Sci-fi predstava o púštnych planétach, na ktorých by mohol existovať život, dostala trhlinu. Vedci ukázali, prečo takéto svety zrejme neudržia život
Púštne exoplanéty v obývateľnej zóne nemusia byť vhodné pre život. Vedci ukazujú, že bez dostatku vody sa rozpadá uhlíkový cyklus, pribúda CO₂ a z nádejného sveta môže vzniknúť horúca pasca.
Keď sa povie planéta v obývateľnej zóne, znie to takmer ako dobrá správa. Nie je príliš blízko hviezdy, nie je príliš ďaleko a teoreticky by na nej mohla existovať tekutá voda. Lenže práve tu sa skrýva háčik, ktorý sci-fi predstavy o púštnych svetoch poriadne komplikuje.
Nový výskum z University of Washington ukazuje, že planéta podobná Zemi nemôže dlhodobo fungovať len s malým zvyškom vody na povrchu. Aby si udržala stabilnú klímu počas miliónov rokov, potrebuje približne 20 až 50 percent vody v porovnaní s pozemskými oceánmi. Ak jej chýba, začne zlyhávať uhlíkový cyklus, teda prirodzený mechanizmus, ktorý na planéte drží teplotu pod kontrolou.
Obývateľná zóna nestačí. Planéta môže byť na správnom mieste a aj tak skončiť ako mŕtvy svet
Astronómovia už potvrdili existenciu viac ako 6 000 exoplanét, no len časť z nich patrí medzi kandidátov na život. Doktorandka Haskelle White-Gianella a jej tím sa preto zamerali na planéty, ktoré majú len obmedzené zásoby povrchovej vody.
„Keď hľadáš život v obrovskom priestore vesmíru a máš obmedzené možnosti, musíš niektoré planéty zo zoznamu jednoducho vyškrtnúť,“ vysvetľuje White-Gianella.
Suchých svetov môže byť pritom vo vesmíre veľa. Problém je v tom, že aj keď sa nachádzajú v správnej vzdialenosti od svojej hviezdy, ešte to neznamená, že dokážu život aj dlhodobo udržať.
Planéta má vlastný termostat. Keď zlyhá, teplota sa môže utrhnúť z reťaze
Kľúčom k obývateľnosti je geologický uhlíkový cyklus. Ide o proces poháňaný vodou, ktorý počas miliónov rokov presúva uhlík medzi atmosférou, povrchom a vnútrom planéty. Práve tento mechanizmus pomáha stabilizovať teploty na povrchu.
Neprehliadni
Celý proces funguje pomaly, ale vytrvalo. Oxid uhličitý sa cez sopky dostáva do atmosféry a neskôr sa rozpúšťa v dažďovej vode. Dážď potom chemicky rozkladá horniny na povrchu a odtok odnáša uhlík do oceánov. Tam sa postupne ukladá na morskom dne.
Tektonika dosiek následne posúva uhlíkom bohaté oceánske dosky pod kontinenty. Po miliónoch rokov sa uhlík môže znovu dostať na povrch, napríklad pri tvorbe pohorí alebo cez sopečnú aktivitu. Je to pomalý, ale mimoriadne dôležitý prirodzený termostat planéty.
Keď nie je dosť vody, planéta prestane sťahovať CO₂ z atmosféry
Keď má planéta príliš málo vody, nejde len o to, že by na nej bolo sucho. Problém je hlbší. Bez dostatočného množstva vody vzniká málo dažďa a bez dažďa sa horniny na povrchu nedokážu dostatočne rozkladať chemickými reakciami. Práve cez tento proces sa za normálnych okolností oxid uhličitý postupne sťahuje z atmosféry.
Sopky však oxid uhličitý vypúšťajú ďalej. Ak ho planéta nestíha ukladať späť do hornín a oceánov, začne sa hromadiť vo vzduchu. Atmosféra sa potom správa trochu ako hrubšia prikrývka. Zachytáva viac tepla, povrch sa prehrieva a zvyšná voda sa začne odparovať ešte rýchlejšie.
Tým sa spustí nebezpečný kruh. Menej vody znamená menej dažďa, menej dažďa znamená slabšie odstraňovanie oxidu uhličitého a viac oxidu uhličitého znamená vyššie teploty. Planéta, ktorá sa pôvodne mohla zdať ako nádejný svet pre život, sa tak môže postupne zmeniť na miesto, kde je príliš horúco aj pre základné podmienky obývateľnosti.
