Το πλησιέστερο αστέρι μας έχει πλανήτη, και αυτοί είναι οι τρόποι που θα μπορούσε να είναι κατοικήσιμος

Πριν από μερικά χρόνια, ήμουν μέλος της ομάδας που ανακάλυψε τον πρώτο πλανήτη σε μέγεθος Γης, τον Kepler-186f, να περιστρέφεται άνετα στην «κατοικήσιμη ζώνη» του αστεριού του, όπου το νερό μπορεί να είναι υγρό. Ο ήλιος του, το Kepler 186, είναι αμυδρός και μακριά από εμάς - και λίγο πιο κρύος από ό,τι θα θέλαμε αν εγκαταστανόμασταν εκεί - αλλά έχει τη δυνατότητα για ζωή. Ωστόσο, Kepler 186f, δείτε τον εαυτό σας από το ράφι των «καλύτερων υποψηφίων κατοικήσιμων κόσμων».

Και το ίδιο ισχύει για εσάς, Kepler-62f, Gliese 667Cc και Kepler-452b. Σίγουρα, είστε όλοι συναρπαστικοί πλανήτες, αλλά υπάρχει κάτι που δεν είναι ιδανικό για τον καθένα από εσάς:Είτε το αστέρι που φιλοξενείτε είναι τόσο αχνό που δεν θα μπορούμε να μάθουμε περισσότερα για εσάς για δεκαετίες, είτε είστε αρκετά μεγαλύτεροι από Γη, και δεν είμαστε σίγουροι ότι είστε ένας αληθινός βραχώδης πλανήτης - απ' ό,τι γνωρίζουμε, θα μπορούσατε να είστε ένας μεταμφιεσμένος «μίνι-Ποσειδώνας». Κάνε στην άκρη λοιπόν! Υπάρχει ένα νέο πρότυπο στην πόλη και το όνομά του είναι Proxima b. Αυτός ο πλανήτης έχει σχεδόν όλα όσα θα θέλαμε στη Γη 2.0:Είναι απλώς ένα κομμάτι μεγαλύτερο, με μόνο περίπου 30 τοις εκατό μεγαλύτερη μάζα από τη Γη (ή ελαφρώς υψηλότερη, ανάλογα με την τροχιακή της γεωμετρία). είναι σχεδόν σίγουρα ένας γνήσιος βραχώδης πλανήτης. και περιφέρεται γύρω από την κατοικήσιμη ζώνη του αστεριού του.

Το καλύτερο, όμως, είναι ότι το Proxima, το αστέρι του πλανήτη, βρίσκεται ακριβώς δίπλα, μόλις 4,3 έτη φωτός μακριά (130 φορές πιο κοντά από το Kepler 186f), το πιο κοντινό αστέρι στον ήλιο μας. Οι αστρονόμοι σε όλο τον κόσμο έχουν σάλια. Θα μπορούμε να τραβήξουμε πραγματικές φωτογραφίες από αυτό, για να αναζητήσουμε στοιχεία ζωής, μέσα σε μια δεκαετία. Το Ευρωπαϊκό Εξαιρετικά Μεγάλο Τηλεσκόπιο, ένα μεγαθήριο 39 μέτρων υπό κατασκευή στη Χιλή, θα δει το πρώτο του φως το 2024. Το τηλεσκόπιο θα μπορεί να απεικονίσει απευθείας το Proxima b και να το δει ως ξεχωριστό αντικείμενο—δεν θα χρειαστεί να συμπεράνουμε ότι παρουσία του πλανήτη έμμεσα (έτσι ανακαλύφθηκε ο πλανήτης). Αυτό θα δώσει στους αστρονόμους τη δελεαστική ευκαιρία να διερευνήσουν απευθείας την ατμόσφαιρα και την επιφάνεια του Proxima b. Θα είμαστε σε θέση να αναζητήσουμε σημάδια νερού, ακόμη και σημάδια (επιφανειακής) ζωής.

