Naukowcy odkryli, ile wody potrzebują egzoplanety, aby mogło na nich istnieć życie

Nowe badanie wskazuje, ile wody musi znajdować się na egzoplanetach, aby mogło na nich istnieć życie. Światy wielkości Ziemi potrzebują nawet 20–50% ilości wody zawartej w ziemskich oceanach, aby utrzymać stabilny obieg węgla, który sprawia, że mogą nadawać się do zamieszkania.

Woda na egzoplanetach a możliwość życia – kluczowy próg

.W ramach nowego badania naukowcy z University of Washington wykazali, że planeta wielkości Ziemi potrzebuje co najmniej 20–50 proc. ilości wody z naszych oceanów, aby utrzymać kluczowy naturalny cykl, który utrzymywałby ją w stanie nadającym się do zamieszkania. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „The Planetary Science Journal”.

Astronomowie uważają, że istnieją miliardy planet poza naszym Układem Słonecznym. Ponad 6 tysięcy z nich udało się potwierdzić jako obce światy, ale tylko niektóre teoretycznie mogłyby nadawać się do zamieszkania. Poszukiwania życia dotychczas koncentrowały się na globach w „strefie zamieszkiwalnej”, czyli obszarze, który nie jest ani zbyt blisko, ani zbyt daleko od gwiazdy macierzystej. Planety tam się znajdujące badacze uznają za potencjalnie nadające się do zamieszkania, ponieważ mogą utrzymywać wodę w stanie ciekłym na powierzchni.

.„Gdy szukasz życia w szerokim krajobrazie Wszechświata przy ograniczonych zasobach, musisz odfiltrować niektóre planety” – mówi Haskelle White-Gianella z University of Washington.

Woda, choć niezbędna, nie gwarantuje istnienia życia. W nowym badaniu naukowcy starali się jeszcze bardziej zawęzić poszukiwania, przyglądając się bliżej egzoplanetom z niewielką jej ilością.

„Interesowały nas suche planety z bardzo ograniczonymi zasobami wody na ich powierzchniach – znacznie mniejszymi niż jeden ziemski ocean. Wiele z tych światów znajdowało się w strefie zamieszkiwalnej swojej gwiazdy, ale nie byliśmy pewni, czy mogą być faktycznie nadające się do zamieszkania” – twierdzi Haskelle White-Gianella.

Dlaczego geologiczny cykl węgla zależy od obecności wody

.Analizy naukowców wskazały, że możliwość zamieszkania zależy od geologicznego obiegu węgla (ang. geologic carbon cycle) – procesu napędzanego przez wodę, w ramach którego zachodzi wymiana węgla między atmosferą a wnętrzem planety w skali milionów lat, co stabilizuje temperaturę powierzchni.

Na Ziemi dwutlenek węgla pochodzący z wulkanów w naturalnym systemie gromadzi się w atmosferze, a następnie wraca na powierzchnię rozpuszczony w wodzie opadowej. Deszcz eroduje i chemicznie reaguje ze skałami na powierzchni, a następnie węgiel jest transportowany do oceanów, gdzie opada na dno morskie. Tektonika płyt wciąga bogate w niego płyty oceaniczne pod kontynenty. Po milionach lat węgiel ponownie wynurza się na powierzchnię wraz z wypiętrzaniem.

Jeśli poziom wody spadłby zbyt nisko, aby mogły występować opady, usuwanie węgla poprzez wietrzenie nie nadążałoby za emisjami z erupcji wulkanicznych i poziom dwutlenku węgla w atmosferze gwałtownie wzrósłby, wpływając na wodę. Rosnące temperatury wpływałyby na jej parowanie, inicjując niekontrolowane ocieplenie, które czyniłoby planetę zbyt gorącą, by mogło istnieć życie.

„To niestety sprawia, że te suche planety w strefach zamieszkiwalnych są najprawdopodobniej mało gościnnymi miejscami” – podkreśla Haskelle White-Gianella.

Woda na suchych światach

.Chociaż naukowcy dysponują instrumentami, które mogą mierzyć ilość wody powierzchniowej, skaliste egzoplanety są trudne do bezpośredniej obserwacji. W badaniu naukowcy przeprowadzili serię złożonych symulacji, aby lepiej zrozumieć, jak jej zasoby mogą zachowywać się na pustynnych światach.

Wcześniejsze próby modelowania obiegu węgla koncentrowały się na chłodniejszych i bardziej wilgotnych planetach. Uwzględniały one parowanie pod wpływem promieniowania słonecznego, ale nie brały pod uwagę innych czynników, takich jak wiatr. Astronomowie dostosowali istniejące modele do bardziej suchych planet, doprecyzowując szacunki parowania i opadów. Wyniki pokazały, że nawet planety, które powstały z wodą utrzymującą się na ich powierzchni, mogą ją utracić, przechodząc z potencjalnie zamieszkiwalnych w niezdatne do życia z powodu zakłócenia obiegu węgla.

Wenus jako przykład utraconej szansy na obecność życia

.Wenus ma mniej więcej ten sam rozmiar co Ziemia, prawdopodobnie powstała w tym samym czasie i mogła uformować się z podobną ilością wody. Jednak obecnie na jej powierzchni panują znacznie wyższe temperatury i ciśnienie. Istnieje wiele teorii wyjaśniających, dlaczego planety te tak bardzo się różnią. Badacze wskazują, że Wenus, będąc bliżej Słońca, mogła uformować się z nieco mniejszą ilością wody, co zaburzyło obieg węgla. Gdy temperatury powierzchni rosły wraz ze wzrostem dwutlenku węgla w atmosferze, sąsiadka Ziemi utraciła wodę i wszelkie życie, które teoretycznie mogło na niej istnieć.

.„Bardzo mało prawdopodobne jest, że w naszym życiu wylądujemy czymś na powierzchni egzoplanety, ale Wenus – nasza najbliższa sąsiadka – jest niezwykle podobna do tych światów. Nasze badania pomagają lepiej zrozumieć, które odległe planety potencjalnie mogłyby nadawać się do zamieszkania” – podsumowuje Haskelle White-Gianella.

Emil Gołoś