Existují superobyvatelné světy?

www.novedalekohledy.cz
Obyvatelná exoplaneta v představách malíře. Credit: ESO/L. Calçada
Obyvatelná exoplaneta v představách malíře. Credit: ESO/L. Calçada

Zajímavá diskuse o obyvatelnosti planet.

Hlavním cílem při hledání exoplanet jsou světy, které mohou na svém povrchu hostit život. Zde ovšem narážíme na jeden zásadní problém. Jak popsat nebo definovat obyvatelnost planety či obecně tělesa?  Velmi často se objevují názory, že astronomové jsou až příliš ovlivněni antropickým principem. Hledáme planetu, která bude věrnou kopií Země, a nepřipouštíme, že by život mohl vzniknout také na planetách s jinými podmínkami. Za posledních dvacet let jsme zjistili, že co planeta nebo spíše planetární systém, to unikát.

Podobná vědecká vyprázdněnost naštěstí neexistuje. Debaty se vedou velmi vášnivě a čile. Existuje řada studií o obyvatelnosti planet u červených trpaslíků, obyvatelnosti super-zemí nebo dokonce planet u mrtvých bílých trpaslíků.

Jsou zde však dva zakopaní psi. Tím prvním jsou vědecké postupy. Věda je do značné míry založena na studování vzorku, z něhož vyvodíme závěry o celku. V případě života však máme jen jeden vzorek a ani jeho vývoj neznáme dokonale. Druhým problémem je minimum informací o objevených exoplanetách. Dnes dokážeme nalézt planety o velikosti Země, ale nevíme nic o podmínkách na povrchu, složení atmosféry, existenci oceánů či kontinentů.

René Heller a John Armstrong sepsali zajímavou studii o obyvatelnosti planet. Částečně a zcela správně kritizují současné pojetí obyvatelné oblasti, která nám samozřejmě o obyvatelnosti planety neříká vůbec nic. Autoři zavádějí řadu parametrů, které by obyvatelná planeta měla mít a přináší pojem superobyvatelný svět jako narážku na to, že naše planeta nemusí být tím nejlepším místem k životu. Mohou existovat planety, které mají ještě lepší podmínky pro vznik a vývoj života? Bohužel autoři pochopitelně argumentují velmi často na základě toho, co známe z naší planety a jak chápeme podmínky a potřeby pozemského života.

Hmotnost: klíč k tektonice a magnetickému poli 

Jedním z klíčů bude nepochybně hmotnost. Ta má vliv na celou řadu parametrů. O něco hmotnější planeta by mohla mít silnější tektonickou činnost, která je pro vznik života velmi důležitá. Nic se však nesmí přehánět. Planety od určité hmotnosti tektonickou činnost mít už nebudou. Tato hranice může ležet kolem 2 hmotnosti Země. Planety zemského typu mají po svém vzniku vodíkovou atmosféru. Díky nízké hmotnosti si však takto „lehkou“ atmosféru neudrží. V případě planety mnohem hmotnější než Země by reálně hrozilo, že se vodíkové atmosféry nezbaví a bude mnohem podobnější Neptunu než Zemi.

Hmotnost hraje důležitou ale ne jedinou roli při vzniku a udržení magnetického pole, co by ochranného štítu před škodlivým zářením z vesmíru. Podle některých studií může mít magnetické pole i objekt o hmotnosti menší než desetina Země. Záleží však také na poloměru a rychlosti rotace jádra apod. Předpokládá se, že planety s vázanou rotací budou mít v této oblasti velké problémy.

Kontinenty bez života neexistují?

Důležitým parametrem může být i rozdělení kontinentů. Je zřejmé, že vodní světy s hlubokým oceánem nebudou asi vynikat pestrým životem. Vhodná nemusí být ani planeta s obřím oceánem a jedním či dvěma „superkontinenty“, které by s ohledem na klimatické modely měly ve svém nitru obří nehostinné pouště. Jako ideální se zdá být planeta s velkým počtem malých kontinentů. Pestrý život také bude spíše v mělkých než hlubokých vodách.

V loňském roce mimochodem vyšla studie, která se na problém dívá opačně. Podle některých simulací mají kontinenty pouze ty planety, které na svém povrchu hostí život. Organismy totiž zvětrávají horniny, díky čemuž vznikají sedimenty a dochází k zvodnění zemského pláště. Tektonická činnost planety následně vyrábí jen tolik nové kontinentální kůry, kolik ji je zlikvidováno působením živých organismů. Kdyby byla Země bez života, stroj na zemskou kůru by se zpomalil a Země by se stala vodním světem. Pokud by se tato velmi odvážná teorie potvrdila, byl by to klíč k hledání života. V relativně krátké době totiž snad budeme schopni na povrchu exoplanet rozlišit kontinenty od oceánů.

Raději teplo než zimu

Zaklínadlem je samozřejmě teplota. Pokud se podíváme na pozemský život, pak zjistíme, že s rostoucí teplotou stoupá jeho rozmanitost. Nejvíce „to žije“ v tropech. Planety s vyšší teplotou mohou být pro život vhodnější.

Slunce je dobré, ale není nejlepší

Důležitá je také mateřská hvězda. Obecně se existence možných obyvatelných planet očekává u hvězd MKG (červených, oranžových a žlutých trpaslíků), kde Slunce je největším (G) zástupcem.

Slunce a další hvězdy spektrální třídy G vyzařují zejména na vlnových délkách cca 400 až 700 nm, což je oblast viditelného světla a také oblast záření, díky němuž provádějí rostliny fotosyntézu. Červeným trpaslíkům je velmi zazlíváno bouřlivé mládí, kdy okolí sterilizují silnými dávkami ultrafialového a rentgenového záření. To samozřejmě není pro život dobrou zprávou, na druhou stranu také ultrafialové záření v malém množství může být pro život důležité. Vzpomeňte si na opalování a vznik vitamínu D.

Země je dnes vybavena štítem ozonové vrstvy, který nás chrání před zářením o vlnových délkách 200 až 285 nm (UVC) a z velké části před zářením o vlnové délce 280 a 315 nm (UVB). V geologické minulosti tento štít neexistoval, přesto život na naší planetě vznikl.

Hledáme proto hvězdu, která v mládí příliš nevyvádí, ale zároveň produkuje přiměřené množství ultrafialového záření. Když k této podmínce ještě přičteme životnost, máme jako ideálního kandidáta hvězdu spektrální třídy K neboli hvězdy o něco méně hmotné než Slunce.

Autoři studie také pracují s pojmem multiobyvatelné světy. Pokud existují podmínky k životu na více tělesech (například několika exoměsících) a alespoň na jednom život vznikl, je reálné, že se díky kosmickému bombardování přenesl i na další objekty.

Zdroj: Superhabitable Worlds