Η ανακάλυψη του Proxima b, που ανακοινώθηκε σήμερα, έδωσε κίνητρο για μια χούφτα σε βάθος μελέτες. Ασχολήθηκα με δύο που εξετάζουν το ερώτημα εάν το Proxima b θα μπορούσε πραγματικά να είναι κατοικήσιμο. Δεν πρόκειται να αγοράσω ακίνητα εκεί, αλλά, από όσο μπορώ να πω, υπάρχουν λόγοι να είμαι αισιόδοξος.

Η μεγαλύτερη διαφορά μεταξύ του Proxima b και της Γης είναι τα αστέρια τους:Έχουν δραστικά διαφορετικές ιστορίες και μέλλοντα. Ο ήλιος μας είναι ένα φωτεινό, τεμπέλικο κίτρινο αστέρι που θα γίνει, σε περίπου 5 δισεκατομμύρια χρόνια, ένας εχθρικός κόκκινος γίγαντας, που θα υποτάσσει την τροχιά της Γης. Ο Proxima Centauri, από την άλλη πλευρά, είναι ένας ταραχώδης κόκκινος νάνος μόνο περίπου 10 τοις εκατό τόσο μάζα όσο ο ήλιος και 1/700 όσο φωτεινός. θα είναι φιλικό προς το Proxima b για άλλα 4 τρισεκατομμύρια χρόνια. Αν και η Γη και το Proxima b λαμβάνουν παρόμοια ποσότητα ενέργειας, με τη μορφή αστρικού φωτός, το να μεγαλώνεις στη γειτονιά του Proxima είναι πολύ μεγαλύτερη πρόκληση – όπως η διαφορά ανάμεσα σε μια πόλη γεμάτη συμμορίες και σε ένα εύπορο προαστιακό αδιέξοδο. Η τροχιά του Proxima b είναι μόνο 5 τοις εκατό τόσο πλάτος όσο αυτή της Γης και το έτος του είναι μόνο 11 ημέρες.

Ας γυρίσουμε το ρολόι πίσω. Μέχρι τη στιγμή που η Γη σχηματίστηκε πλήρως (αυτό πήρε περίπου 100 εκατομμύρια χρόνια και περιλάμβανε πολλές συγκρούσεις) ο ήλιος μας βρισκόταν σε ήρεμη αναπτυξιακή κατάσταση, η «κύρια ακολουθία» του, όπου οι δυνάμεις της εξωτερικής θερμικής πίεσης και της βαρυτικής κατάρρευσης είναι εξισορροπημένες. Το Proxima b σχηματίστηκε πιθανώς πολύ γρηγορότερα από τη Γη - πιθανότατα σε λίγα εκατομμύρια χρόνια - και το αστέρι του χρειάστηκε μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια για να εγκατασταθεί στην κύρια ακολουθία, κατά τη διάρκεια του οποίου το αστέρι ήταν πιο φωτεινό από ό, τι είναι σήμερα. Καθώς το άστρο σιγά-σιγά εγκαταστάθηκε, η κατοικήσιμη ζώνη σάρωσε προς τα μέσα στην τροχιά του Proxima b. Αυτό σημαίνει ότι το Proxima b πέρασε 100 έως 200 εκατομμύρια χρόνια έξω από την κατοικήσιμη ζώνη, σε μια τροχιά πολύ ζεστή για ζωή!

