Obyvatelnost exoplanet - sinice jako mimozemšťané?

Při hledání života na vzdálených exoplanetách se vědci zabývají nejen parametry samotných planet, ale také signaturami jejich atmosfér. (délka blogu 5 min.)

Je jen logické, že atmosféra planety, obydlené životem podobným tomu našemu, musí obsahovat například volný kyslík. Tento plyn je tak agresivní a chemicky aktivní, že by při náhodném procesu, který by ho uvolnil do atmosféry planety, během několika desetiletí reagoval s materiály na povrchu planety a coby volný chemický prvek z atmosféry zmizel. Až fotosyntéza, kterou prováděly ve velkém pradávné organismy, způsobila na Zemi nárůst koncentrace kyslíku. Z původních zlomků procenta se zvýšila na dnešních 21 procent. Průběžně byla koncentrace kyslíku dokonce nějakou dobu ještě o něco vyšší. Pro srovnání - náhodné a nebiologické uvolňování kyslíku do pozemské atmosféry se dá zanedbat. Zodpovídá za pouze zhruba miliontinu objemu atmosféry. 

Pokud tedy objevíme planety s dostatečným (a v průběhu času stabilním) množstvím kyslíku, bude jasné, že na ní existuje život, který využívá (podobně jako na Zemi) fotosyntézu a tedy i sluneční (hvězdné) světlo.

Nabízí se otázka, jestli může fotosyntéza fungovat také na planetách obíhajících hvězdy jiného typu než Slunce. 

Slunce patří mezi tzv. žluté trpaslíky. Je hvězdou nepříliš velkou ani malou - a jeho záření také není zrovna extrémní. Sinice se na naší planetě přizpůsobily vlnovým délkám, které poskytuje Slunce, mohla by ale fotosyntéza fungovat také na exoplanetě obíhající například v obyvatelné zóně M-trpasličí hvězdy, která má nízkou emisi světla ve viditelné a intenzivní emisi v infračervené části spektra?

Hvězdy typu M - červení obři a červení trpaslíci

Proč zrovna typ M? Vědci ho vybrali proto, že se jedná o nejčastější hvězdný typ. Odhaduje se, že kolem 90 % všech hvězd patří k této spektrální třídě. Na noční obloze jich přesto moc nevidíme. Velká část z nich je na pozorování neozbrojeným okem příliš slabá, protože se jedná o relativně malé hvězdy. Sledovat se dají jen červení veleobři, druhá část hvězdné rodiny typu M. 

Při hledání života ve vesmíru se ale stávají původně nenápadní červení trpaslíci velice zajímavými objekty. Jejich nízká spotřeba paliva má za následek teoretickou životnost až jeden bilion let, což je mnoha násobek dosavadního stáří vesmíru. Život má na planetách, obíhajících takové dlouhověké hvězdy, dost času ke svému vývoji a k přizpůsobení se tamním extrémním podmínkám. 

Malé a odolné - sinice

Vědci se začali zabývat sinicemi, prvními organismy, které začaly na naší vlastní planetě využívat fotosyntézu. 

Aby zjistili, jestli sinice přežijí v podmínkách exoplanety, vyvinuli světelný zdroj, který napodobuje hvězdu typu M s maximálním elektromagnetickým zářením v rozsahu 350–900 nm.

Provedli pak experimenty se sinicí Chlorogloeopsis fritschii PCC6912, schopnou provádět fotosyntézu nejen viditelného světla ale také infračervené části spektra. Pro srovnání zkoumali také jinou sinici, Synechocystis sp. PCC6803, tedy druh, který má raději viditelné světlo. 

Kupodivu rostly obě sinice v simulovaném záření hvězdy typu M velice dobře. Aklimatizovaly se přitom pomocí různých biologických procesů. Znamená to, že i na vzdálené exoplanetě by mohly produkovat atmosférický kyslík biologického původu. 

Proxima Centauri b 

Máme tedy naději, že nalezneme život například na planetě Proxima Centauri b. Ta obíhá kolem rudého trpaslíka Proxima Centauri, který je naší nejbližší hvězdou. 

Proxima Centauri b je naší nejbližší exoplanetou. Je od nás vzdálena 4,2 světelného roku. Nová měření ukazují, že má hmotnost zhruba 1,17 hmotnosti Země a že tedy patří pravděpodobně mezi planety podobné té naší - má pevný povrch a možná se na ní nachází i tekutá voda. Předpokládá se, že má vázanou rotaci a osvětlená je tedy jen jedna polokoule této planety. Ta by pak mohla být daleko teplejší než odvrácená polokoule. Na povrchu by mohla panovat střední teplota kolem -39 °C, ta by ale mohla být i vyšší, pokud má planeta vhodnou atmosféru, zajišťující skleníkový efekt. 

Na povrch Proximy Centauri b dopadají jen tři procenta záření, které dostává od Slunce Země. To se může zdát málo - je to ale zároveň dvacetinásobek světla, které potřebují některé odolné pozemské rostliny a dokonce 180 násobek světla, které potřebují ke svému růstu pozemské sinice. Některé výpočty dokonce naznačují, že by se na planetě mohla díky fotosyntéze sinic ustálit podobná koncentrace kyslíku, jakou máme na Zemi. 

Můžeme se tedy těšit na nové objevy a výsledky bádání nových, vyspělých teleskopů. Možná nás čeká nejedno nové překvapení. 

Zdroje:https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2023.1070359/full#supplementary-material