Nije pitanje ima li života u svemiru, nego kada ćemo ga naći: Zbog ovih otkrića, optimizam je sve veći

U petak 8. rujna svijet je obišla vijest da je NASA-in svemirski teleskop James Webb detektirao da egzoplanet K2-18b, koji kruži oko zvijezde K2-18 u zviježđu Lava, ima neke od kemijskih markera koji su na Zemlji povezani sa živim organizmima. Taj zvjezdani sustav udaljen je oko 124 svjetlosne godine, što je astronomski veoma blizu. Stručnjaci, međutim, tvrde da su te naznake nejasne te se pitaju koliko je vjerojatno da taj egzoplanet krije izvanzemaljski život.

Sama zvijezda K2-18 tamnija je i hladnija od Sunca, što znači da bi planet trebao biti mnogo bliži svojoj zvijezdi nego mi da bi dobio istu razinu svjetlosti kao mi na Zemlji. No to i jest tako. U odnosu na svoju matičnu zvijezdu, K2-18b nalazi se na oko 16 % udaljenosti od Zemlje do Sunca. Osim toga, izlazna snaga zvijezde iznosi 2,3 % snage Sunca, što znači da K2-18b prima oko 1,22 kW solarne energije po četvornom metru.

Jesmo li bili u zabludi oko ‘Planeta Devet’? Nova studija mijenja dosadašnje razumijevanje gravitacije

To je slično 1,36 kW dolazne svjetlosti koju mi primamo od Sunca. Iako iz K2-18 dolazi manje energije, to je izjednačeno jer je planet bliži. Doduše, izračun dolazne svjetlosti ne uzima u obzir oblake ni koliko je površina planeta reflektirajuća.

Teleskop je identificirao ugljikov dioksid, metan i, vjerojatno, dimetil sulfid u atmosferi egzoplaneta.

Značajno otkriće

Probno otkrivanje DMS-a značajno je jer ga na Zemlji proizvode samo alge. Trenutačno ne znamo kako se može prirodno proizvesti bez oblika života. Na koncu su stručnjaci zaključili da je vjerojatnost za postojanje života na egzoplanetu K2-18b doista mala, ali nije ravna nuli.

Samo dva tjedna poslije, u četvrtak 21. rujna, objavljeno je kako je isti teleskop detektirao ugljik u 18 km dubokom podzemnom oceanu Europe, četvrtom po veličini od ukupno 95 poznatih Jupiterovih prirodnih satelita. “Ovo je iznimno važno otkriće. Još ne znamo postoji li život u Europinu oceanu, ali ovo otkriće pruža dodatne indicije da bi to moglo biti moguće. Iz perspektive astrobiologije, to okruženje izgleda privlačno”, izjavio je tada geokemičar Christopher Glein s Jugozapadnog istraživačkog instituta u Teksasu (SAD) i jedan od suautora studije.

Nakon niza sličnih vijesti u posljednje vrijeme, svjetska javnost sve napetije iščekuje najveću vijest u povijesti čovječanstva: Nismo sami u svemiru.

Američki astrofizičar i astrobiolog Frank Drake (1930. – 2022.) još je 1960. osmislio svoju jednadžbu za procjenu broja mogućih civilizacija u našoj galaktici, poznatu kao “Drakeova jednadžba“.

Ključni parametar u njoj jest broj planeta u galaktici koji bi mogli podržavati život pa ih kolokvijalno nazivamo “nastanjivima”. U to vrijeme astronomi nisu bili sigurni ima li uopće planeta oko drugih zvijezda. No zahvaljujući brojnim astronomskim misijama, danas znamo za postojanje 5523 egzoplaneta, dok ih još 9867 čeka potvrdu. Na temelju tih podataka astronomi su izradili različite procjene o broju nastanjivih planeta u Mliječnoj stazi. Prema jednoj procjeni ima ih barem sto milijarda.

Američki astrofizičar Piero Madau sa Sveučilišta u Kaliforniji (Santa Cruz, SAD) nedavno je predstavio matematički okvir za izračunavanje broja nastanjivih planeta unutar sto parseka (326 svjetlosnih godina) od Sunca. Pretpostavljajući da su Zemlja i Sunčev sustav reprezentativan primjer, Madau je izračunao da ovaj dio svemira može sadržavati čak 11.000 stjenovitih egzoplaneta veličine Zemlje koji kruže unutar nastanjivih zona oko matičnih zvijezda.

Nastanjiva zona (eng. “habitable zone”) predstavlja pojas oko zvijezde unutar kojega postoje uvjeti za tekuću vodu na površini planeta, što se smatra jednim od ključnih sastojaka za život kakav poznajemo. Drugim riječima, u tom pojasu temperature nisu ni previsoke ni preniske.

Madauov se izračun temelji na Kopernikovu načelu, nazvanu po slavnom poljskom astronomu Nikoli Koperniku (1473. – 1543.) koji je prvi dao skicu heliocentričnog modela. To načelo, poznato i kao “kozmološko” ili “načelo osrednjosti”, tvrdi da se Zemlja ne nalazi ni u kakvom posebnom i povlaštenom položaju za promatranje svemira. Drugim riječima, ono što vidimo kada promatramo svemir predstavlja našu opću sliku svemira.

Složeni život

U svojoj studiji Madau je istraživao kako su čimbenici koji ovise o vremenu igrali ključnu ulogu u stvaranju života u svemiru. To uključuje povijest stvaranja zvijezda u Mliječnoj stazi, obogaćivanje međuzvjezdanog medija teškim elementima koji su se formirali unutar prvih populacija zvijezda, formiranje planetā te distribuciju vode i organskih molekula među planetima.

