„Eppur si muove“ – „Ir vis dėlto ji juda“. Galilėjaus pareiškimas savo teisme už ereziją 1633 m. tikriausiai yra žymiausias sumurmėtas atsakas. Per naujai išrastą teleskopą Galilėjus išvydo daug dalykų, kurių paaiškinti negalėjo tuo metu vyravusi kosmologija, besiremianti idėja, kad viskas sukasi apie Žemę: tokius reiškinius, kaip Jupiterio diską kertantys palydovai, ar dėl skirtingo krentančios šviesos kampo kintančios Veneros fazės – tai būtų neįmanoma, jei Venera suktųsi apie Žemę. Visa tai padarė Galilėjų Koperniko revoliucijos – minties, kad viskas, taip pat ir Žemė, sukasi aplink Saulę – herojumi.
Kuo toliau, tuo labiau regisi, kad visos mūsų prielaidos apie Žemės „dvynę“ yra klaidingos. Paieškoms tęsiantis, privalome suvokti, kad ji gali būti visai nepanaši į Žemę.
Beveik po keturių šimtmečių stovime ant prie kitos kosmologinio supratimo revoliucijos slenksčio. Iš savo pozicijos šiame besisukančiame pasaulyje jau suradome beveik 2000 taip pat besisukančių aplink tolimas žvaigždes. Iš tokių planetų medžiotojų, kaip NASA'os Kepler kosminis teleskopas, plūstantis informacijos srautas drauge su patobulintais planetų ir žvaigždžių sistemų modeliais, verčia permąstyti kitą geocentrinį požiūrį – šį kartą apie tai, kaip turėtų atrodyti gyvybei tinkama planeta. Kuo toliau, tuo labiau regisi, kad visos mūsų prielaidos apie Žemės „dvynę“ yra klaidingos. Paieškoms tęsiantis, privalome suvokti, kad ji gali būti visai nepanaši į Žemę.
Vertindami planetų tinkamumą gyvybei, daugelį dalykų priimame kaip savaime suprantamus. Visų pirma, kad jei gyvybė kur nors veikia taip, kaip Žemėje, ji bus anglies pagrindu – anglies chemijos sudėtingumas yra neprilygstamas – ir jai reikės skysto vandens, kaip pagrindinio tirpiklio. Tokios prielaidos veda tiesiai prie gyvenamosios zonos koncepcijos, pirmą kartą pristatytos šeštajame XX a. dešimtmetyje. Ši zona apibūdinama kaip siauras regionas apie žvaigždę, kur gali egzistuoti skystas vanduo. Per arti žvaigždės visas planetos vanduo išgaruotų; per toli – suledėtų. Tik viduryje esančioje „Auksaplaukės zonoje“ – kur ne per karšta ir ne per šalta, o tiksliai taip, kaip reikia – gali klestėti gyvybė.
Trys ketvirčiai Paukščių Tako žvaigždžių yra blyškesnės raudonosios nykštukės, skleidžiančios daug mažiau karščio. Raudonųjų nykštukių gyvenamoji zona būtų labai arti jos. Taip arti, kad bet kokia apie ją besisukanti planeta būtų „potvyniškai prirakinta“: žvaigždės gravitacija laikytų vieną planetos pusę visą laiką atgręžtą į ją. Tą pusę kepintų nesibaigiančios dienos karštis, tuo tarpu kitoje viešpatautų amžina naktis – nelabai idealios sąlygos gyvybės vystymuisi. Panašiausios sąlygos mūsų sistemoje vyrauja Merkurijuje. Jis nėra visiškai potvyniškai prirakintas, bet vis vien skirtumas tarp dieninės ir naktinės pusės yra 600 °C.
Tuo tarpu Žemė yra pakankamai toli, kad galėtų stabiliai suktis apie savo ašį, ir iš Saulės gaunamas karštis pasiskirsto tolygiai visoms planetos pusėms. Sukdamasi Žemė piešia beveik idealiai apskritą orbitą Auksaplaukės zonoje – nors, pagal naujausius tyrimus, arčiau vidinio jos krašto, nei manėme (New Scientist, 2013 birželio 8 d. nr., psl. 40). Mūsiškis neįprastai didelis mėnulis yra dar vienas privalumas: jo trauka užtikrina, kad Žemės ašies pokrypis kinta labai mažai. Visi šie faktoriai kuria patrauklią, stabilią aplinką gyvybės klestėjimui.
Taipogi tai reiškė, kad 2009 m. kovą paleistas „Kepler“ teleskopas turėjo tikslą: aptikti Žemės antrininkus. Teleskopui pavadinimas buvo suteiktas, pagerbiant astronomą Johannesą Keplerį, kuris 1619 m. pirmasis paskelbė matematinį orbitinio atstumo ir orbitinio laiko sąryšį. Tai, kad iš pradžių misiją planuota vykdyti trejetą metų, nebuvo atsitiktinumas.
