hana. Hreyfingin hefur áhrif á bylgjulengdir í ljósi stjörnunnar.

Stjarna á leið burt gefur rautt ljós

Þegar stjarnan er á leið í átt frá jörðu með þessum hárfínu sveiflum tognar á bylgjulengdum ljóssins og lengri bylgjulengdir sýna rauðleitara ljós.

 

Aðvífandi stjarna skín bláu ljósi

Sé stjarnan á leið nær jörðu með sínum fíngerðu sveiflum, þéttast bylgjulengdir ljóssins og styttri bylgjulengdir sýna bláleitt ljós.

 

 

Til að pláneta búi yfir lífvænlegum skilyrðum þarf hún að vera í réttri fjarlægð frá stjörnunni. Hún þarf sem sagt að vera sem næst miðju hins svokallaða lífbeltis sem er skilgreint milli mestu og minnstu lífvænlegrar brautarfjarlægðar.

 

Mesta brautarfjarlægð í lífbeltinu er innan þeirra marka þar sem gufuhvolfið verður svo kalt að koltvísýringi tekur að snjóa og plánetan verður að samfelldum ísklumpi. Minnsta brautarfjarlægð er á hinn bóginn utan þeirra marka þar sem gróðurhúsaáhrifin verða svo öflug að vetni og þar með vatn gufar upp og út úr gufuhvolfinu.

 

Í báðum tilvikum glatar plánetan fljótandi vatni sem stjarnlíffræðingar álíta frumskilyrði þess að líf geti þrifist. Í þessu tilliti er jörðin alls ekki fyllilega rétt staðsett, þar eð hún er heldur nálægt innri mörkum lífbeltisins.

 

Reyndar telja menn að ef braut jarðar væri aðeins um 1% þrengri hefði þessi hnöttur okkar að líkindum endað eins og Venus, þar sem gróðurhúsaáhrifin eru allt of sterk til að líf geti þróast.

 

Lífið getur aðeins orðið til á hinu svokallaða byggilega svæði. Plánetur á innra svæði beltisins eru of heitar og plánetur á ytra svæðinu of kaldar.

 

Þessu til viðbótar er sólin okkar alls ekki eins og sólir gerast bestar. Sólin er dvergstjarna af G-gerð og vísindamenn álíta hana of skammlífa til að plánetur á braut um hana geti náð að verða ofurplánetur hvað lífsskilyrði varðar.

 

Frá því að G-stjarna myndast í gas- og rykskýi, þar til hún gleypir í sig allar innri plánetur sínar í dauðateygjunum líða ekki nema tíu milljarðar ára. Í rauninni er slík stjarna ekki fær um að styðja við þróaða fjölfrumunga og lífverur á þurrlendi nema um helming þess tíma.

 

Sólin okkar er þannig talin eiga eftir um 5 milljarða ára af líftíma sínum en stöðugt vaxandi geislun frá henni mun að líkindum hafa útrýmt öllu lífi eftir svo sem einn milljarð ára.

 

Geislun grillar DNA

Þeir fimm til sex milljarðar ára sem lífið hefur samtals til þróunar hér á jörðinni, geta virst langur tími en slíkur tími dugar þó skammt í flestum tilvikum. Þessu slógu tveir eðlisfræðingar föstu í grein í vísindaritinu Nature árið 2005, þeir Robert A. Rohde og Richard A. Muller.

 

Lestu einnig:

 

Þeir söfnuðu öllum aðgengilegum upplýsingum um steingervinga og reyndu að ákvarða fjölda dýraætta á hinum ýmsu tímum jarðsögunnar. Niðurstaða þeirra varð einföld.

 

Allt frá því að hinir margbreytilegu fjölfrumungar komu fram fyrir um 700 milljónum ára hefur fjölbreytni tegundanna verið æ meiri – með örfáum undantekningum þegar stór hluti lífvera hefur dáið út. Reyndar er fjölbreytni lífríkisins tvöfalt meiri nú en í lok krítartímabilsins fyrir 66 milljón árum þegar loftsteinn útrýmdi risaeðlunum.

