Zostań w domu, zamów taniej!
Nie wychodź z domu i zamów online swoje ulubione pisma 20% taniej. Skorzystaj z kodu rabatowego: czytajwdomu

Życie na egzoksiężycach? Planety to dopiero początek

Życie na egzoksiężycach? Planety to dopiero początek
Zanim o satelitach egzoplanet pomyśleli uczeni, od tętniących życiem księżyców roiła się literatura i kinematografia science-fiction. Twórcy "Gwiezdnych Wojen" uczynili lesisty Endor scenerią finałowych sekwencji sagi. Księżycem była też zjawiskowa Pandora, pełna życia w całej swojej grozie i niezwykłości.
1. Egzoksiężyce wokół gazowego olbrzyma – wizualizacja
1. Egzoksiężyce wokół gazowego olbrzyma – wizualizacja

Wielu naukowców ma przeczucia, że to egzoksiężyce (1) mogą być lepszym miejscem do poszukiwania pozaziemskiego życia niż odkrywane w ostatnich latach w dużych liczbach egzoplanety. Większość z nich to bowiem gazowe olbrzymy, podobne do Jowisza, a nie gdzie indziej, jak właśnie na księżycu Jowisza, Europie, zaobserwowano doskonałe środowisko do powstania i utrzymywania się żywych organizmów.

Dla jasności - poza naszym Układem Słonecznym jeszcze nie udało się zaobserwować i potwierdzić naukowo obserwacji ani jednego księżyca. Jednak na zasadzie prostej ekstrapolacji można założyć, że jeśli wokół planet krążących wokół Słońca obraca się prawie 170 księżyców, a liczba ta wciąż nie jest zamknięta, to statystyczne na ok. 2 tys. odkrytych już planet pozasłonecznych przypadać powinny dziesiątki tysięcy egzoksiężyców. Z matematycznego punktu widzenia jest po prostu znacznie bardziej prawdopodobne, że życie może trafić się gdzieś na odległym księżycu niż na planecie.

Trudno znaleźć naukowy powód, dla którego życie z większym prawdopodobieństwem powstawać ma na planetach, a nie na ich satelitach. Jak na razie mamy zresztą tylko jeden potwierdzony przypadek znalezienia i potwierdzenia życia na ciele kosmicznym. Jest nim Ziemia. Przy tak skromnej próbce trudno zakładać, że na pewno nie był to zwykły przypadek, iż trafiła się akurat planeta, a nie księżyc.

Nieregularności w tranzytach

Głównym obszarem poszukiwań życia w kosmosie jest ekosfera wokół gwiazd, najlepiej możliwie podobnych do naszego Słońca. Jest to strefa wokół gwiazdy, o kształcie zbliżonym do warstwy sferycznej, w której obrębie na wszystkich znajdujących się planetach mogą panować warunki fizyczne i chemiczne umożliwiające powstanie, utrzymanie i rozwój organizmów żywych, z których za najistotniejszy uważane jest istnienie ciekłej wody.

Badania współczesnych naukowców poszerzyły konieczne warunki zaistnienia ekosfery o naturalną osłonę atmosferyczną chroniącą przed promieniowaniem elektromagnetycznym i korpuskularnym. Jednakże warunek ten nie jest brany pod uwagę jako kluczowy, gdyż nie ma zasadniczego znaczenia w wypadku występowania organizmów żywych pod powierzchnią gruntu lub organizmów ewolucyjnie dostosowanych do warunków promieniowania.

Pierwszą planetą pozasłoneczną, o której sądzono, że krąży w ekosferze, był gazowy olbrzym 70 Virginis b. Później okazało się jednak, że porusza się ona po ciaśniejszej, ekscentrycznej orbicie. Kolejne lata przyniosły odkrycia także mniejszych planet krążących w ekosferach. W układzie Gliese 581 znaleziono co najmniej cztery planety, a według analiz z 2010 r. nawet sześć, spośród których kilkukrotnie masywniejsza od Ziemi Gliese 581d krąży blisko zewnętrznego skraju ekosfery, a Gliese 581g w jej środkowej części. Spośród obecnie znanych planet, których odkrycie zostało potwierdzone, najbardziej podobna do Ziemi pod względem orbity i rozmiaru jest superziemia Kepler-452b, o której pisaliśmy obszernie w ostatnim numerze "Młodego Technika". Istnienie ciekłej wody na jej powierzchni jest wysoce prawdopodobne.

