MLADINA Trgovina

Staš Zgonik

3. 3. 2017  |  Mladina 9  |  Družba

Novi svetovi

Iskanje planetov, podobnih Zemlji, je v velikem razmahu. V nekaj letih bomo lahko sklepali tudi o tem, ali imajo prebivalce.

Štirideset svetlobnih let od Zemlje, v zvezdnem sistemu Alfe Kentavra, je zvezda Trappist-1. Zvezda je izjemno majhna, le malo večja od Jupitra. A ker ima kljub temu 80-krat tolikšno maso kot Jupiter, je temperatura v njenem jedru še ravno dovolj visoka za pretvorbo vodika v helij, s čimer sploh izpolnjuje pogoje za uvrstitev med zvezde. Njena svetlost je dvatisočkrat manjša od svetlosti Sonca.

V bližini te zvezde kroži sedem planetov. Vseh sedem planetov je bliže njihovi zvezdi, kot je Merkur blizu Soncu. Prav tako so zelo blizu drug drugemu. Leto na najbolj oddaljenem od planetov traja le približno 20 zemeljskih dni, na najbližjem pa le dan in pol. »Če bi stali na enem od planetov, bi na sosednjih planetih, ki bi bili na trenutke videti večji kot naša Luna, morda lahko opazovali geološke značilnosti ali vremenske pojave,« trdijo pri ameriški vesoljski agenciji Nasa.

Sodeč po podatkih o njihovi gostoti, ki imajo sicer precej veliko mersko napako, je vseh sedem planetov kamnitih, na vseh bi utegnila obstajati tudi voda. Trije od planetov pa naj bi bili celo ravno prav oddaljeni od zvezde, da bi na njih lahko obstajala tekoča voda, in s tem bi bil izpolnjen eden od osnovnih pogojev za razvoj življenja, kot ga poznamo.

Zvezdo Trappist-1 že dalj časa intenzivno preučujejo astronomi pod vodstvom Belgijca dr. Michaela Gillona z Univerze v Liegu. Maja lani je njegova skupina naznanila odkritje treh planetov, ki krožijo okrog nje. O njih so želeli izvedeti več, pri tem pa je ključno vlogo odigral Nasin vesoljski teleskop Spitzer. Gre za infrardeči teleskop, ki je idealen za opazovanje zvezd, kot je Trappist-1, ki največ svetlobe oddaja na valovnih dolžinah zunaj vidnega spektra. Lani jeseni je Spitzer zvezdo neprekinjeno opazoval kar 500 ur. In zaznal ne samo tri, temveč sedem planetov. Največ doslej pri eni sami zvezdi. Ki je povrh tega še zelo blizu, oddaljena le štirideset svetlobnih let. To, da so vsi planeti verjetno kamniti in po velikosti primerljivi z Zemljo, je bila le še »češnja na torti«.

Letos bo minilo 25 let od potrjenega odkritja prvega planeta zunaj našega Osončja, ki jim astronomi rečejo eksoplaneti. Doslej jih je bilo odkritih že več kot 3500. V vesolju jih je praktično nešteto.

Letos bo minilo 25 let od potrjenega odkritja prvega planeta zunaj našega Osončja, ki jim astronomi rečejo eksoplaneti. Doslej jih je bilo odkritih že več kot 3500. V vesolju jih je praktično nešteto.

Iskanje eksoplanetov je trenutno verjetno najbolj priljubljeno področje astronomije, tako pri raziskovalcih in študentih kot tudi, kar je še posebej pomembno, splošni javnosti. »Raziskovanje eksoplanetov je področje, za katero je verjetno najlaže dobiti raziskovalna sredstva,« pravi profesorica astronomije na Univerzi v Novi Gorici dr. Andreja Gomboc. »Eksoplaneti so zelo popularni tudi zaradi učinka na javnost. Osnov ni težko razumeti. Ljudje lahko tudi brez kakšnega astronomskega predznanja razumejo, da ima neka zvezda planete, tako kot naše Sonce.« Še posebej pomemben dejavnik pri tem pa je neizogibno vprašanje: Ali je morda na tem planetu življenje?

