Dlaczego planety, na których może istnieć życie są tak rzadkie?

Astronomowie dowiedzieli się więcej, dlaczego planety, na których może istnieć życie są tak rzadkie we Wszechświecie. Jest to związane ze składnikami, z których formują obce światy.

.Jak tłumaczą naukowcy, aby życie mogło rozwinąć się na jakiejkolwiek planecie, potrzebne są konkretne pierwiastki chemiczne, jakie jak fosfor i azot, w odpowiednio dużych ilościach. Fosfor jest kluczowy dla tworzenia DNA i RNA, które przechowują i przekazują informacje genetyczne, oraz dla równowagi energetycznej komórek. Azot jest niezbędnym składnikiem białek, które są potrzebne do tworzenia, struktury i funkcjonowania komórek. Bez tych dwóch pierwiastków organizmy nie mogą powstać z materii nieożywionej.

W ramach nowego badania, naukowcy z ETH Zurich, pod kierownictwem Craiga Waltona i Marii Schönbächle, odkryli, że fosfor i azot muszą być obecne w wystarczających ilościach już podczas formowania się jądra planety, aby teoretycznie mogło w przyszłości rozwinąć się na niej życie. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Nature Astronomy.

„Podczas formowania się jądra planety musi być obecna odpowiednia ilość tlenu, aby fosfor i azot mogły utrzymać się na powierzchni planety. Tak właśnie było na Ziemi około 4,6 miliarda lat temu — prawdziwy chemiczny łut szczęścia w skali Wszechświata. To odkrycie może wpłynąć na sposób, w jaki poszukujemy życia w innych częściach kosmosu” – mówi Craig Walton z ETH Zurich.

Jak opisują astronomowie, na początku formowania się planet, rozwijają się one z roztopionej skały. W tym czasie zachodzi proces sortowania, w czasie którego ciężkie metale (w rozumieniu astronomicznym pierwiastki cięższe od helu), takie jak żelazo, opadają w dół i tworzą jądro, podczas gdy lżejsze tworzą płaszcz, a później skorupę. Jednak, jeśli podczas formowania jądra występuje zbyt mało tlenu, fosfor może łączyć się z cięższymi metalami, takimi jak żelazo i przechodzić do jądra. Wówczas może na powierzchni może go być zbyt mało dla rozwoju życia. Z drugiej strony, zbyt duża ilość tlenu podczas formowania jądra powoduje, że fosfor pozostaje w płaszczu, a azot ma większe prawdopodobieństwo ucieczki do atmosfery, co ostatecznie prowadzi do jego utraty.

W badaniu naukowcy wykazali, że tylko w wyjątkowo wąskim zakresie średniego poziomu tlenu – nazwanym jako chemiczna strefa „Złotego Środka” („chemical Goldilocks zone”) – zarówno fosfor, jak i azot pozostają w płaszczu w wystarczających ilościach.

„Nasze modele wyraźnie pokazały, że Ziemia znajdowała się dokładnie w tym zakresie. Gdyby podczas formowania jądra było nieco więcej lub nieco mniej tlenu, nie byłoby wystarczającej ilości fosforu ani azotu do rozwoju życia na naszej planecie” – podkreśla Craig Walton.

Badacze odkryli również, że podczas formowania innych planet, takich jak Mars, poziom tlenu był poza tą strefą „Złotego Środka”, co skutkowało tym, że w ich płaszczach nie było wystarczającej ilości fosforu ani azotu.

Analizy te mogą zmienić sposób poszukiwania życia w kosmosie przez astronomów. Dotychczas badacze skupiali się głównie na tym, czy na danej planecie może być obecna woda, jednak to podejście może być niewystarczające.

Ilość tlenu dostępnego podczas formowania się planety może sprawić, że wiele z nich od samego początku nie posiada odpowiednich warunków chemicznych do powstania życia, nawet jeśli występuje na nich woda i wydają się posiadać sprzyjające ku temu warunki.

Jak twierdzą naukowcy, występowanie tych konkretnych warunków chemicznych, teoretycznie umożliwiających powstanie życia, jest możliwie do wykrycia w innych układach planetarnych za pomocą dużych teleskopów. Ilość tlenu w czasie formowania się planet zależy od składu chemicznego ich gwiazdy macierzystej. Ich struktura kształtuje cały system planetarny wokół niech, ponieważ planety są w dużej mierze zbudowane z tych samych materiałów co ich gwiazda macierzysta.

.„Układy planetarne, które znacznie różnią się od naszego pod względem składu chemicznego, nie są więc dobrym miejscem do poszukiwania życia w kosmosie. Nasze analizy sugerują, że musimy przyglądać się układom bardziej specyficznych pod względem chemicznym. Powinniśmy szukać obcych światów, które krążą wokół gwiazd podobnych do naszego Słońca” – podsumowuje podkreśla Craig Walton.

Oprac. EG