 

Þetta merkir að vistkerfin halda áfram að þróast og munu væntanlega halda því áfram eins lengi og þeim gefst tími til. Því lengur sem lífgefandi stjarna skín, þeim mun lengur heldur lífið þróun sinni áfram.

 

En gagnrýnin á sólina – eða réttara sagt þessa stjörnugerð, gula dverga, felst ekki einungis í stuttu æviskeiði. Gulir dvergar gefa frá sér allt of mikið af bæði röntgengeislun og óvæginni útfjólublárri geislun framan af ævinni. Hvort tveggja gerir lífinu erfiðara fyrir, þar eð mjög orkurík geislun eyðileggur flóknar sameindir á borð við DNA.

 

Geislunin getur að hluta til fólgið í sér skýringuna á því hvers vegna fjölfrumungar tóku ekki að þróast fyrr en jörðin var 3,7 milljarða ára gömul.

Stjarnan lengi lifi

Þótt jörðin hafi verið til í 4,2 milljarða ára er háþróað líf eiginlega rétt að ná fótfestu. Það er mat stjörnufræðinga að ofurpláneta þurfi að snúast um mjög langlífa stjörnu með sem breiðast lífbelti.

Sólin er of skammlíf

Gulir dvergar á borð við sólina lifa ekki nema um tíu milljarða ára. Á móti kemur að þeir tryggja nokkuð öfluga geislun og breitt lífbelti þar sem líf getur myndast.

Lífbeltið of nálægt

Rauðir dvergar geta lýst í 100 milljarða ára en lífbeltið er hins vegar svo nálægt stjörnunni að pláneta á braut þar baðast í skaðlegri geislun.

Rauðgulur dvergur er fullkominn

Á milli þessara öfga eru rauðgulu dvergarnir. Líftími þeirra er um 40 milljarðar ára, umhverfis þá er tiltölulega breitt lífbelti og magn geislunar er nánast fullkomlega passlegt.

 

Í leitinni að hinum fullkomnu stjörnum horfa Dirk Schulze-Makuch og félagar hans því líka fram hjá þeim stjörnugerðum sem eru dálítið stærri en sólin, sem sé gerðum B, A og F. Og M-gerðin, svokallaðir rauðir dvergar fá líka að fjúka.

 

Við rauða dverga er lífbeltið svo nálægt stjörnunni að plánetur lentu í miklu meira öreindaregni í svokölluðum sólvindi en t.d. gildir um jörðina og til lengri tími litið skaddar eða eyðileggur svo ákafur sólvindur gufuhvolfið.

 

Þá eru ekki aðrar stjörnur eftir en þær sem flokkast undir svonefnda K-gerð, rauðgulir dvergar með massa upp á 0,5-0,8 miðað við sólina okkar. Slíkar sólir hafa alla bestu eiginleika sem hægt er að hugsa sér. Þær eru stöðugar, sólgos í þeim verða sjaldan til vandræða og þær endast allt að 45 milljarða ára.

 

Svo vill til að næsti nágranni okkar, Alfa Centauri er einmitt rauðgulur dvergur. Þessi stjörnugerð er reyndar þrefalt algengari í okkar hluta Vetrarbrautarinnar en gulir dvergar á borð við sólina.

 

24 samanburðarplánetur

Í því módeli sem vísindamennirnir hafa sett upp er rétta stjörnugerðin sú krafa sem fyrst þarf að uppfylla. Næsta skref í athuguninni var að fara yfir þær meira en 4.600 fjarplánetur sem fundist hafa síðustu 30 ár.

 

Um sumar pláneturnar eru þegar til ýmsar upplýsingar, svo sem áætlaður massi, efnasamsetning og fjarlægð frá móðurstjörnunni. Um aðrar er ekki annað vitað en að þær eru „sennilega til“.

 

Á grundvelli fáanlegra upplýsinga völdu menn 24 plánetur til nánari rannsókna. Meginkrafan var að braut plánetunnar væri í lífbeltinu við rauðgula dvergstjörnu.

 

Þrjár plánetur eru sérlega áhugaverðar

Þrjár af þessum 24 plánetum, sem Schulze-Makuch og starfsfélagar hans tveir hafa valið, eru mjög nálægt því að uppfylla allar kröfur um mjög lífvænlega plánetur.

