Nízkouhlíková atmosféra by mohla být známkou vody a života na terestrických exoplanetách

„Svatým grálem ve vědě o exoplanetách je hledání obyvatelných světů a přítomnosti života, ale všechny znaky, o kterých se dosud mluvilo, byly mimo dosah nejnovějších observatoří,“ říká Julien de Wit, odborný asistent planetárních věd na MIT. „Nyní máme způsob, jak zjistit, zda je na jiné planetě kapalná voda. A je to něco, k čemu se můžeme dostat během několika příštích let.“

Astronomové dosud objevili více než 5 500 světů mimo naši Sluneční soustavu. Pomocí současných teleskopů mohou astronomové přímo změřit vzdálenost planety od její hvězdy a dobu, za kterou kolem ní obíhá. Tato měření mohou vědcům pomoci odvodit, zda se planeta nachází v obyvatelné zóně. Dosud však neexistoval způsob, jak přímo potvrdit, zda je planeta skutečně obyvatelná, což podle současných představ znamená, že na jejím povrchu existuje kapalná voda. De Wit a jeho kolegové si však uvědomili, že máme k dispozici příznak obyvatelnosti, který by mohl být u vzdálených světů detekovatelný.

důkaz oceánů

Planety Venuše, Země a Mars mají společné rysy v tom, že všechny tři jsou kamenné a obývají relativně mírnou oblast vzhledem ke Slunci. Země je jedinou z této trojice planet, na které se v současnosti nachází kapalná voda. A tým si všiml ještě jednoho zřejmého rozdílu: Země má ve své atmosféře podstatně méně oxidu uhličitého.

„Předpokládáme, že tyto planety vznikly podobným způsobem, a pokud nyní vidíme jednu planetu s mnohem menším množstvím uhlíku, musel se někam ztratit,“ říká Triaud. „Jediný proces, který by mohl z atmosféry odstranit takové množství uhlíku, je výkonný vodní cyklus zahrnující oceány kapalné vody.“

Zemské oceány skutečně hrály významnou a trvalou roli při pohlcování oxidu uhličitého. Za stovky milionů let odstranily obrovské množství oxidu uhličitého, které se téměř rovná množství přetrvávajícímu dnes v atmosféře Venuše. Díky tomuto celoplanetárnímu efektu je atmosféra Země ve srovnání se svými planetárními sousedy o tento plyn výrazně ochuzena.

„Na Zemi byla velká část atmosférického oxidu uhličitého v průběhu geologických období zachycena v mořské vodě a v horninách, což pomáhalo regulovat klima a obyvatelnost po miliardy let,“ říká spoluautor studie Frieder Klein.

Tým usoudil, že pokud by byl podobný úbytek oxidu uhličitého zjištěn na vzdálené planetě v porovnání s jejími sousedy, byl by to spolehlivý signál existence tekutých oceánů na jejím povrchu.

Tým ve své studii předkládá strategii pro detekci obyvatelných planet pomocí hledání stop po vyčerpání oxidu uhličitého. Takové hledání by nejlépe fungovalo v systémech „hrášek v lusku", ve kterých obíhá několik terestrických planet, všechny přibližně stejně velké a obíhající relativně blízko sebe, podobně jako v naší Sluneční soustavě. Prvním krokem, který tým navrhuje, je potvrdit, že planety mají atmosféru, a to prostým hledáním přítomnosti oxidu uhličitého, který by měl dominovat ve většině planetárních atmosfér. „Oxid uhličitý je velmi silným absorbérem v infračerveném oboru a lze ho snadno detekovat v atmosférách exoplanet,“ vysvětluje de Wit.

Jakmile astronomové zjistí, že více planet v systému má atmosféru, mohou přejít k měření obsahu oxidu uhličitého a určit, zda ho jedna planeta má výrazně méně než ostatní. Pokud ano, planeta je pravděpodobně obyvatelná, což znamená, že na jejím povrchu se nachází značné množství kapalné vody.

Důkaz života

Obyvatelné podmínky však nutně neznamenají, že je planeta obydlená. Aby bylo možné zjistit, zda na planetě skutečně existuje život, navrhuje tým astronomů hledat v atmosféře planety jinou molekulu: ozon.

Vědci poznamenávají, že na Zemi přispívají rostliny a někteří mikrobi k redukci oxidu uhličitého, i když ne v takové míře jako v oceánech. Nicméně v rámci tohoto procesu tyto organismy vylučují kyslík, který reaguje se slunečními fotony a mění se na ozon – molekulu, kterou lze mnohem snáze detekovat než běžný kyslík.

Vědci tvrdí, že pokud atmosféra planety vykazuje známky jak ozonu, tak sníženého obsahu oxidu uhličitého, jedná se pravděpodobně o obyvatelný a obydlený svět.

„Pokud vidíme ozón, je dost vysoká šance, že to souvisí s tím, že je oxid uhličitý spotřebováván životem,“ říká další spoluautor Triaud. „A pokud by to byl život, byl by to slavný život. Nebylo by to jen pár bakterií. Byla by to biomasa planetárního rozsahu, která je schopna zpracovat obrovské množství uhlíku a  interagovat s ním.“

dokážeme to změřit?

Tým odhaduje, že vesmírný teleskop Jamese Webba by byl schopen měřit oxid uhličitý a případně i ozón v blízkých soustavách s více planetami, jako je TRAPPIST-1 – soustava sedmi planet, která obíhá kolem hvězdy vzdálené od Země pouhých 40 světelných let.

„TRAPPIST-1 je jedním z mála systémů, kde bychom mohli pomocí JWST provádět studie atmosféry,“ říká de Wit. „Nyní máme plán pro hledání obyvatelných planet. Pokud budeme všichni spolupracovat, během několika příštích let by mohlo dojít k objevům, které změní paradigma.“

Výsledky týmu se objeví v časopise Nature Astronomy. De Wit vedl studii společně s Amaurym Triaudem z Birminghamské univerzity ve Velké Británii.

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] phys.org