Znanstvenici su do sada otkrili više od 6.000 egzoplaneta, a ključno pitanje svemirske znanosti ostaje: mogu li oni biti pogodni za život, barem u obliku poznatom na Zemlji? Odgovor na to pitanje nije jednostavan jer su podaci o tim svjetovima izvan našeg Sunčevog sustava često oskudni i neizravni. Sada tim istraživača iz Ujedinjenog Kraljevstva predlaže novu, poboljšanu metodu koja bi mogla znatno unaprijediti procjenu njihove nastanjivosti.
Njihov rad objavljen u časopisu The Planetary Science Journal predstavlja metrici koji kombinira nekoliko ključnih klimatoloških parametara, temperaturu, oborine i isparavanje, te se pokazuje kao bolji pokazatelj u usporedbi s dosadašnjim definicijama nastanjive zone. Prema autorima, upravo ovaj pristup najbolje odražava obrasce života na suvremenoj Zemlji i omogućuje realnije procjene za udaljene planete.
Granice “nastanjive zone” i ograničenja klasičnih pristupa
Tradicionalno se nastanjivom zonom smatra orbitalni pojas oko zvijezde u kojem globalna srednja temperatura planeta omogućuje postojanje tekuće vode na površini. U slučaju Sunca ta zona obuhvaća udaljenosti od oko 0,95 do 1,67 astronomskih jedinica (AU). No ova definicija nosi ozbiljna ograničenja. Primjerice, da je Zemlja bila samo približno 7,5 milijuna kilometara bliže Suncu, tek oko 5% manja udaljenost, danas bi najvjerojatnije bila nenastanjiva poput Venere, jer bi se sva površinska voda isparila u atmosferu i zatim izgubila u svemiru.
Razlog je rastuća sjajnost Sunca. Trenutno se Sunčeva luminoznost povećava za približno 1% svakih 150 milijuna godina, trend koji se nastavlja i dugoročno čini Zemlju sve manje pogodnom za život. Pretpostavlja se da su i Venera i rana Zemlja nekad imale površinsku vodu, ali s porastom Sunčeve luminoznosti voda je postupno isparavala u atmosferu te na kraju nestala u svemiru.
Na Zemlji život može postojati u iznimno raznolikim okruženjima: od ekstremnih temperatura i tlakova, preko različite saliniteta i pH vrijednosti, pa sve do radiacijom bogatih prostora. Mikroorganizmi su otkriveni i 12 kilometara ispod kopna i oceanskog dna, dok su tardigradi dokazano sposobni preživjeti vakuum i zračenje svemira. Unatoč tome, složeniji, višestanični organizmi ipak preferiraju umjerenije uvjete – između –20 °C i 122 °C, s optimalnim rasponom za kompleksni život od 0 °C do 50 °C.
Dosadašnji modeli koristili su razne kombinacije klimatoloških parametara kako bi se opisala površinska nastanjivost, no nitko ih nije izravno usporedio s prostornom raspodjelom života na Zemlji. “Nijedna od postojećih definicija nije validirana u usporedbi s time gdje život zaista postoji na Zemljinoj površini”, piše glavni autor istraživanja, klimatologinja dr. Hannah L. Woodward s University of London.
Novi pristup: simulacije utemeljene na reanalizi podataka
Kako bi ponudili precizniji kriterij, znanstvenici su koristili globalne klimatske modele i primijenili ih na udaljena opažanja površine Zemlje. Među varijablama koje su analizirali bile su: površinska temperatura zraka, količina oborina, isparavanje, koncentracija morskog leda te indeks aridnosti. Kombinirali su ih u različitim scenarijima i analizirali koliko se podudaraju s poznatom raspodjelom života na Zemlji.
Kriteriji su uključivali temperaturne granice u kojima mogu postojati mikroorganizmi (–20 °C do 122 °C) i složeni organizmi (0 °C do 50 °C). Posebna pažnja dana je dostupnosti vode jer ona zahtijeva da oborine nadmašuju isparavanje, ali i minimalno 25 centimetara oborina godišnje, osim u rijetkim slučajevima specijaliziranih ekosustava. Ako uvjeti za temperaturu ili vodu nisu ispunjeni, nastanjivost se klasificira kao “ograničena.”
Za osnovu su korišteni podaci ERA5, globalni mjesečni reanalizirani dataset. Reanaliza predstavlja kombiniranje nepotpunih mjerenja sa simulacijama klimatskih modela stvarajući fizički konzistentne skupove podataka na globalnoj mreži rezolucije četvrt stupnja latitude i longitude.
Kako usporediti s egzoplanetima?
Autori su se usredotočili na fotosintetski život kao indikator rasprostranjenosti života na površini. Biljke čine oko 80% Zemljine biomase te stvaraju organsku tvar iz anorganskih spojeva. Njihovi pigmenti stvaraju prepoznatljiv spektar refleksije koji satelitski senzori mogu koristiti za globalno mapiranje produktivnosti fotosinteze. Ujedno, tamo gdje uspijeva fotosintetski život, mogu opstati i heterotrofni organizmi koji se hrane organskim materijalom.
Znanstvenici su usporedili rezultate modela s promatranim podacima za razdoblje od 2003. do 2018. godine. Analizirali su različite tipove okoliša, primjerice tople i vlažne uvjete s rosištem ispod 25 °C (označene kao W25), vrlo vlažnu okolinu, te kombinacije morskog leda i aridnosti tla.
Pokazalo se da pojedinačni parametri poput temperature zraka, aridnosti ili morskog leda nisu dovoljni za pouzdano predviđanje nastanjivosti. Kombinacija temperature i morskog leda imala je dobre rezultate u polarnim područjima, ali je precijenila nastanjivost regija na nižim širinama. Indeks aridnosti bio je donekle prikladan za tropske regije, no ukupna uspješnost bila je niska. Najbolju podudarnost postigli su modeli koji su uključivali temperaturu, oborine i isparavanje, upravo konfiguracija W25, jer se kvalitativno i kvantitativno najviše uskladila s opaženim obrascima.
Na temelju tih rezultata istraživači su razvili vlastitu definiciju površinske nastanjivosti koristeći samo tri parametra: površinsku temperaturu, oborine i isparavanje. Ovaj pokazatelj ostvario je najbolje rezultate: točnost predviđanja iznosila je 0,67 za mikrobiološki i 0,70 za kompleksni život, dok je na kopnu točnost bila još veća, 0,77 odnosno 0,80.
Autori zaključuju da njihov novi pokazatelj “nudi dobru reprezentaciju opažene nastanjivosti modernog Zemljina površja, oslanjajući se na samo tri parametra koja su redoviti izlaz općih cirkulacijskih modela (GCM) i neposredno povezana s globalnom atmosferom”. Time se, ističu, omogućuje i prva razina procjene potencijalne nastanjivosti egzoplaneta temeljem podataka koji će biti dostupni astronomima sa suvremenim i budućim svemirskim teleskopima.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