V znanstvenem smislu sicer eksoplaneti po besedah dr. Gombočeve niso nekaj zelo posebnega, kar bi zelo spremenilo naš pogled na vesolje. »Astronomi izhajamo iz prepričanja, da to, kar vidimo v svoji okolici, verjetno ni nič posebnega in mora obstajati tudi kje drugje. Če ima naše Sonce planete, jih imajo verjetno tudi druge zvezde. Je pa tehnologija opazovanja v zadnjem času tako napredovala, da lahko odkrijemo in izmerimo vpliv teh planetov na njihovo okolico, s čimer lahko tudi s podatki potrdimo njihov obstoj.« Fascinantno je, kako veliko podatkov je mogoče dobiti o teh planetih samo na podlagi opazovanja s teleskopi.

Ko astronomi opazujejo zvezdo, so pozorni na podatke o minimalnih spremembah v njihovi svetlosti. Če se take spremembe pojavljajo v enakih časovnih razmikih, to lahko pomeni, da okoli zvezde verjetno kroži planet, ki se ob vsakem obhodu za nekaj časa »vrine« med zvezdo in Zemljo. »Obseg zatemnitve zvezde nam pove polmer planeta, trajanje mrka nam pove, kakšna je njegova hitrost potovanja. Ko opazujemo več zaporednih zatemnitev, lahko sklepamo, kolikšen je čas potovanja okoli zvezde,« pravi Andreja Gomboc. Če poznamo maso zvezde in izmerimo obhodni čas planeta, lahko izračunamo njegovo oddaljenost od zvezde.

Če je planetov več in niso preveč daleč narazen, je mogoče iz podatkov o časih njihovega potovanja okoli zvezde dobiti še več uporabnih informacij. Zaradi gravitacijskih vplivov med planeti se namreč ti okoli zvezde ne gibljejo vedno s povsem enako hitrostjo, temveč na enem delu orbite nekoliko pospešijo, na drugem pa nekoliko upočasnijo. Zaradi tega planeti lahko zamujajo ali prehitevajo pri »prehodu« čez zvezdo. S pomočjo podatka o tem časovnem odklonu pa je ob vseh že znanih podatkih mogoče oceniti maso planetov. Razmerje med maso in prostornino nam lahko s precejšnjo natančnostjo pove, ali je planet kamnit ali plinast. V našem Osončju so razlike v gostoti med planeti zelo velike. Merkur, Venera, Zemlja in Mars imajo približno petkratno gostoto vode, ostali planeti pa so le tako gosti kot voda ali še celo manj.

Na podlagi teh podatkov pa je že mogoče sklepati o tem, ali bi razmere na planetu lahko omogočale obstoj tekoče vode in s tem razvoj življenja.

Dr. Giovanni Vladilo je astronom na izpostavi italijanskega Nacionalnega inštituta za astrofiziko v Trstu, ki se ukvarja prav s podnebjem in presojanjem življenjskih razmer na eksoplanetih. S preprostimi računalniškimi modeli skuša na podlagi znanih podatkov o planetih ugotavljati, kako prijazno je njihovo podnebje. »Če poznamo izsev zvezde ter razdaljo med zvezdo in planetom, lahko izračunamo gostoto svetlobnega toka, ki doseže planet, iz česar lahko izračunamo njegovo osončenost, ki je za podnebje ključna. Če bi osončenost Zemlje spremenili samo za deset odstotkov, bi naš planet ali vrel ali pa povsem zamrznil.«

Zvezda Trappist-1 in njenih sedem planetov, kot si jih je po posvetovanju z raziskovalci predstavljal animator Tim Pyle z univerze Caltech, ki redno oblikuje vesoljske motive za Naso.

Zvezda Trappist-1 in njenih sedem planetov, kot si jih je po posvetovanju z raziskovalci predstavljal animator Tim Pyle z univerze Caltech, ki redno oblikuje vesoljske motive za Naso.
© Nasa

Lani odkriti planet Proksima b kroži okoli nam najbližje zvezde Proksima Kentavra in je tako nam najbližji eksoplanet, oddaljen le štiri svetlobna leta. Verjetno je kamnit, na njem bi lahko obstajala voda, a za življenje je verjetno prehladen. Na sliki površje planeta, kakršno si je zamislil grafi k Martin Kornmesser iz Evropske vesoljske agencije.