Madau je objasnio da, za razliku od Drakeove jednadžbe, koja se fokusira na različite čimbenike i vjerojatnosti vezane uz otkrivanje živih svjetova, a možda i tehnološki naprednih izvanzemaljskih civilizacija u našoj blizini, njegova studija stavlja naglasak na središnju ulogu vremena i starosti u procesu nastanka života u svemiru.

Ta vjerojatnost ovisi, među ostalim veličinama, o formiranju zvijezda i povijesti kemijskog obogaćivanja lokalnog galaktičkog prostora, kao i o vremenskoj liniji nastanka jednostavnog mikrobnog, a na koncu i složenog života.

Zemlja je relativno nova pridošlica u našoj galaktici. Nastala je kad i Sunce, prije oko 4,5 milijarda godina, što je manje od trećine starosti svemira. Životu je potom trebalo oko 500 milijuna godina da izroni iz neživih kemijskih spojeva. Tek nakon dodatnih 500 milijuna godina pojavila se fotosinteza u obliku jednostaničnih organizama koji su počeli metabolizirati ugljikov dioksid i proizvoditi kisik kao nusprodukt.

To je postupno promijenilo kemijski sastav naše atmosfere, potaknuvši veliki oksidacijski događaj prije otprilike 2,4 milijarde godina i konačan uspon složenih oblika života. Uslijedio je dug i složen proces kemijske i biološke evolucije, koji je najzad doveo do uvjeta pogodnih za složeni život i pojavu svih poznatih vrsta.

Kako izgleda pomrčina Sunca iz svemira? Pogledajte zadivljujuću snimku NASA-ine kamere

S obzirom na ovisnost tih faza, Madau tvrdi da je Drakeova jednadžba samo dio priče. Istražujući onkraj nje, stvorio je matematički okvir za procjenu kada su se “umjereni zemaljski planeti” (UZP) formirali u našem uglu galaktike i kada su se mogli pojaviti mikrobi. Taj okvir omogućuje znanstvenicima da odrede koje bi zvijezde mogle biti optimalni kandidati u potrazi za atmosferskim biosignaturama.

Jasan izračun

Madau objašnjava da se njegov pristup sastoji od razmatranja lokalne populacije dugovječnih zvijezda, egzoplaneta i UZP-ova, kao niza matematičkih jednadžbi koje se mogu numerički riješiti kao funkcija vremena. Njegov je izračun naposljetku pokazao da unutar sto parseka od Sunca može postojati čak 10.000 stjenovitih planeta koji kruže u nastanjivim zonama oko matičnih zvijezda.

Osim toga, Madau je otkrio da je formiranje UZP-ova u blizini Sunčeva sustava vjerojatno bilo epizodično, počevši s praskom formiranja zvijezda prije oko deset milijarda godina, nakon čega je uslijedio još jedan događaj koji je dosegao vrhunac prije oko pet milijarda godina i koji je proizveo Sunčev sustav.

Još jedan zanimljiv zaključak iz Madauova matematičkog okvira ukazuje na to da je većina UZP-ova unutar sto parseka vjerojatno starija od Sunčeva sustava, što samo potvrđuje da smo “relativno kasno došli na zabavu”.

Jednako su zanimljive implikacije koje bi njegova studija mogla imati na potragu za izvanzemaljskim životom.

Koristeći općeprihvaćenu vremensku crtu nastanka života na Zemlji (abiogenezu) i primjenjujući konzervativnu procjenu prevalencije života na drugim planetima, Madauov je okvir također ukazao na to koliko bi mogao biti udaljen najbliži egzoplanet koji sadrži život.

“Ako se na više od 1 % UZP-ova mikrobni život pojavio u istom vremenskom rasponu kao i na Zemlji (a to je veliko ako), tada će najbliži planet sličan Zemlji, na kojem se nalazi život, biti udaljen manje od 20 parseka (65 svjetlosnih godina)”, kaže astrofizičar.

NASA poslala letjelicu na objekt ogromne vrijednosti: ‘Milijun puta premašuje svjetsko gospodarstvo’

To bi mogao biti razlog za određeni oprezni optimizam u potrazi za markerima nastanjivosti i biopotpisima do kojih ćemo doći rabeći sljedeće generacije instrumenata. Nije potrebno isticati da će biopotpise biti iznimno teško detektirati. Istodobno je moguće i to da život može biti toliko rijedak da nećemo pronaći biosignature ni unutar tisuću parseka, objasnio je Madau.

Oprezni optimizam

Naravno, nema jamstava da bilo koji UZP u blizini Sunčeva sustava može podržavati život. Uzroci i uobičajenosti abiogeneze jedna su od najmanje shvaćenih znanstvenih potraga, uglavnom zato što nema mnogo podataka.

Sa samo jednim potvrđenim primjerkom – Zemljom – znanstvenici ne mogu sa sigurnošću reći koja je kombinacija uvjeta nužna za nastanak života. Madau priznaje da je njegov pristup statističke prirode, no njegov bi rad mogao imati značajne implikacije za astrobiologiju u bliskoj budućnosti.

“Karakterizacija planeta sličnih Zemlji bit će primarna znanstvena metrika za buduće vodeće svemirske misije. Uz priliku koja se brzo približava za potragu za nastanjivim okruženjima i životom na egzoplanetima dolazi pravi izazov dizajniranja optimalne strategije promatranja. Detaljne spektralne studije atmosfere nekoliko egzoplaneta moraju biti popraćene populacijskim studijama osmišljenima da otkriju trendove u svojstvima planeta i statističkim studijama koje će nam omogućiti da procijenimo vjerojatnost detektiranja biosignature”, zaključio je američki astrofizičar.