Όταν οι βραχώδεις πλανήτες μαγειρεύονται έτσι, οι δυνητικά ζωοφόροι «Γη» μπορούν να μετατραπούν σε ξηρές, αφιλόξενες Αφροδίτες. Έγινε αυτό με το Proxima b; Διαμορφώσαμε αυτή τη διαδικασία σε μια από τις μελέτες μας. Βρήκαμε ότι, πριν φτάσει στην κατοικήσιμη ζώνη, το Proxima b θα μπορούσε να έχει χάσει έως και 1 «ωκεανό της Γης» νερού (η ποσότητα νερού στην επιφάνεια της Γης) λόγω εξάτμισης. Αλλά μπορεί επίσης να έχει μια πρόσθετη πηγή νερού παγιδευμένη στον μανδύα. Η Γη, για παράδειγμα, έχει περίπου μεταξύ 0,3 και 10 γήινους ωκεανούς κάτω από την επιφάνεια. Εάν οι ωκεανοί μας εκτινάσσονταν ξαφνικά στο διάστημα, το νερό θα ανανεωνόταν σε κάποιο βαθμό με την εκτόξευση αερίων από τα ηφαίστεια.

Αλλά δεν ξέρουμε με πόσο νερό ξεκίνησε ο πλανήτης. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι δεν γνωρίζουμε πώς σχηματίστηκε το σύστημα, όταν ορίστηκε ο προϋπολογισμός νερού του πλανήτη. Είναι απολύτως εύλογο ότι ο πλανήτης ξεκίνησε πιο ξηρός από τη Γη, ή πιο υγρός ή εξίσου υδαρής. Το Proxima b μπορεί να ξεκίνησε με δύο ωκεανούς στην επιφάνειά του και να τελείωσε με έναν, ή να ξεκίνησε με 100 και να τελείωσε με 99, ή να ξεκίνησε με το μισό του ενός και να τελειώσει με κανέναν. Απλώς δεν ξέρουμε.

Ας υποθέσουμε, για λόγους επιχειρηματολογίας, ότι το Proxima b είχε συγκρατηθεί σε κάποια ποσότητα νερού και μια ατμόσφαιρα όταν εισήλθε στην κατοικήσιμη ζώνη. Πώς μπορεί να είναι το κλίμα του πλανήτη;

Η ομάδα μας πραγματοποίησε μια σουίτα τρισδιάστατων προσομοιώσεων του Proxima b με διαφορετικές συνθήκες για να ανακαλύψει. Υπάρχει μια ολόκληρη σειρά από πιθανά κλίματα για το Proxima b, τα οποία εξαρτώνται από τουλάχιστον τρεις παράγοντες:την ποσότητα νερού στην επιφάνεια του πλανήτη, την αφθονία των αερίων του θερμοκηπίου (τα οποία διαμορφώσαμε ως διοξείδιο του άνθρακα) και τον τρόπο περιστροφής του πλανήτη.

Η Γη, όπως ίσως έχετε παρατηρήσει, περιστρέφεται γρήγορα—365 φορές για κάθε τροχιά του ήλιου. Το Proxima b, αντίθετα, είναι τόσο κοντά στο αστέρι του που οι παλίρροιες περιορίζουν την περιστροφή του πλανήτη σε δύο πιθανότητες. Το Proxima b θα μπορούσε να περιστρέφεται συγχρόνως, δείχνοντας πάντα το ίδιο πρόσωπο στο αστέρι, όπως κάνει το φεγγάρι στη Γη. ή το Proxima b θα μπορούσε να κλειδωθεί σε έναν συντονισμό περιστροφικής τροχιάς, περιστρέφοντας ακριβώς τρεις φορές για κάθε δύο τροχιές, όπως ο Ερμής. Ο πλανήτης βρίσκεται σίγουρα σε μία από αυτές τις καταστάσεις, αλλά δεν ξέρουμε ποια.

