Van alle plaatsen in het universum waar we ooit naar hebben gekeken, heeft alleen de aarde ons bewijs geleverd voor het bestaan van leven. Maar waarom? Omdat leven zeldzaam is, en het ons alle omstandigheden vereist die we op aarde hebben om in stand te blijven? Of omdat het leven alomtegenwoordig is, maar we het hier hebben gevonden omdat het de gemakkelijkste plek was om het te vinden?
Aangezien alles op aarde is gerangschikt zoals het is, zijn we gewend te geloven dat als we een planeet en een ster hadden met dezelfde eigenschappen als de aarde en de zon - met dezelfde leeftijd, met dezelfde baanafstanden, afmetingen en massa's, van dezelfde materialen, dan zouden we weer leven krijgen. We nemen ook aan dat andere combinaties minder waarschijnlijk zijn. Maar al onze aannames kunnen onjuist zijn. De aarde kan zo zeldzaam zijn als leven.
In 2015 kondigde NASA de ontdekking van Kepler-452b aan en noemde het "de meest aardachtige exoplaneet" ooit ontdekt. Natuurlijk had ze veel overeenkomsten met de aarde, en haar ster had veel overeenkomsten met de zon:
- Zijn thuisster lijkt qua temperatuur, massa en grootte sterk op de zon: het is een G2-ster, ongeveer dezelfde helderheid en totale levensduur.
- Hij draait op bijna dezelfde afstand en met ongeveer dezelfde periode als onze planeet rond de zon: 385 dagen in plaats van 365.
- De ster waar hij omheen draait is niet veel verder ontwikkeld dan onze zon: hij is 1,5 miljard jaar ouder, wat betekent dat hij 20% energetisch krachtiger en 10% kouder is.
Promotie video:
- De planeet zelf is niet veel groter dan onze aarde, en de straal is 60% groter.
En hoewel deze omstandigheden je misschien "vergelijkbaar met aards" lijken, heeft de ontdekte wereld natuurlijk niets met de aarde te maken.
In ons zonnestelsel is het verschil tussen de aarde en Venus klein: ongeveer 5% in straal. Ter vergelijking: het verschil tussen de aarde en Uranus of Neptunus is enorm: deze werelden zijn vier keer zo groot als de aarde in straal. Daarom lijkt 60% meer misschien niet zo overdreven, maar de kans is groot dat we een solide planeet met een dunne atmosfeer zullen vinden, die de eigenschappen zal hebben van een gasreus: een grote schaal van lichte atmosferische gassen. In feite is er een zeer smal venster dat als "aards" moet worden beschouwd in termen van planeetgrootte, en een afwijking van meer dan 10-20% van de aardse grootte zou te groot zijn.
Er is echter alle reden om aan te nemen dat aardse planeten heel gewoon zijn. De laatste resultaten van de Kepler-telescoop tonen aan dat er minstens 17 miljard planeten ter grootte van de aarde in de Melkweg zijn, en dat minstens een paar procent van de sterren minstens één aardachtige wereld in de buurt zal hebben. Hoewel ons uiteindelijke doel natuurlijk is om een wereld te vinden met geavanceerd biologisch leven - bij voorkeur een wereld met leven tijdens de Cambrische explosie - keren onze gedachten altijd terug naar de tweelingbroer van de aarde. Maar zo'n dubbelganger, zelfs als die bestaat, is misschien niet de beste plek om te zoeken.
Our Sun is een 4,6 miljard jaar oude ster uit de G-klasse. Hoewel we denken dat het een van de meest voorkomende is, is het dat niet: onze ster is zwaarder dan 95% van alle sterren. M-dwergen, kleine rode sterren, zijn de meest voorkomende sterren in het heelal: driekwart van alle sterren zijn M-dwergen. De oceanen op onze planeet zullen binnen een miljard jaar koken, maar M-sterren zullen tientallen triljoenen jaren op een stabiele temperatuur branden.
"Kepler" vond veel aardse planeten in de buurt van deze M-sterren, die zich op geschikte plaatsen bevonden voor water op hun oppervlak in vloeibare toestand en waarvan de massa redelijk geschikt was voor aardse definitie. En hoewel M-sterren eerder fakkels uitzenden, en planeten dichter bij hen zouden moeten staan, bieden ze ook een stabielere omgeving voor hun planeten, met minder ultraviolette straling en betere bescherming tegen de brute manifestaties van de interplanetaire en interstellaire ruimte. De getijdekrachten van hun sterren zijn ook sterker, en hun kortere omlooptijd biedt hen een gemakkelijke manier om een groot magnetisch veld op te wekken, dat mogelijk bescherming biedt tegen fakkels.