Lani odkriti planet Proksima b kroži okoli nam najbližje zvezde Proksima Kentavra in je tako nam najbližji eksoplanet, oddaljen le štiri svetlobna leta. Verjetno je kamnit, na njem bi lahko obstajala voda, a za življenje je verjetno prehladen. Na sliki površje planeta, kakršno si je zamislil grafi k Martin Kornmesser iz Evropske vesoljske agencije.
© ESO

Odkritje planetarnega sistema Trappist-1 ga je navdušilo. »Impresivno je, kako so planeti podobni Zemlji po obsegu in ocenjeni gostoti, poleg tega pa je pri nekaterih tudi osončenost zelo podobna tisti na Zemlji.« A kljub temu je pri napovedih o življenjskih razmerah na njih previdnejši kot raziskovalci, ki so jih odkrili. »Na podlagi znanih podatkov je po mojem mnenju samo eden od sedmih planetov potencialno primeren za življenje. Raziskovalci so pri iskanju za življenje primernih razmer vzeli največji mogoči objavljeni razpon, ki pa je močno pretiran.« Za to krivi predvsem nagnjenost k pretiravanju, ki je po njegovem značilna za Naso. »Vzdrževati morajo zanimanje javnosti.«

Leta 2015 odkriti eksoplanet Kepler-452b, 1400 svetolobnih let oddaljen od nas, ima vzdevek »Zemlja 2.0«. Ima skoraj idealno osončenost, njegovo leto je skoraj enako dolgo kot na Zemlji, njegova zvezda je zelo podobna Soncu. Po mnenju dr. Giovannija Vladila je trenutno najboljši znani kandidat za obstoj življenja. Na sliki primerjava med Zemljo in planetom Kepler-452b, ki ga je narisal Tim Pyle.

Leta 2015 odkriti eksoplanet Kepler-452b, 1400 svetolobnih let oddaljen od nas, ima vzdevek »Zemlja 2.0«. Ima skoraj idealno osončenost, njegovo leto je skoraj enako dolgo kot na Zemlji, njegova zvezda je zelo podobna Soncu. Po mnenju dr. Giovannija Vladila je trenutno najboljši znani kandidat za obstoj življenja. Na sliki primerjava med Zemljo in planetom Kepler-452b, ki ga je narisal Tim Pyle.
© Nasa

Večina »najobetavnejših« doslej odkritih eksoplanetov kroži okoli majhnih zvezd. Teh je v vesolju tudi največ. Zvezde, kot je Trappist-1, naj bi pomenile 75-odstotkov vseh zvezd v vesolju. In njihovo opazovanje je za astronome privlačno z več vidikov. »Astronomi so se namerno odločili za opazovanje majhnih zvezd. Enostavno je pri njih laže odkriti vpliv eksoplanetov,« pravi Andreja Gomboc. Ker so zvezde manj svetle, je zatemnitve, ki jih povzročajo planeti, mogoče laže in razločneje zaznati.

Zatemnitve povzročajo le planeti, katerih orbite so dovolj vodoravne glede na naš pogled, da pri kroženju »prečkajo« planet. Večine eksoplanetov z drugačno orientiranimi orbitami zato ni mogoče zaznati na tak način. Je pa mogoče s tako imenovano metodo radialne hitrosti zaznati, ali zvezda zaradi gravitacijskega učinka planeta nekoliko pleše okoli njunega skupnega težišča. »Če je zvezda zelo masivna, bo planet povzročil le majhen učinek. Če je zvezda majhna, pa bo tak učinek planeta laže zaznati.« Če iščemo planete z možnostmi za obstoj življenja, prav tako ni dobro, če je zvezda zelo velika. Planeti v idealnem temperaturnem pasu morajo biti namreč v tem primeru od nje zelo oddaljeni, kar pa seveda prav tako zmanjša možnost in natančnost zaznave.

Obstaja pa še eno pomembno dejstvo, ki govori v prid majhnim zvezdam. »Če želimo najti življenje na drugih planetih, potrebujemo zvezde z dovolj dolgo življenjsko dobo, da se ima življenje možnost razviti,« razlaga Andreja Gomboc. »Zelo masivne zvezde imajo za to prekratko življenjsko dobo. Manjša ko je zvezda, daljšo življenjsko dobo ima.« Življenjska doba velikih zvezd je od 10 do 100 milijonov let, naše Sonce naj bi imelo življenjsko dobo približno 10 milijard let, življenjska doba zvezde Trappist-1 pa je še približno tisočkrat daljša od Sončeve.

Štirideset svetlobnih let, kolikor je oddaljen zvezdni sistem Trappist-1, je za astronome bližnja soseščina. Ta bližina jim bo z novimi instrumenti omogočala preučevanje ozračij teh planetov.