Εάν η περιστροφή του πλανήτη είναι σύγχρονη, τότε υπάρχει ένα καυτό σημείο στην επιφάνειά του όπου το αστέρι του, ο Proxima Centauri, βρίσκεται πάντα ακριβώς πάνω από το κεφάλι του, και ένα κρύο ημισφαίριο όπου το αστέρι του δεν λάμπει ποτέ. Εάν ο πλανήτης έχει μόνο μια μικρή ποσότητα νερού - λιγότερο από ένα στρώμα πάχους περίπου 10 μέτρων αν απλωθεί σε ολόκληρο τον πλανήτη - τότε μπορεί να υπάρχουν λίμνες στη δροσερή πλευρά της νύχτας αλλά όχι υγρό νερό στην ημέρα. Αυτή είναι μια γεύση ενός «πλανήτη του βολβού του ματιού», ένας με ισχυρή διχοτόμηση μεταξύ των ημισφαιρίων της ημέρας και της νύχτας του πλανήτη. Ωστόσο, εάν η ατμόσφαιρα είναι πολύ λεπτή, τότε το νερό μπορεί να παγιδευτεί ως πάγος στην κρύα νυχτερινή πλευρά του πλανήτη - μια άλλη, λιγότερο υποσχόμενη, μορφή πλανήτη του βολβού του ματιού. Και αν η ατμόσφαιρα είναι πολύ πυκνή; Τότε όλο το νερό θα παραμείνει παγιδευμένο ως ατμός στην ατμόσφαιρα.

Εάν ένα σύγχρονο Proxima b έχει πολύ περισσότερο νερό από ένα στρώμα πάχους 10 μέτρων, τότε η ημέρα μπορεί επίσης να έχει λίμνες ή ακόμα και έναν παγκόσμιο ωκεανό. Είναι πιθανό να περιμένουμε και κάποιο πάγο, ανάλογα με την ατμόσφαιρα, ακόμη και ο ωκεανός να αποψυχθεί μόνο κοντά στο πιο καυτό σημείο του πλανήτη, δημιουργώντας έναν παγωμένο κόσμο του βολβού του ματιού. (Οι παρακάτω θερμοκρασίες είναι σε Κελσίου, όχι σε Κέλβιν.)

Εάν η περιστροφή του Proxima b δεν είναι σύγχρονη, τότε το πιο καυτό μέρος στον πλανήτη θα ήταν μια ισημερινή ζώνη. Εάν ο πλανήτης περιέχει μόνο μια μικρή ποσότητα νερού, τότε θα υπήρχαν λίμνες κατά μήκος του ισημερινού, και για μεγαλύτερες ποσότητες νερού, ένας παγκόσμιος ωκεανός θερμότερος στον ισημερινό. Με μια λεπτή ατμόσφαιρα, θα μπορούσε να έχει πολικούς πάγους. Σε αντίθεση με τη σύγχρονη περίπτωση, ο πλανήτης θα ήταν ευάλωτος σε ένα παγκόσμιο πάγωμα (όπως μια μόνιμη εποχή παγετώνων), αλλά μόνο εάν η ατμόσφαιρα είναι πολύ αραιή με άφθονο νερό.

Έτσι, η γραμμή διάτρησης είναι ότι το Proxima b μπορεί να συγκρατήσει υγρό νερό στην επιφάνειά του για ένα ευρύ φάσμα συνθηκών - αλλά μόνο εάν κρατούσε λίγο νερό ενώ το αστέρι του περνούσε από τα νεανικά του ξεσπάσματα. Ένα άλλο πιθανό εμπόδιο στην κατοικησιμότητα είναι η ποσότητα της ενεργειακής ακτινοβολίας που δέχεται το Proxima b σε σύγκριση με τη Γη:250 φορές περισσότερες ακτίνες Χ και 30 φορές περισσότερο ακραίο υπεριώδες φως. Το τι σημαίνει αυτό για την ατμόσφαιρα του πλανήτη δεν είναι ξεκάθαρο, αλλά πιθανότατα δεν αποτελεί πρόβλημα για τη ζωή.

Αυτός είναι ο πλανήτης που περιμέναμε.

Σον Ρέιμοντ Ο  είναι ένας αστρονόμος που μελετά τον σχηματισμό και την εξέλιξη των πλανητικών συστημάτων. Δημοσιεύει επίσης blog στο  planetplanet.net .

Η κύρια φωτογραφία είναι ευγενική προσφορά του Hubble ESA μέσω του Flickr.