2. Tranzyt planety z księżycem w jednym z możliwych położeń – wizualizacja
2. Tranzyt planety z księżycem w jednym z możliwych położeń – wizualizacja

Znanych jest także wiele planet-olbrzymów krążących w ekosferach. Ich obecność utrudnia w tym obszarze powstanie i utrzymanie się na stabilnych orbitach planet typu ziemskiego. Miejscem umożliwiającym powstanie i istnienie życia mogą być natomiast naturalne satelity takich planet. Olbrzymy o masie większej niż Jowisz, jak HD 28185 b, mogą mieć księżyce nawet o masie równej Ziemi.

Znalezienie egzoksiężyców jest z oczywistych względów znacznie trudniejsze niż egzoplanet - mają po prostu znacznie mniejsze rozmiary. Wykorzystywana przez teleskop Keplera metoda tranzytu pozwala dostrzec zmiany w jasności odległej gwiazdy podczas przejścia na jej tle planety. Fakt, że większość odkryć Keplera dotyczy gazowych olbrzymów dostatecznie wymownie świadczy o tym, że rozmiar w tych obserwacjach ma znaczenie. Małych planet na liście potwierdzonych jest niewiele, a księżyce zwykle są przecież znacznie mniejsze niż planety. Zadanie jest dodatkowo utrudnione przez zmienność położenia księżyców (2). Mogą znajdować się zarówno na tle, jak też za planetą, a także przed lub za nią w trakcie tranzytu. Trudno dostrzec w tych zakłóceniach jasności jakąś regularność. A ich brak utrudnia obserwacje.

Dane z Keplera przetwarzane na nowo

Jednak łowcy egzoksiężyców są optymistami. René Heller (3) z kanadyjskiego Uniwersytetu McMastera w wypowiedzi dla "NewScientist" z sierpnia 2015 r. wyraża pogląd, że on i jego koledzy są na podobnym etapie, jak łowcy egzoplanet na przełomie lat 80. i 90. ubiegłego stulecia. "Mamy już odpowiednią technikę, więc trzeba szukać tych księżyców."

3.René Heller
3.René Heller
4.David Kipping
4.David Kipping

Do najbardziej zaawansowanych w ich poszukiwaniach należą specjaliści z zespołu Davida Kippinga (4) z Centrum Astrofizyki Harvard-Smithsonian. Korzystają z danych zgromadzonych przez teleskop Keplera, na podstawie których odkryto już wiele planet. Przeglądają ponownie informacje dotyczące egzoplanet, w poszukiwaniu wskazówek, śladów grawitacyjnych oddziaływań, ewentualnego wpływu satelitów na szybkość tranzytu planet. Pojedyncze zjawiska tego typu niewiele jeszcze mówią, ale ich serie…? Kto wie, co się za nimi kryje?

Do modelowania kilkudziesięciu układów planetarnych Kipping zatrudnił superkomputer NASA o nazwie Pleiades. Badacz ma nadzieję stworzyć do końca tego roku modele trzystu takich egzoukładów. "Kiedy skończymy nasze badania, będę w stanie powiedzieć, jak często trafia się tam Pandora," chwali się Kipping w rozmowie z "NewScientist." Z kolei wg modeli opracowanych przez Hellera, wokół planety o rozmiarach Jowisza może krążyć księżyc o średnicy nawet zbliżonej do Marsa. Takie ciało będzie już w stanie wykryć teleskop Keplera.

Inną metodę niż badanie wariacji światła podczas tranzytów planetarnych zastosował Joaquin Noyola z Uniwersytetu Teksaskiego w Arlington. Stara się wsłuchać raczej w emisje radiowe z odległych układów, bazując na znanym nauce fakcie, że księżyce Jowisza, przechodząc przez jego pole magnetyczne, wywołują właśnie tego rodzaju emisje. Ponieważ sygnał taki z wielkich odległości jest bardzo słaby, Noyola wybrał układ gwiazdy Epsilon Eridani b, w którym znajdują się jedne z najbliższych nam znanych egzoplanet - w oddaleniu "zaledwie" dziesięciu lat świetlnych.

Uczeni poszukujący egzoksiężyców "czują", że pierwszy z nich trafi się w ciągu najbliższych kilku lat. Jednak samo odkrycie będzie dopiero wstępem do dalszych badań, przede wszystkim detekcji chemicznych śladów odpowiedniej atmosfery i wody w stanie ciekłym. W przypadku bliskich gwiazdom planet w strefie życia znajdowanie takich spektralnych sygnałów jest utrudnione, gdyż giną one w spektrum samej gwiazdy.

