Kopš Keplera kosmiskais teleskops tika palaists kosmosā, zināmo planētu skaits ārpus mūsu Saules sistēmas (eksoplanetes) ir eksponenciāli pieaudzis. Pašlaik 3918 planētas ir apstiprinātas 2918 zvaigžņu sistēmās, bet 3968 gaida apstiprinājumu. No tiem aptuveni 50 orbītā viņu zvaigznes apļveida apdzīvojamā zonā (pazīstama arī kā “Goldilocks Zone”) - attālums, kurā šķidrs ūdens var pastāvēt uz planētas virsmas.
Tomēr jaunākie pētījumi ir izvirzījuši iespēju, ka mēs uzskatām par apdzīvojamu zonu, pārāk optimistiski. Saskaņā ar jaunu pētījumu, kas nesen parādījās tiešsaistē, ar nosaukumu “Ierobežota dzīvotnes zona sarežģītai dzīvei”, apdzīvojamās zonas varētu būt daudz šaurākas, nekā sākotnēji tika domāts. Šie atradumi varētu krasi ietekmēt to planētu skaitu, ko zinātnieki uzskata par “potenciāli apdzīvojamiem”.
Pētījumu vadīja Edvards W. Schwieterman, NASA pēcdoktorantūras programmas stipendiāts Kalifornijas universitātē Riversaidas štatā, un tajā tika iekļauti Alternatīvo Zemes komandas (NASA Astrobioloģijas institūta daļa), Nexus for Exoplanet System Science (NExSS) pētnieki, un NASA Goddard kosmosa pētījumu institūts.
Saskaņā ar iepriekšējām aplēsēm, pamatojoties uz Keplers datus, zinātnieki secināja, ka, iespējams, tikai Piena ceļa galaktikā būs 40 miljardi Zemei līdzīgu planētu, no kurām 11 miljardi, iespējams, riņķo kā tādas zvaigznes kā mūsu Saule (t.i., G tipa dzeltenie punduri). Citi pētījumi ir norādījuši, ka šis skaits varētu būt pat 60 miljardi vai pat 100 miljardi, atkarībā no parametriem, kurus mēs izmantojam, lai noteiktu apdzīvojamās zonas.
Šie rezultāti noteikti ir iepriecinoši, jo tie liek domāt, ka Piena ceļš varētu piepildīt dzīvi. Diemžēl jaunākie ārpussaules planētu pētījumi ir radījuši šaubas par šīm iepriekšējām aplēsēm. Tas jo īpaši attiecas uz plūdmaiņu aizslēgtām planētām, kas riņķo ap M veida zvaigznēm (sarkanais punduris).
Turklāt pētījumi par to, kā dzīve attīstījās uz Zemes, ir parādījuši, ka ūdens vien negarantē dzīvību - tāpat šajā gadījumā nav skābekļa klātbūtnes. Turklāt Schwieterman un viņa kolēģi apsvēra divus citus galvenos bioparakstus, kas ir nepieciešami dzīvībai, kā mēs to zinām, - oglekļa dioksīdu un oglekļa monoksīdu.
Pārāk daudz šo savienojumu būtu toksiski sarežģītajai dzīvei, turpretī pārāk maz nozīmētu, ka agri prokarioti neradīsies. Ja dzīvība uz Zemes ir kāda norāde, pamata dzīvības formas ir būtiskas, ja ir jāizveido sarežģītākas, skābekli patērējošas dzīvības formas. Šī iemesla dēļ Šveiksmans un viņa kolēģi mēģināja pārskatīt apdzīvojamās zonas definīciju, lai to ņemtu vērā.
Lai būtu godīgi, apdzīvojamās zonas apjoma aprēķināšana nekad nav vienkārša. Papildus attālumam no zvaigznes, planētas virsmas temperatūra ir atkarīga no dažādiem atmosfēras atgriezeniskās saites mehānismiem - piemēram, siltumnīcas efekta. Turklāt tradicionālajā apdzīvojamās zonas definīcijā tiek pieņemti “Zemei līdzīgi” apstākļi.
Tas nozīmē atmosfēru, kas ir bagāta ar slāpekli, skābekli, oglekļa dioksīdu un ūdeni un ir stabilizēta ar to pašu karbonāta-silikāta ģeoķīmiskā cikla procesu, kas pastāv uz Zemes. Šajā procesā nogulsnēšanās un laika apstākļu ietekmē silikāta ieži kļūst oglekļaini, savukārt ģeoloģiskās aktivitātes dēļ oglekļa ieži atkal kļūst uz silikāta bāzes.
