Strefa życia to za mało. Wiadomo, czego jeszcze potrzebują planety

Sama obecność planety w strefie życia nie wystarczy. Bez odpowiedniej ilości wody może ona gwałtownie zamienić się w piekło.

W astronomii do tej pory trzymaliśmy się dość prostej zasady: jeżeli planeta krąży w tzw. strefie życia, to ma szansę na oceany, łagodny klimat, a może i na znalezienie samego życia. Najnowsze badania dowodzą jednak, iż to zbyt optymistycznie idące wnioski, a sama odległość od gwiazdy to zdecydowanie za mało.

Zespół z Uniwersytetu Waszyngtońskiego odkrył, iż planeta wielkości Ziemi potrzebuje solidnego pakietu startowego wody – najlepiej od 20 do 50 proc. objętości ziemskich oceanów – by w ogóle uruchomić procesy geologiczne stabilizujące klimat. Bez tej minimalnej wilgoci choćby świat położony w teoretycznie idealnym miejscu może gwałtownie zmienić się w rozżarzone piekło.

Strefa życia to tak naprawdę dopiero początek, a nie koniec selekcji

Strefa życia oznacza obszar wokół gwiazdy, w którym na powierzchni planety może istnieć ciekła woda. To bardzo ważne kryterium, ale tylko wstępne. Badacze od lat wiedzą, iż obecność planety w tej strefie nie daje automatycznie klimatu podobnego do ziemskiego. Nowa praca pokazuje, iż choćby jeżeli temperatura startowo wygląda obiecująco, planeta może nie utrzymać długoterminowej stabilności bez odpowiednio dużych zasobów wody.

Autorzy skupili się właśnie na światach suchych, czyli takich, które mają znacznie mniej wody powierzchniowej niż Ziemia. To ważna grupa obiektów, bo część egzoplanet potencjalnie nadających się do życia może przypominać raczej półpustynne lub pustynne wersje Ziemi niż wielkie oceany. Problem polega na tym, iż zbyt mała ilość wody nie jest tylko niedogodnością. Może rozbić cały mechanizm klimatycznej równowagi.

Woda nie jest tu tylko składnikiem życia. Jest częścią planetarnego termostatu

Sednem pracy jest tak naprawdę geologiczny cykl węglowy. To długoterminowy mechanizm, za pomocą którego planeta może stabilizować temperaturę powierzchni. Jak to działa? Dwutlenek węgla z wnętrza planety trafia do atmosfery przez wulkanizm, a potem jest stopniowo usuwany dzięki opadom i chemicznemu wietrzeniu skał. Produkty tych reakcji trafiają do oceanów i dna morskiego, a później przy aktywnej geologii mogą wracać do wnętrza planety. To właśnie ten obieg działa na Ziemi jak bardzo powolny, ale skuteczny termostat.

Istotne są tu deszcz, spływ powierzchniowy i kontakt wody ze skałami. jeżeli wody robi się za mało, ten mechanizm po prostu przestaje działać wydajnie. Dwutlenek węgla zaczyna gromadzić się w atmosferze szybciej, niż planeta potrafi go usuwać. Właśnie wtedy rośnie efekt cieplarniany, temperatura idzie w górę, a pozostała woda jeszcze szybciej paruje. Planeta wpada w błędne koło: im cieplej, tym mniej stabilnej wody; im mniej wody, tym słabszy hamulec dla dalszego ocieplenia.

Planety suche mogą być znacznie mniej gościnne, niż nam się to wydawało

Autorzy piszą wprost, iż planety suche lub półsuche, znajdujące się w strefie życia, najpewniej nie są dobrymi kandydatami do życia, jeżeli ich zapas wody powierzchniowej spada poniżej pewnego progu. W modelach zespołu minimalny próg stabilności dla planet wielkości Ziemi wypadał mniej więcej na poziomie 20-50 proc. objętości ziemskich oceanów. To znacznie więcej, niż wielu badaczy i popularyzatorów mogło intuicyjnie zakładać.

To bardzo zła wiadomość dla fanów wizji pustynnych Ziem z literatury i kina science fiction. Taki świat może być atrakcyjny wizualnie i choćby chwilowo umiarkowany termicznie, ale z punktu widzenia geochemii może być znacznie mniej stabilny, niż się wydaje. Bez wystarczającej ilości wody planeta może nie utrzymać długiego, spokojnego okresu, w którym życie miałoby czas się pojawić i rozwijać.

Wenus wraca tu jako wielkie ostrzeżenie

Bardzo ciekawym elementem pracy jest wykorzystanie Wenus jako możliwego przykładu tego, co dzieje się, gdy planeta przegrywa walkę o wodę. Wenus jest zbliżona rozmiarem do Ziemi i prawdopodobnie powstała w podobnym czasie. Mogła też startować z porównywalnym zestawem składników.

Dziś jednak jej powierzchnia ma temperaturę rzędu kilkuset stopni Celsjusza, a atmosfera jest tak gęsta, iż ciśnienie przy gruncie miażdżyłoby człowieka niemal natychmiast. Autorzy sugerują, iż Wenus mogła po prostu zaczynać z nieco mniejszym zasobem wody niż Ziemia, co zaburzyło działanie geologicznego termostatu i uruchomiło drogę do niekontrolowanego przegrzania.

To nie pozostało oczywiście dowód, iż właśnie tak było, ale bardzo interesująca hipoteza. Nie wymaga jakichś kosmicznych warunków początkowych. Wystarczy stosunkowo niewielka różnica w ilości wody, by dwie pozornie podobne planety zaczęły iść w zupełnie innych kierunkach. jeżeli to rozumowanie jest poprawne, to część egzoplanet znajdujących się dziś w strefie życia może w rzeczywistości przypominać bardziej Wenus niż Ziemię.

Teleskopy nie widzą wszystkiego

Przy skalistych egzoplanetach bardzo trudno bezpośrednio zmierzyć ilość wody powierzchniowej. Oznacza to, iż astronomowie często muszą oceniać szanse na habitability (zdolność do podtrzymania warunków sprzyjających życiu) na podstawie ograniczonych danych. Nowe modele pomagają lepiej odsiać obiekty, które wyglądają obiecująco tylko na pierwszy rzut oka.

To odkrycie wymusza na nas całkowitą zmianę myślenia o poszukiwaniu życia w kosmosie. Do tej pory słynna strefa życia służyła nam jako wygodne, bardzo szerokie sito. Dziś wiemy już, iż musimy pytać o znacznie więcej, niż tylko o dystans dzielący planetę od jej gwiazdy. Ważne więc staje się pytanie, czy dany świat posiada wystarczające zapasy wody, by uruchomić swój wewnętrzny termometr, czyli geologiczny obieg węgla.

Zamiast pytać tylko o to, czy na danej planecie może istnieć woda, powinniśmy raczej pytać, czy jest jej tam pod dostatkiem. Bo tylko odpowiednia ilość wody zagwarantuje, iż klimat takiej planety pozostanie stabilny i cały ten świat nie zamieni się w rozżarzone piekło zaraz po tym, jak się narodził.