Žemė orbitą apie Saulę apskrieja per vienerius metus, tad panaši planeta, esanti panašioje žvaigždės gyvenamoje zonoje, apie savo šviesulį apskries per tiek pat laiko. Trejų metų pakanka, norint užfiksuoti tokias planetas, praskriejančias tarp savo žvaigždės ir stebėtojo, tris kartus, kad būtų galima be abejonių patvirtinti planetos egzistavimą.
Tačiau Kepleris išvydo ne tai. Juo užfiksuota planeta gyvenamoje zonoje, Kepler 22b, dar 2011 m., o Kepler 61b ir Kepler 62e prisijungė prie klubo 2013. Bet jos visai nepanašios į Žemę – visos trys yra žymiai didesnės „superžemės“. Dauguma modelių rodo, kad dėl stipresnės šių planetų gravitacijos jų peizažas plokštesnis, tad vandeniui lengviau užlieti paviršių. Sausuma įkaista ir atšąla greičiau, nei vanduo, todėl Žemės kontinentai vaidina lemiamą vaidmenį mūsų klimato reguliavime. „Okeano pasaulis gali būti labiau linkęs į klimato nestabilumą, tad ne toks tinkamas gyvybei,“ – sako Lewisas Dartnellis, Leicesterio universiteto (JK) astrobiologas.
Ekscentriški pasauliai
Geoffrey'is Marcy'is iš Kalifornijos universiteto, Berkeley'je su kolegomis taip pat analizavo ir planetų, turinčių žvaigždžių šviesos pokyčius, sukeliamus aplink jas skriejančių planetų gravitacijos.
Tikriausiai netikėčiausias radinys yra Kepler 11 – miniatiūrinė mūsų sistemos versija, kur penkios iš šešių planetų glaudžiasi arčiau savo žvaigždės, nei Merkurijus prie Saulės.
Apie trys ketvirčiai Keplerio atrastų planetų, nors ir didesnių už Žemę, nėra pakankamai masyvios, kad būtų vandeningos, uolinės planetos. Jos turėtų būti lengvos planetos, panašios į miniatiūrinius Neptūnus, kurių uolinius branduolius supa išpūsta vandenilio ir helio atmosfera. „Tai kelia susirūpinimą, kad vyraujantis planetų tipas gali būti netinkamas biologijai,“ – sako G. Marcy'is.
Užuot aptikęs kitas Žemes, Kepleris išties surado visokiausių keistų ir neįprastų planetų. Pavyzdžiui, Kepler 47 sistemoje yra dvi žvaigždės ir mažiausiai trys besisukančios planetos. Taip pat yra daug labai „ekscentriškų“ planetų, kurių orbitos smarkiai skiriasi nuo tipiškų apskritų orbitų mūsų sistemoje. Ten planetos elgiasi kaip kometos, nardančios į šiltesnę vidinę zoną iš speiguotos išorės. Tikriausiai netikėčiausias radinys yra Kepler 11 – miniatiūrinė mūsų sistemos versija, kur penkios iš šešių planetų glaudžiasi arčiau savo žvaigždės, nei Merkurijus prie Saulės. „Atrodo, viskas įmanoma, kas neprieštarauja fizikos dėsniams,“ – sako planetologė Sara Seager iš MIT.
Viskas, išskyrus tas planetas, kurių savybės, mūsų manymu, suteikia saugų rojų gyvybei. Bet būtent šie faktai skatina permąstyti, ką žinome. „Galbūt darome panašią klaidą, kaip ir eroje iki Koperniko, manydami, kad esame ypatingi ir kad visų gyvenamų planetų savybės turi būti panašios į Žemės,“ – svarsto G.Marcy'is.
Keista, bet kai kurie motyvai pakeisti mąstymą kyla iš geresnio gyvybės mūsų pačių planetoje supratimo. Per pastaruosius keletą metų atradome organizmus, gyvuojančius Žemės gelmėse – labiausiai stulbina giliausios PAR 3,6 km aukso kasyklos dugne gyvenantys nematodai (New Scientist, 27 April 2013, p 36). Kadangi išstudijuota tik nedidelė požemio gyventojų dalis, Dartnellis yra vienas iš tyrėjų, priėjusių išvadą, kuri atrodo svetima netgi turint galvoje vos kelių metų senumo koncepciją.
„Gyvybė gelmių biosferoje įvairove nesulyginamai lenkia mums pažįstamas paviršiaus ekosistemas“, – tvirtina jis.
Gyvybė gelmių biosferoje įvairove nesulyginamai lenkia mums pažįstamas paviršiaus ekosistemas.
Tai gali turėti pasekmes ir kalbant apie gyvybę kitur. „Daug daugiau planetų gali būti laikomos gyvenamomis, jei domėn imamos ir planetų popaviršinis sluoksnis“, – sako Seanas McMahonas iš Aberdeeno universiteto.