Tas noved pie atgriezeniskās saites, kas nodrošina oglekļa dioksīda līmeņa atmosfērā saglabāšanos samērā stabilu, tādējādi ļaujot paaugstināties virsmas temperatūrai (pazīstams arī kā siltumnīcas efekts). Jo tuvāk planētai ir apdzīvojamās zonas iekšējā mala, jo mazāk oglekļa dioksīda ir nepieciešams, lai tas notiktu. Kā Schwieterman paskaidroja nesenā MIT Technology Review rakstā:
"Bet apdzīvojamās zonas vidējā un ārējā reģionā oglekļa dioksīda koncentrācijai atmosfērā jābūt daudz augstākai, lai uzturētu virszemes šķidrā ūdens temperatūru labvēlīgu."
Lai ilustrētu, komanda izmantoja Kepler-62f kā piemēru - superzemi, kas riņķo ap K veida zvaigzni (nedaudz mazāku un blāvāku par mūsu Sauli), kas atrodas apmēram 990 gaismas gadu attālumā no Zemes. Šī planēta riņķo ap savu zvaigzni apmēram tādā pašā attālumā kā Venēra izdara Sauli, bet zvaigznes zemākā masa nozīmē, ka tā atrodas apdzīvojamās zonas ārējā malā.
Kad šī planēta tika atklāta 2013. gadā, tika uzskatīts, ka šī planēta ir labs ārpuszemes dzīves kandidāts, pieņemot, ka ir pietiekams siltumnīcas efekts. Tomēr Šveicemans un viņa kolēģi aprēķināja, ka tas prasīs 1000 reizes vairāk oglekļa dioksīda (no 300 līdz 500 kilopaskāliem) nekā tas, kas eksistēja uz Zemes, kad pirmo reizi attīstījās sarežģītas dzīvības formas (apmēram 1,85 miljardi gadu atpakaļ).
Tomēr šis oglekļa dioksīda daudzums būtu toksisks vissarežģītākajām dzīvības formām šeit uz Zemes. Tā rezultātā Kepler-62f nebūtu piemērots dzīvības kandidāts, pat ja tas būtu pietiekami silts, lai būtu šķidrs ūdens. Tiklīdz viņi ņēma vērā šos fizioloģiskos ierobežojumus, Šveiks un viņa komanda secināja, ka sarežģītās dzīves apdzīvojamajai zonai jābūt ievērojami šaurākai - ceturtdaļai no iepriekš aplēstās.
Šveiceters un viņa kolēģi arī aprēķināja, ka dažām eksoplanetām, iespējams, ir augstāks oglekļa monoksīda līmenis, jo tās riņķo ap vēsām zvaigznēm. Tas rada ievērojamu ierobežojumu sarkano punduru zvaigžņu apdzīvojamām zonām, kuras 75% gadījumu veido Visuma zvaigznes un kuras, domājams, ir visdrīzākā vieta, kur atrast planētas, kurām ir sauszemes (t.i., klinšainas) dabas.
Šiem atklājumiem varētu būt krasa ietekme uz to, ko zinātnieki uzskata par “potenciāli apdzīvojamiem”, nemaz nerunājot par zvaigznes apdzīvojamās zonas robežām. Kā skaidroja Šveicers:
"Viena no tām nozīmē, ka mēs, iespējams, negaidīsim, ka uz planētām, kas riņķo pa vēlu M punduriem, vai uz potenciāli apdzīvojamām planētām, kas atrodas tuvu to apdzīvojamo zonu ārējai malai, var rasties saprātīgas dzīves vai tehnisko parakstu pazīmes."
Lai vēl vairāk sarežģītu jautājumus, šis pētījums ir viens no vairākiem, lai izvirzītu papildu ierobežojumus tam, ko varētu uzskatīt par apdzīvojamām vēlu planētām. Tikai 2019. gadā ir veikti pētījumi, kas parāda, kā sarkano punduru zvaigžņu sistēmās var nebūt dzīvībai nepieciešamo izejvielu, lai veidotos, un ka sarkanās punduru zvaigznes, iespējams, nenodrošina pietiekami daudz fotonu fotosintēzes norisei.
Tas viss palielina acīmredzamo iespēju, ka dzīve mūsu galaktikā var būt retāka, nekā tika domāts iepriekš. Bet, protams, ir nepieciešams veikt vairāk pētījumu, lai pilnīgi droši zinātu, kas ir apdzīvojamības robežas. Par laimi, mums nevajadzēs pārāk ilgi gaidīt, lai uzzinātu, jo nākamajā desmitgadē sāks darboties vairāki nākamās paaudzes teleskopi.
Tie ietver Džeimsa Veba kosmiskais teleskops (JWST), Īpaši liels teleskops (ELT) un Milzu Magelāna teleskops (GMT). Paredzams, ka šie un citi progresīvie instrumenti ļaus veikt daudz detalizētākus eksoplanetu pētījumus un raksturojumus. Kad viņi to darīs, mums būs labāks priekšstats par to, cik liela varbūtība ir dzīve tur.
