Potraga za svjetovima s tekućom vodom najčešće počinje u nastanjivoj zoni neke zvijezde. To je prostor gdje planet nije ni preblizu ni predaleko pa voda na površini ne bi trebala ishlapjeti niti se zalediti. Ta granica omogućila je astronomima da izgrade svoj prvi katalog potencijalno pogodnih svjetova. Ipak, sam boravak u toj zoni ne jamči nastanjivost. Planet mora biti geološki aktivan, imati procese koji dugoročno reguliraju sastav atmosfere i održavati uvjete pod kojima bi se tekuća voda mogla zadržati kroz vremena dovoljna za nastanak života.
Zato atmosfere egzoplaneta postaju sljedeće ključno polje istraživanja, objašnjava Morgan Underwood, doktorandica na Sveučilištu Rice u području znanosti o Zemlji, okolišu i planetima. U njima se nalazi informacija o tome može li neki svijet doista imati stabilne uvjete ili je tek geometrijski u pravoj zoni.
Što doista znači nastanjiva zona
Na Zemlji staklenički plinovi, prije svega ugljikov dioksid i vodena para, omogućuju temperaturu iznad točke smrzavanja. Bez atmosfere prosječna temperatura pala bi na oko minus 18 stupnjeva, što bi površinu učinilo nenastanjivom. Granice nastanjive zone zapravo se temelje na procjeni koliko stakleničkog zagrijavanja planet treba kako bi tekuća voda uopće mogla postojati.
Ova definicija nije nastala u praznini. Mars je samo malo izvan vanjskog ruba nastanjive zone, no na njemu vidimo fosilizirane tragove drevnih rijeka i jezera. S druge strane, Venera je preblizu Suncu za stabilnu tekuću vodu danas, ali geokemijski modeli pokazuju da je u prošlosti mogla imati oceane, iako ne znamo kolike i koliko dugo.
Primjeri iz naše okolice otkrivaju da nastanjiva zona nije savršeno pravilo. Ona je početna smjernica. Tek nakon nje dolazi pitanje: može li planet uvjete zadržati stotinama milijuna godina.
Geološki procesi koji određuju dugoročnu održivost
Zemlja je uspjela održati stabilnu klimu kroz geološka razdoblja zahvaljujući polaganom, ali snažnom sustavu koji povezuje atmosferu, oceane i stijene. Središnji element tog sustava je kretanje anorganskog ugljika između zraka, oceana i litosfere. Kad vulkani izbace ugljikov dioksid, planeta se zagrijava. Nakon određenog vremena kiša i trošenje stijena uklanjaju dio tog plina, pohranjuju ga u minerale i smanjuju zagrijavanje. Ako se planet počne hladiti, trošenje slabi pa se ugljikov dioksid ponovno nakuplja. Takav prirodni termostat omogućio je Zemlji oporavak nakon ledenih doba i spriječio nekontrolirano zagrijavanje, čak i dok se Sunce postupno jačalo.
Zbog toga se danas postavlja pitanje mogu li slični procesi djelovati na kamenitim egzoplanetima. Ako bi astronomi izravno mjerili količinu ugljikova dioksida u atmosferama većeg broja stijenskih planeta, mogli bi potražiti vezu između primljenog zračenja i udjela stakleničkih plinova. Takav odnos bio bi snažan nagovještaj da i drugi svjetovi imaju vlastite cikluse anorganskog ugljika.
Atmosfere ujedno otkrivaju informacije o površini. Jedna studija pokazala je da vrste i količine atmosferskih plinova mogu otkriti kreće li se planetarna kora u više ploča, kao na Zemlji, ili je riječ o krutoj i jedinstvenoj litosferi. Na našem planetu pomicanje ploča pokreće vulkanizam i trošenje stijena, procese presudne za dugoročna klimatska podešavanja.
Pogled prema atmosferama udaljenih svjetova
Sljedeća faza istraživanja usmjerena je na usporednu analizu većeg broja planeta u nastanjivim zonama njihovih zvijezda. Ako bi se u takvim atmosferama pojavili ponavljajući obrasci, oni bi mogli pokazati djeluju li na tim svjetovima geološki mehanizmi slični Zemljinima. Usporedba s položajem planeta unutar ili izvan nastanjive zone omogućila bi i provjeru same ideje nastanjivosti. Možda postoje svjetovi koji održavaju tekuću vodu i izvan granica zone, zahvaljujući unutarnjim procesima koje još ne razumijemo.
Ovakav pristup posebno je važan jer mnoge vrste egzoplaneta nemaju analog u našem sustavu. Superzemlje, mini Neptuni i planeti oko hladnijih zvijezda stvaraju raznolikost kakvu teleskopi tek počinju bilježiti. Šira analiza njihovih atmosfera tek dolazi.
Najambiciozniji korak stiže s NASA-inim budućim svemirskim teleskopom Habitable Worlds Observatory. Bit će to prvi instrument u potpunosti posvećen potrazi za znakovima nastanjivosti i života na planetima oko drugih zvijezda. Teleskop će izravno snimati planete veličine Zemlje u orbitama oko zvijezda sličnih Suncu i analizirati njihove atmosfere.
Instrumenti ovog teleskopa analizirat će svjetlost zvijezde koja prolazi kroz atmosfere egzoplaneta i otkriti apsorpcijske linije plinova poput ugljikova dioksida, metana, kisika i vodene pare. Molekule u atmosferi apsorbiraju određene valne duljine, ostavljajući jasan kemijski potpis iz kojeg se može zaključiti kakvi procesi oblikuju te daleke svjetove.
Habitable Worlds Observatory nalazi se u aktivnoj fazi znanstvenog i inženjerskog razvoja, a mogući lansirni prozor je 2040-ih. U kombinaciji s današnjim teleskopima, koji sve bolje promatraju atmosfere planeta veličine Zemlje, znanstvenici će možda već u sljedećim desetljećima moći odgovoriti na pitanje djeluju li procesi koji reguliraju klimu našeg planeta i drugdje u galaksiji ili su jedinstveni upravo nama.
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.
