Biologické stopy na exoplanetách

Jak se pozná, že se na cizí a slibně vypadající exoplanetě skutečně nachází život? Exoplanety jsou příliš daleko. Zbývá jen pozorování teleskopy. (délka blogu 4 min.)

Je vlastně úžasné, kolik informací umí naši vědci získat pouhým pozorováním vzdálené exoplanety. Dokonce už jen při sledování zákrytů centrální hvězdy cizího planetárního systému umíme odhadnout velikost a hrubé charakteristiky planet. A u pozorování ještě nejspíše dlouhou dobu zůstane. Všechny exoplanety jsou totiž příliš daleko - neumíme se dostat ani k nejbližším z nich.

Rozvíjejí se tedy různé projekty, které budou moci na základě pozorování vzdálených planet určit, jestli se na nich vyvinul život nebo jsou naopak neobydlené.

Astronomové nejprve zjišťují, jestli sledovanou planetu obklopuje atmosféra. Pokud tomu tak je, je šance objevit život na planetě daleko vyšší než pokud je tomu naopak. Záleží pak na tom, jaké plyny atmosféru dané planety tvoří.

Po určení chemického složení atmosféry nastupuje fáze úvah. Aby bylo možné vyhodnotit pozorovaná data, musí vědci nejprve vytvořit model, který zjišťuje, zda jsou plyny v atmosféře výsledkem práce živých organismů nebo jsou spíše důkazem o chemických reakcích, probíhajících v planetárním měřítku v její neživé přírodě.

Kyslíková atmosféra

Kyslíková atmosféra, na kterou jsem zvyklí na Zemi, není vůbec samozřejmá. Kyslík je velice aktivní chemický prvek a v čistém stavu se v atmosféře sám od sebe nevyskytuje. Malá množství kyslíkových atomů a molekul mohou vznikat přirozeně rozkladem různých plynů - poté ale znovu ochotně reagují s okolními chemickými prvky. Když se kyslík v atmosféře Země začal před miliardami roků ve větším objemu objevovat díky aktivitám jednoduchých organismů (tehdy byl jejich odpadní látkou), způsobil největší ekologickou katastrofu, jaká se kdy na naší planetě udála. Teprve až později se některé přeživší organismy naučily s kyslíkem vypořádat - a začaly ho dokonce využívat pro svou potřebu.

Hledání stop života

Život na cizích planetách by se mohl alespoň zpočátku podobat životu na mladé planetě Zemi. Pokud je planeta a její centrální hvězda takového typu, že se dají při vývoji života očekávat komplikace (vysoce energetické záření, které přichází od hvězdy, apod.), musíme dokonce počítat s tím, že se na takových planetách bude život nacházet pouze v jednoduchých formách.

Mohly by ho prozradit různé kombinace plynů, které se nacházejí v atmosféře planety, ty ale bude muset nejprve správně přiřadit - tedy zjistit, jestli pocházejí z biosféry planety nebo se jedná o chemické procesy v neživé přírodě.

Země a TRAPPIST1-e

Vědci se zabývají dvěma případy. Jsou to jednak planety velké jako Země a obíhající svou centrální hvězdu v podobné vzdálenosti - a pak také planety, které obíhají v obyvatelné zóně tzv. červených trpaslíků, malých hvězd s nižší povrchovou teplotou. První případ logicky ztělesňuje Země, druhý typ je typický například pro planetu TRAPPIST-1e.

Odborníci nejprve uvažovali o organismech, které nespotřebovávají kyslík - jedná se tedy o organismy, které využívají plynný vodík a oxid uhelnatý (H2 a CO) - a produkují přitom určitou koncentraci metanu (CH4).

Poté se pro jistotu věnovali i organismům, které využívají kyslík (O2). Důvod je jednoduchý. Na planetě typu Země v původní atmosféře sice nebylo přítomno mnoho kyslíku, na planetách typu TRAPPIST1-e může ale jejich blízkost k malé aktivní hvězdě vést k fotochemickému rozkladu CO, ze kterého pak mohou teoreticky vznikat i významnější koncentrace O2. Takovým způsobem se prý může atmosféra planety nebiologickým způsobem obohatit až o 1–5 % kyslíku.

V blízké budoucnosti se má detekcí atmosfér cizích planet zabývat JWST (Webbův vesmírný teleskop) a ELT (Evropský extrémně velký teleskop).

JWST už sledoval planety TRAPPIST-1b+c, u kterých zjistil, že pravděpodobně nemají žádnou významnější hustou atmosféru a šance na to, že mají dokonce hustší atmosféru než Země je jen malá.

Není ale vyloučeno, že zjistí přítomnost atmosféry na další ze sedmi planet, které se nacházejí v systému TRAPPIST-1. Planety jsou pojmenovány podle své vzdálenosti od centrální hvězdy - to znamená, že planety -d a -e jsou vzdálenější než -b a -c.

Vědci budou moci porovnat koncentrace jednotlivých plynů a porovnat je s modely, které zohledňují přítomnost jednoduchého organického života, podobného tomu, který kdysi existoval na Zemi předtím, než začal používat fotosyntézu a využívat kyslík.

Identifikace stop života je přitom opravdu velkou výzvou. Určité koncentrace CH4 , CO a O2 totiž mohou být vysvětleny jak neživými tak živými zdroji.

To všechno musí zohlednit modely, které budou vědci používat při vyhodnocování dat z velkých teleskopů. Můžeme se těšit na nové zajímavé objevy.

^{Zdroj: https://arxiv.org/pdf/2404.11611.pdf}