„Práve preto sú takéto suché planéty, hoci ležia v obývateľnej zóne svojej hviezdy, podľa našich výsledkov slabými kandidátmi na život,“ vysvetľuje White-Gianella.
Venuša mohla doplatiť na rovnaký problém. Kedysi nádejný svet sa zmenil na peklo
Najbližší príklad podobnej katastrofy máme priamo v našej vlastnej slnečnej sústave. Je ním Venuša. Na prvý pohľad nejde o úplne cudzí svet. Má približne rovnakú veľkosť ako Zem, vznikla približne v rovnakom období a vedci predpokladajú, že v minulosti mohla mať na povrchu aj vodu.
Dnes je však Venuša skôr ukážkou toho, ako môže dopadnúť planéta, keď sa jej klíma vymkne spod kontroly. Teplota na jej povrchu dosahuje približne 450 stupňov Celzia, teda hodnoty porovnateľné s poriadne rozpálenou pecou na pizzu. A problémom nie je len horúčava. Atmosférický tlak je tam taký extrémny, že stáť na povrchu by podľa White-Gianelly pripomínalo pocit, akoby ťa drtila hmotnosť desiatich modrých veľrýb.
Výskumníci preto pracujú s možnosťou, že Venuša mohla mať od začiatku o niečo menej vody než Zem. Keďže zároveň obieha bližšie k Slnku, jej povrch sa zohrieval viac. Ak sa pri tom narušil geologický uhlíkový cyklus, oxid uhličitý sa začal hromadiť v atmosfére, teplota rástla a zvyšná voda sa postupne strácala. Inými slovami, Venuša sa mohla dostať do slučky, z ktorej už nebolo jednoduché uniknúť.
Vedci skúšali, čo sa stane s planétou, keď má príliš málo vody
White-Gianella preto upravila existujúce počítačové modely tak, aby lepšie sedeli na suché kamenné planéty. Doterajšie modely uhlíkového cyklu sa totiž viac sústredili na svety, ktoré boli chladnejšie alebo mali viac vody. Inými slovami, vedci už pomerne dobre skúmali planéty, kde dážď a oceány fungujú aspoň približne podobne ako na Zemi. Menej jasné však bolo, čo sa stane na svete, kde je vody len zlomok.
Práve preto tím spresnil výpočty vyparovania a zrážok. Nestačilo rátať len s tým, že Slnko zohrieva povrch a voda sa odparuje. Pri suchých planétach môžu veľkú úlohu zohrávať aj ďalšie faktory, napríklad vietor, ktorý dokáže odparovanie urýchliť podobne, ako keď ti na slnku rýchlejšie vyschne mokré oblečenie.
Výsledky ukázali, že aj planéta, ktorá na začiatku vznikne s povrchovou vodou, ju nemusí udržať navždy. Ak jej je málo, uhlíkový cyklus sa začne rozpadávať, oxid uhličitý sa hromadí v atmosfére a teplota rastie. V geologickom meradle, teda v horizonte miliónov až miliárd rokov, sa tak z pôvodne nádejného sveta môže stať planéta, na ktorej už stabilná tekutá voda nemá šancu prežiť.
Odpoveď možno nenájdeme pri vzdialených svetoch, ale na Venuši
Vedci preto čakajú aj na nové misie k Venuši. Práve tie môžu napovedať, či mala táto planéta kedysi vodu, ako rýchlo o ňu prišla a či sa jej atmosféra zmenila postupne, alebo po prudkom klimatickom zlome. Ak sa podarí lepšie odhadnúť jej pôvodné zásoby vody, môže to pomôcť overiť aj modely, ktoré dnes používame pri vzdialených exoplanétach.
„Na povrchu exoplanéty pravdepodobne počas nášho života nepristaneme. Venuša je však hneď vedľa nás a práve preto môže byť najlepším prirodzeným príkladom toho, čo sa môže stať so skalnatou planétou mimo Slnečnej sústavy,“ vysvetľuje White-Gianella.
Pri vzdialených svetoch preto nebude stačiť otázka, či obiehajú v obývateľnej zóne. Oveľa dôležitejšie môže byť, koľko vody si dokázali udržať. Planéta totiž môže mať správnu vzdialenosť od hviezdy, no ak má vody príliš málo, jej klíma sa môže po čase zmeniť na pascu.