 

Þykkildi með mögulegar skorpuflekahreyfingar

Svokallað landrek er trúlega ein af grundvallarforsendum þess að líf fái þrifist á plánetu. Útreikningar sýna að því stærri sem pláneta er, því líklegra er að þar séu jarðskorpuflekar á hreyfingu. Í þessum flokki lendir KOI 5715.01

 

– Heiti: KOI 5715.10

– Gerð stjörnu: Rauðgulur dvergur.

– Fjarlægð: 2.965 ljósár.

– Aldur: 5,5 milljarðar ára.

– Þvermál: 1,8-2,4 x þvermál jarðar.

– Hitastig: 12 gráður.

 

Skógur hylur hlýja plánetu

Á KOI 5554.01 ríkir notalegur 27 gráðu meðalhiti sem gæti hulið plánetuna eins konar Amazon-vistkerfi. Plánetan er nærri 2 milljörðum ára eldri en jörðin og hefur því haft lengri tíma til þróunar.

 

– Heiti: KOI 5554.01

– Gerð stjörnu: Gulur dvergur.

– Fjarlægð: 700 ljósár.

– Aldur: 6,5 milljarðar ára.

– Þvermál: 0,72-1,29 x þvermál jarðar

– Hitastig: 27 gráður.

 

Í hárréttri fjarlægð frá stjörnu

Þar eð KOI 5276.01 er alveg í miðju lífbelti stjörnunnar ættu aðstæður til lífs að vera afar heppilegar. Þvermálið er tvöfalt þvermál jarðar en hitastigið er reyndar með lægsta móti.

– Heiti: KOI 5276.01

– Gerð stjörnu: rauðgulur dvergur.

– Fjarlægð: 2.728 ljósár.

– Aldur: Ekki þekktur.

– Þvermál: Um 2 x þvermál jarðar.

– Hitastig: 2 gráður.

 

 

Því næst var stærð plánetunnar athuguð. Að sögn Schulze-Makuch gæti sannkölluð ofurpláneta verið um 10% stærri en jörðin. Slík pláneta er um 50% þyngri og hefur 25% sterkara aðdráttarafl.

 

Hitastig er líka mikilvægt og er í sumum tilvikum þekkt. Hópurinn valdi plánetur þar sem meðalhitinn er um fimm gráðum hærri en hér þannig að lífverur geti breiðst út um allan hnöttinn.

 

Til að lífsskilyrðin verði sem allra best þarf súrefnishlutfall gufuhvolfsins að vera 30% en ekki 21% eins og hér. Þessu til viðbótar þarf þurrlendi og sjór að skiptast þannig að mikið sé af láglendi með ströndum fram, þar sem vistkerfin verða sem fjölbreytilegust en eyðimerkur sem fæstar og smæstar.

 

Með núverandi tækni hafa stjörnufræðingar hins vegar hvorki upplýsingar um gufuhvolf né yfirborð fjarplánetna.

 

En þessi upplýsingaskortur gaf vísindamönnunum tækifæri til að beina huganum að enn fleiri atriðum sem gætu gert plánetu afar ákjósanlega frá sjónarhorni lífveranna, t.d. öflugt segulsvið.

 

Landrek er grundvallarforsenda þess að líf geti þrifist.

Stjörnufræðingarnir Schulze-Makuch, Heller og Guinan

 

Segulsvið jarðar myndaðist vegna mjög járnríks kjarna sem aftur varð til vegna þess að á myndunarskeiðinu var hnötturinn nógu heitur og fljótandi til að frumefnin greindust að. Járnið myndaði kjarnann en sílíkötin möttulinn og jarðskorpuna. Ofurpláneta þarf að hafa myndast við svipaðar aðstæður.

 

Lagskipting af þessu tagi á svo líka þátt í því sem kannski skiptir mestu máli varðandi lífskilyrði á plánetu; jarðskorpuhreyfingar. Til að plánetan sé lifandi þarf jarðskorpa stöðugt að myndast og eyðast í því hringferli sem landrekið skapar.