Dolgoživost te zvezde je v reviji Nature še nazorneje opisal profesor astronomije z nizozemske univerze v Leidnu dr. Ignas Snellen. »Čez nekaj milijard let, ko bo Soncu zmanjkalo goriva in bo naše Osončje prenehalo obstajati, bo Trappist-1 še vedno mlada zvezda. Vodik porablja tako počasi, da bo živela še nadaljnjih 10 bilijonov let – več kot 700-krat dlje, kot je minilo od nastanka vesolja. To pa je verjetno dovolj časa za razvoj življenja.« Dodana vrednost sistema Trappist-1 je po besedah dr. Giovannija Vladila v njegovi bližini. Oddaljenost štirideset svetlobnih let je za astronome bližnja soseščina. Ta bližina pa nam bo z novimi instrumenti omogočala preučevanje ozračij teh planetov.

Za prihodnje leto je napovedana izstrelitev novega vesoljskega teleskopa James Webb, ki naj bi bil zaradi večje občutljivosti sposoben zaznati sestavo atmosfer eksoplanetov. »Sestavo atmosfere je mogoče določiti tako, da svetlobo, ki jo oddaja, razcepimo na posamezne valovne dolžine,« pojasnjuje dr. Gomboc. »Čim pa razcepimo svetlobo v spekter, potrebujemo več svetlobe. To pa pomeni, da potrebujemo večjo zbiralno površino.« V puščavi Atacama v Čilu naj bi na 3000 metrih nadmorske višine do leta 2024 zrasel skoraj 40-metrski optični teleskop, ki bo štirikrat večji od trenutnega rekorderja na Kanarskih otokih in bo sposoben zbrati 13-krat toliko svetlobe.

Podatki o lastnostih ozračja pa vam lahko povedo veliko tudi o drugih lastnostih planeta, na primer temperaturi in ne nazadnje tudi o morebitnem obstoju življenja, pravi Giovanni Vladilo. »Najdba kisika sama po sebi še ne bi bila dokaz življenja, saj je kisika v vesolju v izobilju, a bi bila vseeno izjemno odkritje. Kisik je zelo reaktiven, na kamnitem planetu bi se hitro vezal na kamnine in izginil iz atmosfere. Na Zemlji imamo kisik v atmosferi le zato, ker ga nenehno proizvajajo živi organizmi.«

Če imajo majhne zvezde za astronome pri iskanju eksoplanetov veliko prednosti, pa imajo pri iskanju planetov, na katerih bi najlaže obstajalo življenje, tudi nekaj kritičnih slabosti. Ker zvezde svetijo zelo šibko, jim morajo biti planeti za idealne življenjske razmere zelo blizu. Zaradi bližine pa se po navadi kroženje planetov okoli zvezde uskladi z vrtenjem okoli njihove osi, kar pomeni, da so planeti k svoji zvezdi vedno obrnjeni z isto stranjo. To pa z vidika temperaturnih pogojev pomeni veliko težavo. Na eni strani planeta je verjetno mnogo prevroče, na drugi pa mnogo prehladno. »Če na planetu obstaja atmosfera, se sicer toplota lahko nekoliko prerazporedi, a to bi pomenilo vetrove izjemno velikih hitrosti,« pravi dr. Vladilo.

Čeprav so te zvezde majhne, so še vedno zelo aktivne, v obliki izbruhov in oddajanja visoko energijskih delcev, lahko celo bolj kot nekoliko večje zvezde, na primer naše Sonce. Planeti pa so zvezdi tako blizu, da so njeni aktivnosti zelo izpostavljeni. Povsem verjetno je, da je kakršnakoli ozračja na planetih v sistemu Trappist-1 njihova zvezda tako povsem uničila.

Znameniti fi zik Stephen Hawking in ruski milijarder Jurij Milner na predstavitvi projekta Starshot, katerega cilj je poslati sondo (ki jo na sliki kaže Milner) do najbližjih zvezd in planetov.

