Av alla de platser vi någonsin har tittat på i universum har bara Jorden försett oss bevis för livets existens. Men varför? Eftersom livet är sällsynt och det kräver oss alla förutsättningar som vi har på jorden för att kunna upprätthållas? Eller för att livet är allestädes närvarande, men vi hittade det här eftersom det var det enklaste stället att hitta det?
Eftersom allt på jorden är ordnat som det är, är vi vana att tro att om vi hade en planet och en stjärna med samma egenskaper som jorden och solen - med samma ålder, med samma omloppsavstånd, storlekar och massor, från samma material, då skulle vi få liv igen. Vi antar också att andra kombinationer är mindre troliga. Men alla våra antaganden kan vara fel. Jorden kan vara lika sällsynt som livet.
2015 tillkännagav NASA upptäckten av Kepler-452b och kallade den "den mest jordliknande exoplaneten" som någonsin upptäckts. Naturligtvis hade hon många likheter med jorden, och hennes stjärna hade många likheter med solen:
- Dess hemstjärna är mycket lik Solen när det gäller temperatur, massa och storlek: den är en G2-stjärna, ungefär samma ljusstyrka och total livslängd.
- Den roterar på nästan samma avstånd och med ungefär samma period som vår planet runt solen: 385 dagar istället för 365.
- Stjärnan kring vilken den roterar är inte mycket mer utvecklad än vår sol: äldre med 1,5 miljarder år, vilket innebär att den är 20% mer energikraftig och 10% kallare.
Kampanjvideo:
Själva planeten är inte mycket större än vår jord, och dess radie är 60% större.
Och även om dessa förhållanden kan tyckas dig "liknar det jordiska", har den upptäckta världen naturligtvis ingenting med jorden att göra.
I vårt solsystem är skillnaden mellan Jorden och Venus liten: cirka 5% i radie. Som jämförelse är skillnaden mellan Jorden och Uranus eller Neptune enorm: dessa världar är fyra gånger jorden storleken i radie. Därför kanske 60% fler inte verkar så överdrivna, men det är mycket troligt att vi hittar en solid planet med en tunn atmosfär, som har egenskaperna hos en gasjätt: ett stort skal med lätta atmosfäriska gaser. I själva verket finns det ett mycket smalt fönster som bör betraktas som "markbundet" när det gäller planetstorlek, och en avvikelse på mer än 10-20% från markstorleken skulle vara för stor.
Det finns emellertid all anledning att tro att markplaneter är ganska vanliga. De senaste resultaten från Kepler-teleskopet visar att det finns minst 17 miljarder jordstorlekar på mjölkvägens skiva, och att minst några procent av stjärnorna kommer att ha minst en jordliknande värld i närheten. Medan vårt slutliga mål naturligtvis är att hitta en värld med avancerat biologiskt liv - helst en värld med liv under den kambria explosionen, återgår våra tankar alltid till jordens tvilling. Men en sådan dubbel, även om den finns, kanske inte är det bästa stället att titta på.
Our Sun är en 4,6 miljarder år gammal G-klass stjärna. Även om vi tror att det är en av de vanligaste är den inte: vår stjärna är mer massiv än 95% av alla stjärnor. M dvärgar, små röda stjärnor, är den vanligaste typen av stjärnor i universum: tre fjärdedelar av alla stjärnor är M dvärgar. Haven på vår planet kommer att koka om en miljard år, men M-stjärnor kommer att brinna vid en stabil temperatur i tiotals biljoner år.
"Kepler" fann många markplaneter nära dessa M-stjärnor, som var belägna på lämpliga platser för vatten på ytan i flytande tillstånd och vars massa var ganska lämplig för den markbundna definitionen. Och medan M-stjärnor är mer benägna att släppa ut blossor, och planeter borde vara närmare dem, ger de också en mer stabil miljö för sina planeter, med mindre ultraviolett strålning och ökat skydd mot de våldsamma manifestationerna av interplanetära och interstellära rymden. Tidvattenkrafterna från deras stjärnor är också starkare, och deras förkortade omloppsperioder ger dem ett enkelt sätt att generera ett stort magnetfält, eventuellt skyddande mot blossar.