Pernai metų rugsėjį J. McMahonas ir du kolegos publikavo darbą, tiriantį gyvybės potencialą požeminiuose vandenyse, kuriuos skystus išlaiko šiluma, sklindanti iš planetos branduolio (Planetary and Space Science, vol 85, p 312). Kuo giliau glūdi vanduo, tuo geriau jis apsaugotas nuo išorės temperatūros, taigi, planeta gali būti toliau nuo savo žvaigždės. Gyvybė 5 kilometrų gylyje galėtų išgyventi planetoje, kurios orbitos spindulys tris kartus didesnis už tradicinę gyvenamą zoną.
Jei gyvybė būtų nugrimzdusi 10 kilometrų, gyvenama zona nusitęstų už Saturno orbitos – 14 kartų toliau, nei priimtas nuotolis apie panašią į Saulę žvaigždę.
Tokios aplinkybės neleidžia atmesti požeminės gyvybės egzistavimo ir mūsų sistemos pakraščiuose. Jupiterio palydove Europoje masyviojo kaimyno sukuriama potvynio trintis galėjo ištirpinti vandenį po jo pluta ir gal netgi sukurti poledinį vandenyną, kuriame tinkamos sąlygos gyvybės atsiradimui.
Šį sausį, Amerikos astronomų draugijos susitikime Vašingtone, Johnas Armstrongas iš Weberio vardo valstijos universiteto Ogdene, Jutoje, paskelbė kitokį scenarijų, irgi galintį paslinkti gyvenamosios zonos ribas.
Gal Žemės palydovo stabilizuojamas ašies pokrypis ir teikia pranašumų, bet tai nereiškia, kad kintantis pokrypis yra trūkumas: jis tiesiog keičia žaidimo taisykles. „Pokrypio kitimas gali neleisti susiformuoti poliariniams ledo sluoksniams, o tai reiškia, kad į kosmosą atspindima mažiau šilumos,“ – paaiškino jis. Pagal šį modelį, svyruojančioje planetoje skystas vanduo galėtų išlikti beveik dvigubai didesniu atstumu nuo savo žvaigždės, nei į Žemę panašiose stabilios ašies planetose.
Būsimos misijos gali aptikti šį kintantį pokrypį, ieškodamos planetų šviesumo pokyčių dėl svyruojančių poliarinių sričių atspindimos šviesos. Tačiau tai nereiškia, kad tokiose planetose būtinai būtų panaši į žemiškąją gyvybė – bent jau ne vizualiai. „Neaišku, kaip sudėtingos daugialąsčių gyvūnų ir augalų sistemos susitvarkytų su smarkiai kintančiu svyruojančių pasaulių klimatu, – sako Dartnellis. – Bet giliau gyvenančioms bakterijoms nuo to tikriausiai nebūtų nei šilta, nei šalta.“
Jei gyvenamosios zonos nusitęstų toliau nuo žvaigždžių, ne paskutinėje vietoje būtų ir blyškesnių žvaigždžių, pvz., raudonųjų nykštukių sugrįžimas į žaidimą: gyvenamos planetos galėtų suktis pakankamai toli, kad nebūtų potvyniškai surakintos. Bet, remiantis per pastarąjį dešimtmetį sukurtais pažangesniais klimato modeliais, netgi surakinimas gali nebūti tokia jau baisi problema. Šie modeliai rodo, kad jei potvyniškai surakintoje planetoje yra panaši į žemiškąją atmosfera, turinti daug azoto, šiluma būtų efektyviai pernešama į nuolatos tamsią naktinę pusę, sukurdama labiau subalansuotą, švelnesnį klimatą.
Šalia namų
Raudonųjų nykštukių galimybę palaikyti gyvybę pabrėžė Doriano Abboto ir poros kolegų iš Čikagos universiteto sukurtas pirmasis potvyniškai prirakintos planetos atmosferos 3D modelis. Jis parodė viliojančią perspektyvą: debesys po nejudančios žvaigždės spindesiu formuojasi noriau (Astrophysical Journal Letters, vol 771, p L45).
Debesys atspindi daugiau spinduliavimo atgal į kosmosą, o tai reiškia, kad debesuotos planetos, išlaikydamos pakenčiamą temperatūrą, gali dar labiau prisiartinti prie žvaigždės.
Debesys atspindi daugiau spinduliavimo atgal į kosmosą, o tai reiškia, kad debesuotos planetos, išlaikydamos pakenčiamą temperatūrą, gali dar labiau prisiartinti prie žvaigždės – šį kartą praplėsdamos gyvenamąją zoną į vidų.