Odnośnie egzoksiężyców może być jednak paradoksalnie łatwiej, gdyż wedle obecnie panujących teorii, życie na nich może występować także poza ekosferą, tak jak poza ekosferą znajdują się księżyce Europa czy Enceladus, co do których istnieją podejrzenia, że kryją w swoich wewnętrznych, ciekłych oceanach jakieś formy życia. Te bardziej odległe planety, same martwe, mogą być bowiem źródłem energii rozgrzewającej księżyce - czy to przez odbicie światła, czy przez silne grawitacyjne wpływy, wywołujące wewnętrzne ruchy wody (pływy) i tarcie. Woda mogłaby tam występować nie tylko w stanie ciekłym, ale nawet wręcz bardzo gorącym.

Owe hipotetyczne księżyce, odległe od ekosfery najbliższej gwiazdy, rozgrzane pływami wywołanymi grawitacją najbliższej planety, można by teoretycznie dostrzec nawet bez specjalnych modeli i algorytmów, jakich używają Heller i Kipping. Bezpośrednio za pomocą teleskopu, w zakresie podczerwieni. Teleskop Spitzera, pracujący w tym zakresie, dostrzega jednak obiekty o temperaturze wynoszącej minimalnie 700ºC.

Szansa na takie obserwacje pojawi się, gdy w przestrzeni kosmicznej znajdzie się niedługo teleskop Jamesa Webba - jego czułość ma zaczynać się od 27º.

Być może już odkryty

5. Obiekt MOA-2011-BLG-262 (na zaznaczonych polach)
5. Obiekt MOA-2011-BLG-262 (na zaznaczonych polach)

Prawdę mówiąc jednak, twierdzenie, że nie istnieje nawet żaden ślad egzoksiężyca, nie jest tak zupełnie precyzyjne. Nauce znane jest odkrycie, które należy do profesora Daniela Bennetta, astronoma z amerykańskiego Uniwersytetu Notre Dame. Za pomocą techniki mikrosoczewkowania Bennettowi udało się być może dostrzec pierwszy księżyc poza Układem Słonecznym, oznaczony symbolem MOA-2011-BLG-262 (5).

Mikrosoczewkowanie wykorzystuje zjawisko zakrzywienia światła przez grawitację, przy przejściu obiektu pomiędzy nami a daleką gwiazdą. Jego grawitacja skupia światło jak soczewka, a jasność gwiazdy okresowo wzrasta. W swojej pracy naukowej na ten temat Bennett pisze, że dokonując obserwacji za pomocą teleskopu MOA-II w Nowej Zelandii, zauważył gwałtowny wzrost jasności gwiazdy, a godzinę później kolejny wzrost, słabszy. Przed tarczą gwiezdną przelecieć musiał więc duży obiekt z towarzyszącym mu mniejszym.

Bennett zmierzył stosunek mas obu obiektów, a ten wyniósł ok. 2000:1. Dane te najbardziej pasują do modelu "planeta plus jej księżyc", uważa Bennett. Jednak jest z tym pewien problem. Skoki jasności mówią tylko o relacji mas obiektów, nie wiadomo zaś jak bardzo są od nas oddalone. Jeśli znajdują się blisko, może być to planeta z księżycem. Jeśli daleko od siebie, bardziej prawdopodobne, iż chodzi o gwiazdę i krążącą wokół niej planetę.

6. Księżyc
6. Księżyc

Niestety, ciężko stwierdzić, czy w ogóle będziemy mogli to sprawdzić. Mikrosoczewkowanie opiera się na precyzyjnym układzie obiektów i odległej gwiazdy. Mała jest więc szansa, że określony układ się powtórzy. Nawet jeśli rzeczywiście chodzi w tym przypadku o pierwszy znany egzoksiężyc, to nie przypomina on raczej tych znanych nam z literackich i filmowych opowieści "żywych" księżyców. Z analizy sposobu wzmocnienia światła wynika, że obiekty nie krążą po orbicie wokół gwiazdy, na tle której zostały zaobserwowane. Zatem raczej dryfują w pustce kosmicznej, co nie sprzyja rozwinięciu sprzyjających życiu warunków.

Nawet więc jeśli wkrótce natrafimy na pierwszy egzosiężyc i potwierdzimy jego istnienie... I będzie to gdzieś w odległym układzie gwiezdnym... I nawet jeśli usytuujemy go w "strefie życia"... To jeszcze nie znaczy, że życie nie będzie miało wyjścia i musi na nim zaistnieć. W końcu nasz srebrzysty towarzysz gwiezdnej podróży, jest - z tego, co wiemy - całkiem martwy (6).

Mirosław Usidus