Dessa system är ganska vanliga, men jordens tvillingsystem är det inte. Vad behöver vi för en riktig "dubbel"? Först av allt behöver vi en stjärna som solen. Detta innebär att stjärnan inte bara ska vara av samma temperatur och spektraltyp, utan också ungefär samma ålder. Det tar tid för livet att utvecklas och utvecklas till något intressant, vilket innebär att vi behöver ett stjärnsystem som är många miljarder år gammalt. Men vi kan inte vänta för länge, för när stjärnorna åldras växer regionen i kärnan som förbinder väte med helium, och uteffekten ökar (och därmed ljusstyrkan och temperaturen). Så småningom kommer planeter (som Jorden) som en gång var bebodda att bli för varmt, kokande vatten och förhindra liv från att utvecklas.
Låt oss säga att vi har ett fönster på 1-2 miljarder år, vilket är cirka 10% av en stjärns livslängd. Det finns cirka 200-400 miljarder stjärnor i vår galax, och cirka 7,6% av dem är G-klass stjärnor, som vår Sun. Trots att vår sol mer exakt klassificeras som en G2V-stjärna följer det fortfarande att cirka 10% av alla stjärnor i G-klass kommer att vara av samma typ som vår sol. På toppen finns 400 miljarder stjärnor, av vilka 7,6% är G-klass, 10% av samma underklass som Solen, varav 10% är rätt ålder för intressant liv. Dessa är 300 miljoner stjärnor. Men även då kommer inte alla av dem att ha tillräckligt tunga element för att skapa den jordiska världen.
Ovanför kan du se spektrumet för solen. Med andra ord, de linjer du ser representerar en mängd olika atomer och deras förhållanden. Det finns många av dem på solen, och de har mycket specifika förhållanden. Indikatorn som inte är väte eller helium, men som syntetiserar material i solen, astronomer kallar metallicitet. Om vi vill ha en markjord, behöver vi stjärnor med solliknande metalliciteter. Det är inte så illa; upp till 25% av stjärnorna som bildades samtidigt som vår sol var mellanstjärnor i befolkning I, och många av dem (kanske cirka 15%) har samma metallicitet som vår sol.
Det visar sig att i vår galax finns 11 miljoner stjärnor som vår, med samma index av tunga element. Hur många av dessa 11 miljoner sol-"tvillingar" har jordvillingar i sina beboeliga zoner?
Vi måste bilda en solid planet med rätt storlek, med tillräckligt med element, rätt mängd vatten och på rätt plats att betraktas som tvilling på jorden. Alla dessa problem är sammankopplade. Man skulle kunna tro att om centralstjärnan hade rätt elementär överflöd, så skulle de resulterande planeterna ha samma densitet till radieförhållanden som i vårt solsystem. Men om din planet har 20% mer radie än jorden, kommer du säkert att få ett hölje av ljusa gaser - väte och helium - som kommer att skydda din planet, även om du befinner dig i den inre delen av solsystemet.
En värld som är 60% större än jorden kommer att vara fem gånger sin massa, vilket är för mycket för att vara en solid planet med en tunn atmosfär. Om vi bläddrar igenom alla uppskattningar igen, får vi från fyrtio till hundra tusen markplaneter med markbundna banor runt stjärnor av soltyp. Med 400 miljarder stjärnor är oddsen extremt smala.
Och kom ihåg att det verkliga syftet med att hitta sådana planeter är att hitta världar som kan stödja jordliknande liv. Och om det är målet, leta inte efter jordens "dubbla"; det är bättre att leta efter mindre planeter nära M-klass stjärnor. Bättre att leta efter markvärldar i potentiellt bebodda zoner nära stjärnor. Det kommer att finnas många fler alternativ.
ILYA KHEL