„Tai padvigubina galimai gyvenamų raudonųjų nykštukių planetų skaičių“ – sako D.Abbotas. Atsimenant raudonųjų nykštukių gausą mūsų galaktikoje, tai smarkiai padidina potencialiai gyvenamų planetų skaičių, ir mūsų šansus jas surasti.
Iš tiesų, gyvenamos zonos apie kai kurias žvaigždes gali būti kintančios. Grego Laughlino, Kalifornijos universiteto Santa Kruze astronomo sukurtas modelis rodo, kad skystas vanduo, taigi ir gyvybė, gali išlikti netgi planetose, kurių orbita stipriai elipsinė, kaip kometų. Esant arčiausiai žvaigždės, tokio pasaulio kaitimas sustiprėtų 20 kartų per valandą – bet planeta tokį šoką galėtų ištverti, tvirtina G.Laughlinas.
Nors pusiaujo temperatūros pasiektų orkaitės lygį, aukštesnėse platumose karštis būtų pakankamai greitai išsklaidomas, kad vanduo išliktų neišviręs. Tuo tarpu itin galingos potvynio jėgos, sukuriamos žvaigždės, suteiktų netoliese skriejančios planetos plutai pakankamai gravitacinės energijos, teikiančios šilumą ledinėje kelionėje toliau nuo žvaigždės.
Ar tokiame pasaulyje galėtų įsikurti daugialąsčiai organizmai, ginčytina: sunku žinoti, kaip fotosinteninanti gyvybė susitvarkytų su taip radikaliai kintančiu gaunamos šviesos kiekiu. „Ji labai skirtųsi nuo Žemės, tačiau turime išlaikyti atvirą protą,“ – pabrėžia Dartnellis. Tokias planetas bent jau lengviau aptikti: jos praskrieja daug arčiau savo žvaigždės, tad tranzito metu jų šviesumo sumažėjimas lengviau pastebimas.
Ar tokiame pasaulyje galėtų įsikurti daugialąsčiai organizmai, ginčytina: sunku žinoti, kaip fotosinteninanti gyvybė susitvarkytų su taip radikaliai kintančiu gaunamos šviesos kiekiu.
Taip, viena po kitos, lūžta visos mūsų nustatytos „taisyklės“, tvirtinančios, kad gyvybę palaikančios planetos turi atrodyti ir veikti, kaip mūsų Žemė. Armstrongas eina dar toliau ir sako, kad į Žemę nepanašios planetos gali būti dar tinkamesnės gyvybei, nei mūsų namai. Kartu su René Helleriu iš McMasterio universiteto Hamiltone, Ontarijuje, Kanadoje, jis neseniai nustatė „supergyvenamų“ pasaulių charakteristikas, darydamas išvadą, kad masyvesnėje už Žemę planetoje, skriejančioje apie žvaigždę, mažesnę už Saulę, būtų tokie privalumai, kaip lėtesnis tektoninis aktyvumas ir mažesnė apšvita didelės energijos kosmine radiacija (Astrobiology, vol 14, p 50).
Gal tai ir smūgis mūsų žemiškajai savivertei. Bet lygiai kaip prieš keletą šimtmečių atmetėme Žemę kaip Visatos centrą, dabar gali būti metas nuvainikuoti mūsų planetą kaip tinkamumo gyvybei vystytis etaloną. Ieškodami gyvybės kitur, turime išlaikyti atvirą protą, sako Seageris.
Atgaivintas teleskopas „Kepler“
Kai NASA „Kepler“ kosminis teleskopas buvo paleistas 2009 m., jis turėjo keturis „reakcijos ratus“, smagračius, kuriais buvo pasukamas zondas ir kurie padėdavo nukreipti teleskopą į žvaigždes, aplink jas skriejančių planetų radimui.
Stabiliam nustatymui reikia trijų reakcijos ratų, tad, kai sugedo pirmasis, o pernai metų pradžioje ir antrasis, atrodė, kad tai misijos pabaiga. Bet geniali mintis leido Kepleriui pakilti kaip Lozoriui. Švelnus Saulės spinduliavimo radiacinis spaudimas gali veikti kaip trečiasis ratas ir stabilizuoti teleskopą. Tai leidžia "Kepler" teleskopui ieškoti planetų viename dangaus plotelyje maždaug 80 dienų. Po to, dėl Žemės sukimosi aplink Saulę, siekiant išvengti Saulės akinimo, jo poziciją reikia pakeisti vėl.
Tiek laiko nepakanka į Žemę panašių planetų, kurių orbitinis laikas trunka metus, tranzitui užfiksuoti. Bet jei gyvenama planeta tikrai gali gyvuoti šalia raudonosios nykštukės, tiek laiko būtų daugiau, nei gana išvysti keliems apsisukimams.Pasiūlytoji apkarpyta misija, pavadinta K2, jau įrodė ko esanti verta, nepriklausomai aptikdama planetą, jau užfiksuotą kitu teleskopu.