Znameniti fi zik Stephen Hawking in ruski milijarder Jurij Milner na predstavitvi projekta Starshot, katerega cilj je poslati sondo (ki jo na sliki kaže Milner) do najbližjih zvezd in planetov.
© Getty Images

Kljub temu je podrobno raziskovanje planetarnih sistemov malih zvezd v tem trenutku ključno za iskanje življenja v vesolju, meni dr. Vladilo. »Če se bo izkazalo, da planeti v bližini zelo majhnih zvezd niso primerni za življenje, bomo s tem izključili večino zvezd in njihovih planetov v vesolju.« In si s tem dodobra skrčili nabor primernih tarč za raziskovanje.

Natančno opazovanje bližnjih zvezd in njihovih planetov je eno. Potovanje tja je nekaj povsem drugega. »Večina znanstvenikov se o morebitnem potovanju na te planete sploh ne pogovarja,« pravi Giovanni Vladilo. »V tem trenutku, ne glede na visokoleteče besede, nismo sposobni poslati ljudi na Mars.« A veliko stvari, ki so se nekoč zdele kot znanstvena fantastika, je danes že realnost. »Pred 30 leti, ko niso odkrili še nobenega eksoplaneta, je bila znanstvena fantastika govoriti o eksoplanetih. Danes je to postala realnost, na podlagi katere se lahko konkretno, na znanstveni podlagi, sprašujemo, ali še kje obstaja življenje,« pravi Andreja Gomboc. Potovanje do eksoplanetov pa za zdaj tudi po njenem mnenju ostaja v znanstvenofantastični domeni. »Da bi tja poslali sondo? Morda. A do tega, da bi tja poslali človeško posadko, smo še zelo oddaljeni. Doslej smo bili zgolj nekajkrat na Luni, ki je oddaljena eno svetlobno sekundo.« Najbližji poznani eksoplaneti so oddaljeni štiri svetlobna leta oziroma 125-milijonkrat več. In še vedno so dva tisočkrat dlje od največje razdalje, ki jo je kadarkoli prepotovala človeška naprava. Do zdaj najhitrejše vesoljsko plovilo, Nasina sonda New Horizons, bi do tja potovalo več kot 800 tisoč let.

Ima pa zamisel, da bi v nam najbližji zvezdni sistem Alfa Kentavra poslali sondo, zelo znamenite in zelo bogate privržence. V projekt Starshot, pri katerem pomembno vlogo igra fizik Stephen Hawking in katerega namen je pospešiti razvoj tehnologij, ki bi omogočile premagovanje medzvezdnih razdalj v razumnejšem roku, je ruski internetni milijarder Jurij Milner vložil skoraj 100 milijonov evrov. Zamisel, s katero se poigravajo, je, da bi miniaturno sondo, opremljeno z ogromnim solarnim jadrom, s pomočjo laserskih žarkov pospešili do petine svetlobne hitrosti, s čimer bi sosednje zvezde dosegli v dvajsetih letih.

Samo v naši Galaksiji je na podlagi ekstrapolacije do zdaj znanih podatkov verjetno več deset milijard planetov, na katerih bi lahko bilo mogoče življenje. A verjetnost, da bi se razvilo življenje na katerem od planetov, ki kroži na ravno pravi razdalji okoli ravno prave zvezde, ki obstaja že dovolj dolgo, da se je na njej lahko razvilo življenje in na kateri se je življenje dejansko razvilo do naše tehnološke ravni, je vendarle majhna. »Pri oznanitvah odkritij novih eksoplanetov se redko razpravlja o tem ključnem vprašanju,« opozarja Giovanni Vladilo. »Tudi če je planet primeren za življenje, kakšna je verjetnost, da se bo življenje dejansko razvilo? Tega ne moremo vedeti. Prav tako ne moremo vedeti, koliko časa mora preteči od vznika življenja do razvoja tehnološke civilizacije. Na Zemlji je trajalo 3,5 milijarde let.« Najbolj grozno pa je po njegovem vprašanje, koliko časa lahko traja civilizacija, ko doseže določeno stopnjo razvoja. »Morda ne moremo uničiti našega planeta in življenja, sposobni pa smo uničiti sami sebe.«

Nam najbližji eksoplaneti so še vedno dvatisočkrat dlje, kot je najdaljša pot, ki jo je kadarkoli prepotovala človeška naprava. Doslej najhitrejše vesoljsko plovilo, Nasina sonda New Horizons, bi do tja potovalo več kot 800 tisoč let.

Pisma bralcev pošljite na naslov pisma@mladina.si. Minimalni pogoj za objavo je podpis z imenom in priimkom ter naslov. Slednji ne bo javno objavljen.