Egzoksiężyce siedliskiem życia - podstawowe założenia

Od nieco ponad dwudziestu lat, od czasu odkrycia pierwszego pozasłonecznego układu planetarnego (przez Aleksandra Wolszczana w 1992 roku), odkrywane są egzoplanety. Dziś znamy już ponad 860 "obcych światów" w różnych formach - od wielkich gazowych gigantów, krążących bardzo blisko swych gwiazd macierzystych, poprzez odpowiedniki Jowisza i Saturna z naszego Układu Słonecznego aż po małe, skaliste obiekty, nawet mniejsze od Ziemi.

Wraz z odkryciem i potwierdzeniem istnienia planet pozasłonecznych poszukiwanie życia we Wszechświecie nabrało rozpędu. W ostatnich latach badania skupiły się na dwóch potencjalnych typach obiektów, na których może powstać i utrzymać się życie:

- na obiektach planetarnych, krążących "niezależnie" wokół swych gwiazd macierzystych;

- na egzoksiężycach krążących wokół dużych gazowych planet pozasłonecznych, które z kolei krążą wokół swych gwiazd macierzystych w odpowiedniej odległości, w tzw. strefie zamieszkania.

Początkowo wydawało się, że nie będzie zbyt wielkiej różnicy pomiędzy warunkami dla życia na "niezależnej" planecie pozasłonecznej a egzoksiężycem, krążącym wokół gazowego giganta. Najnowsze publikacje wydają się jednak sugerować, że badacze podejrzewają, iż warunki na egzoksiężycach mogą być nieco inne i w porównaniu z egzoplanetami na tych obiektach mogą występować dodatkowe zjawiska wpływające na rozwój życia. Te zjawiska są nieobecne na "niezależnych" planetach pozasłonecznych.

Jeśli gazowy gigant krąży w odpowiedniej odległości od swej gwiazdy macierzystej, zwanej "strefą zamieszkania" lub "ekosferą", to na jego większych satelitach możliwe będzie stworzenie i utrzymanie warunków potrzebnych dla życia w formach znanych nauce. Ponieważ już dziś znamy potężne gazowe giganty, często wielokrotnie przewyższające masą Jowisza, wiemy, że teoretycznie jest możliwe utrzymanie dużych egzoksieżyców, także takich o zbliżonej wielkości i masie do Ziemi.

Dwóch naukowców, René Heller (niemiecki Leibniz Institute) i Rory Barnes (University of Washington oraz NASA Astrobiology Institute), postanowiło przedstawić zestaw warunków panujących na dużych satelitach gazowych gigantów krążących wokół innych gwiazd. Wniosek z ich publikacji naukowej jest następujący: warunki na takim dużym egzoksiężycu byłyby wyraźnie inne od tych, do których przyzwyczailiśmy się na Ziemi.

Naukowcy w swojej publikacji postulują przede wszystkim wprowadzenie określenia "krawędzi zamieszkania", bliżej której oddziaływanie z gazowym gigantem jest na tyle duże, że na egzoksiężycu będą panować skrajne warunki pogodowe, nawet porównywalne z tymi na Io, księżycu Jowisza. Dopiero od pewnej odległości od gazowego giganta oddziaływanie będzie mniejsze.

Ponadto satelita krążący wokół gazowego giganta będzie mieć zupełnie inny układ okresów z dużą i małą ilością oświetlenia. Te okresy nie byłyby takie same jak na Ziemi, gdzie występuje dzień i noc. W ruchu orbitalnym dookoła gazowego giganta wybrany punkt na powierzchni danego egzoksiężyca natrafiałby na następujące rejony:

- oświetlenie jedynie od gwiazdy macierzystej (np. egzoksiężyc "przed" gazowym gigantem);

- oświetlenie zarówno od gwiazdy macierzystej, jak i światło odbite od gazowego giganta ("obok" gazowego giganta);

- oświetlenie jedynie od gazowego giganta (w cieniu tej planety, po stronie zwróconej w kierunku gazowego giganta);

- bez oświetlenia ani od gwiazdy macierzystej, ani gazowego giganta (np. w cieniu tej planety, po stronie przeciwnej do gazowego giganta lub w cieniu pierścieni planety).