 

Jörðin er enn einstök

Á jörðinni stafar landrekið af hægfara hreyfingum í þykkfljótandi möttli milli kjarnans og jarðskorpunnar. Þessar hægu hreyfingar draga jarðskorpuflekana til. Það er þetta sem veldur því að mestu hafdjúpin og hæstu fjallgarðarnir verða til.

 

Landrekið tryggir margvíslega búsetustaði með mismunandi hitastigi, raka og jarðvegi og veitir þannig lífverunum tækifæri til að þróast í óteljandi áttir.

 

Til viðbótar er landrekið hreyfiaflið í hringrás kolefnisins. Kolefnisríkar steindir veltast um í möttlinum og berast upp á yfirborðið í eldgosum. Þessi hringrás heldur kolefnisinnihaldi gufuhvolfsins í jafnvægi og um leið loftslagsjafnvægi um milljónir ára. Án innbyggðs hitakerfis af þessu tagi stendur engin pláneta undir nafngiftinni ofurjörð.

 

Nýir sjónaukar skoða ofurpláneturnar

Fjöldi geimsjónauka er nú í smíðum og þeir geta rannsakað þessar 24 plánetur mun betur. Á fjórða áratugnum verður m.a.s. gerlegt að skoða jarðlíkar fjarplánetur beint og greina yfirborð þeirra gegnum aðdráttarlinsur.

 

Risi leitar vatns

Geimsjónaukinn James Webb fer á loft 2021 og búinn 6,5 metra segli sem getur greint hitageislun frá plánetum. Greiningar á ljósi sem berst gegnum lofthjúp plánetu geta sýnt hvort á henni sé að finna vatn.

 

 

 

Smákríli leitar nýrra jarða

PLATO fer á loft 2026 og tækið verður samsett úr 34 litlum sjónaukum sem geta rannsakað stór svæði á himinhvelfingunni. Markmiðið er að finna meira en 1.000 plánetur sem eru á stærð við jörðina eða nokkru stærri og af þeim sökum hentugar fyrir líf.

 

Risaspegill á að finna lífefnin

Með spegli sem verður heilir 15 metrar í þvermál verður upplausn geimsjónaukans LUVOIRs 24 sinnum meiri en upplausn Hubblesjónaukans. LUVOIR á að skoða plánetur beint í allt að 160 ljósára fjarlægð og leita þar að efnafræðilegum ummerkjum lífs. Sjónaukanum verður skotið á loft á fjórða áratugnum.

 

Þótt þær 24 plánetur sem valdar voru, sýnist á pappírunum vera enn hæfari til að fóstra líf en jörðin gætu þær sem best allar verið fullkomlega líflausar. Þetta stafar ekki síst af því að líffræðingar vita enn ekki nákvæmlega við hvernig aðstæður frumstæðustu lífverur kvikna.

 

Þessar plánetur eru sem sagt einungis ofurplánetur í þeim skilningi að ef þar leynist líf, þá býr það við afar góð skilyrði en alls ekki í þeirri merkingu að hægt sé að fullyrða að líf hafi þróast þar.

 

Pláneturnar 24 eru heldur ekki nema fyrsta, fálmkennda tilraunin til að skilgreina lífvænlegar plánetur. Á komandi árum vænta stjörnufræðingar nýrra og betri upplýsinga um bæði þekktar og áður óþekktar fjarplánetur í stórum stíl með tilkomu fjölmargra nýrra sjónauka.

 

Listinn yfir ofuplánetur kemur ekki aðeins til með að lengjast mikið, heldur bætist líka við mikið af nákvæmari upplýsingum. Eitt vilja vísindamennirnir þó undirstrika: Sumar plánetur kunna að hafa enn heppilegri lífsskilyrði en jörðin en þó ekki fyrir það líf sem við þekkjum. Í því tilviki verður jörðin alltaf einstök.

 

 

Birt: 24.10.2021

 

 

 

NIELS HALFDAN HANSEN

 

 

Lestu einnig:

(Visited 1.144 times, 1 visits today)

Tengdar Greinar

No Content Available

FULLUR AÐGANGUR AÐ VEFNUM Í 14 DAGA FYRIR 0 KRÓNUR

PRÓFAÐU 14 DAGA FYRIR 0 KRÓNUR