Deze systemen komen vrij vaak voor, maar aardse tweelingsystemen zijn dat niet. Wat hebben we nodig voor een echte "dubbelganger"? Allereerst hebben we een ster zoals de zon nodig. Dit betekent dat de ster niet alleen van dezelfde temperatuur en hetzelfde spectraaltype moet zijn, maar ook ongeveer even oud moet zijn. Het kost tijd voordat het leven evolueert en zich ontwikkelt tot iets interessants, wat betekent dat we een sterrenstelsel nodig hebben dat vele miljarden jaren oud is. Maar we kunnen niet te lang wachten, want naarmate de sterren ouder worden, groeit het gebied van de kern dat waterstof met helium verbindt, en neemt het uitgangsvermogen toe (en daarmee de helderheid en temperatuur). Uiteindelijk zullen planeten (zoals de aarde) die ooit bewoonbaar waren, te heet worden, kokend water en voorkomen dat leven zich ontwikkelt.
Laten we zeggen dat we een venster hebben van 1-2 miljard jaar, wat ongeveer 10% van de levensduur van een ster is. Er zijn ongeveer 200-400 miljard sterren in ons sterrenstelsel, en ongeveer 7,6% daarvan zijn G-klasse sterren, zoals onze zon. Ondanks het feit dat onze zon nauwkeuriger is geclassificeerd als een G2V-ster, volgt hieruit nog steeds dat ongeveer 10% van alle G-klasse sterren van hetzelfde type zal zijn als onze zon. Bovenaan staan 400 miljard sterren, waarvan 7,6% van de G-klasse, 10% van dezelfde subklasse als de zon, waarvan 10% de juiste leeftijd heeft voor een interessant leven. Dit zijn 300 miljoen sterren. Maar zelfs dan zullen ze niet allemaal genoeg zware elementen hebben om de aardse wereld te creëren.
Hierboven zie je het spectrum van de zon. Met andere woorden, de lijnen die u ziet, vertegenwoordigen een grote verscheidenheid aan atomen en hun relaties. Er zijn er veel op de zon en ze hebben heel specifieke relaties. De indicator die geen waterstof of helium is, maar materialen in de zon synthetiseert, noemen astronomen metalliciteit. Als we een aardse planeet willen, hebben we sterren nodig met solaire metallische eigenschappen. Het is niet zo slecht; tot 25% van de sterren die tegelijkertijd met onze zon werden gevormd, waren tussenliggende sterren van populatie I, en veel van hen (misschien ongeveer 15%) hebben dezelfde metalliciteit als onze zon.
Het blijkt dat er in onze melkweg 11 miljoen sterren zijn zoals de onze, met dezelfde index van zware elementen. Hoeveel van deze 11 miljoen solaire "tweelingen" hebben een tweeling op aarde in hun bewoonbare zones?
We moeten een solide planeet vormen met de juiste afmetingen, met voldoende elementen, de juiste hoeveelheid water en op de juiste plaats om als de tweeling van de aarde te worden beschouwd. Al deze problemen zijn met elkaar verbonden. Je zou denken dat als de centrale ster de juiste elementaire overvloed had, de resulterende planeten dezelfde dichtheid / straalverhoudingen zouden hebben als in ons zonnestelsel. Maar als je planeet 20% meer straal heeft dan de aarde, zul je zeker een omhulsel van lichte gassen krijgen - waterstof en helium - die je planeet zullen beschermen, zelfs als je je in het binnenste deel van het zonnestelsel bevindt.
Een wereld die 60% groter is dan de aarde, zal vijf keer zijn massa hebben, wat te veel is om een solide planeet met een dunne atmosfeer te zijn. Als we alle schattingen nogmaals doorlopen, komen we van veertig tot honderdduizend terrestrische planeten met banen van het aardse type rond sterren van het zonnetype. Met 400 miljard sterren is de kans extreem klein.
En vergeet niet dat het echte doel van het vinden van dergelijke planeten is om werelden te vinden die aardachtig leven kunnen ondersteunen. En als dat het doel is, zoek dan niet naar de "dubbelganger" van de aarde; het is beter om te zoeken naar kleinere planeten in de buurt van M-klasse sterren. Het is beter om terrestrische werelden te zoeken in potentieel bewoonbare zones in de buurt van sterren. Er zullen veel meer opties zijn.
ILYA KHEL