Te wszystkie rejony charakteryzowałyby się innymi warunkami oświetleniowymi, a co za tym idzie także transportem energii (np. za pomocą ruchów atmosfery) od strony nasłonecznionej do ciemnej. Może to oznaczać dość gwałtowne zmiany pogodowe na przestrzeni zaledwie kilku dni. Życie, które by powstało na takim egzoksiężycu, musiałoby się dostosować do zmiennych warunków oświetleniowych i pogodowych. Warto tu zauważyć, że na księżycowym niebie Ziemia świeci około 50 razy mocniej od Srebrnego Globu na naszym niebie - w przypadku egzoksiężyców ilość padającego światła od gazowego giganta może być jeszcze większa. Wyliczenia Hellera i Barnesa wskazują, że gazowy gigant może dostarczać do powierzchni egzoksiężyca do około siedmiu watów oświetlenia na metr kwadratowy, co może wpływać na lokalne warunki pogodowe. Dla porównania (w zależności m.in. od ilości chmur) powierzchnia Ziemi otrzymuje od Słońca od kilkudziesięciu do tysiąca watów oświetlenia na metr kwadratowy.

Ponadto siły pływowe w układzie egzoksiężyc-gazowy gigant mogą dostarczać dodatkowej energii na powierzchnię danego satelity. Ilość energii generowanej podczas pływów jest m.in. zależna od odległości, w jakiej dany egzoksiężyc krąży od swojego gazowego giganta. W skrajnym przypadku satelita może charakteryzować się dużą aktywnością wulkaniczną - podobnie jak wspomniany księżyc Jowisza, Io. Ten księżyc z pewnością leży przed "krawędzią zamieszkania" i takich obiektów prawdopodobnie jest dużo we Wszechświecie. Co ciekawe, siły pływowe mogą też wspomóc utrzymanie życia - w szczególności dla egzoskieżyców gazowych gigantów, które krążą poza ekosferą.

Jest prawdopodobne, że wokół niektórych gazowych gigantów mogą krążyć dwa lub trzy egzoksiężyce, na których możliwe byłoby powstanie i rozwój życia. Jowisz, wokół którego krążą cztery duże księżyce, jest tutaj dobrym przykładem na możliwość utrzymania dużej ilości satelitów wokół takiego obiektu planetarnego. Co ciekawe, jest możliwe, że na każdym z tych egzoksiężyców istniałyby zupełnie inne warunki do życia - np. jeden z obiektów byłby podobny do Ziemi, inny posiadałby bardzo grubą atmosferę i wiele aktywnych wulkanów, a jeszcze inny mógłby być w całości pokryty głębokim oceanem. W każdym z tych przypadków życie musiałoby wykształcić inne formy, zdolne do przetrwania w lokalnych warunkach.

Z drugiej strony warto zauważyć, że raczej niemożliwe wydaje się występowanie większych egzoksiężyców wokół gazowych gigantów krążących bardzo blisko swych gwiazd macierzystych. W przypadku czerwonych karłów (bardzo słaba gwiazda, emitująca nie więcej niż kilka procent energii w porównaniu z naszym Słońcem) strefa zamieszkania jest bardzo blisko gwiazdy, co oznacza silne interakcje z obiektami planetarnymi w tej strefie. W takich warunkach jakiekolwiek egzoksiężyce mogłyby albo posiadać bardzo eliptyczną orbitę albo dość szybko zostać utracone przez gazowego giganta. Wydaje się więc, że życie na egzoksiężycach jest możliwe tylko w przypadku gwiazd większych od czerwonych karłów - oczywiście oprócz egzoksiężyców podobnych do Europy.

Jest możliwe, że w ciągu najbliższych kilku lat dojdzie do pierwszych odkryć egzoksiężyców. Jest także możliwe, że już w danych przesłanych przez misję Kepler znajduje się sygnał od księżyców innych planet pozasłonecznych. Teoretycznie kosmiczny teleskop Kepler jest w stanie wykryć egzoksieżyc nawet pięć razy mniejszy od Ziemi.

Warto dodać, że powyższy opis nie obejmuje wszystkich satelitów, na których może zaistnieć życie. Wokół Jowisza (daleko od strefy zamieszkania w naszym Układzie Słonecznym) krąży Europa - księżyc w całości pokryty pokrywą lodową. Dziś już wiemy, że poniżej tej pokrywy lodowej znajduje się głęboki na kilkadziesiąt kilometrów ocean słonej wody, który może być odpowiedni do powstania i utrzymania życia. W przypadku Europy skorupa lodowa chroni ocean przed niesprzyjającymi warunkami, jakie panują w tej części Układu Słonecznego. Wydaje się, że egzoksiężyce podobne do Europy są dość powszechne we Wszechświecie.

Źródło informacji (Leibniz)

Krzysztof Kanawka