Viime vuosina lähellä olevien M-tyypin (punaisten kääpiötähtien) ympärille löydettyjen aurinkoisten planeettojen määrä on lisääntynyt huomattavasti. Monissa tapauksissa nämä vahvistetut planeetat ovat olleet ”maapallon kaltaisia”, mikä tarkoittaa, että ne ovat maanpäällisiä (alias. Kivisiä) ja kooltaan verrattavissa maahan. Nämä löytöt ovat olleet erityisen jännittäviä, koska punaiset kääpiötähdet ovat yleisimpiä maailmankaikkeudessa - niiden osuus on vain 85 prosenttia Linnunradan tähtiä.
Valitettavasti myöhässä on tehty lukuisia tutkimuksia, jotka osoittavat, että näillä planeetoilla ei ehkä ole välttämättömiä olosuhteita elämän tukemiseksi. Uusin tutkimus tulee Harvardin yliopistosta, jossa tutkijatohtori Manasvi Lingam ja professori Abraham Loeb osoittavat, että M-tyypin tähtiä ympäröivät planeetat eivät välttämättä saa riittävästi säteilyä tähtiiltään fotosynteesin tapahtumiseksi.
Yksinkertaisesti sanottuna, elämän maan päällä uskotaan syntyneen 3,7–4,1 miljardia vuotta sitten (myöhään Hadean tai varhaisen arkeanisen eonin aikana) aikana, jolloin planeetan ilmapiiri olisi ollut myrkyllinen elämälle tänään. 2,9 - 3 miljardia vuotta sitten alkoi ilmaantua fotosyntetisoivia bakteereja, jotka alkoivat rikastaa ilmakehän happea kaasulla.
Tämän seurauksena Maa kokenut niin kutsutun "suuren hapettumistapahtuman" noin 2,3 miljardia vuotta sitten. Tänä aikana fotosynteettiset organismit muuttivat vähitellen maapallon ilmakehän pääosin hiilidioksidista ja metaanista koostuvasta atmosfääristä, joka koostuu typestä ja happikaasusta (vastaavasti ~ 78% ja 21%).
Mielenkiintoista on, että muiden fotosynteesin muotojen uskotaan syntyneen jopa nopeammin kuin klorofyllien fotosynteesi. Näihin kuuluvat verkkokalvon fotosynteesi, joka syntyi noin. 2,5-3,7 miljardia vuotta sitten, ja sitä esiintyy edelleen rajallisissa markkinaympäristöissä. Kuten nimestä voi päätellä, tämä prosessi perustuu verkkokalvolle (eräänlaiseen purppuraan pigmenttiin) absorboimaan aurinkoenergiaa näkyvän spektrin kelta-vihreässä osassa (400 - 500 nm).
Siellä on myös hapettumatonta fotosynteesiä (jossa hiilidioksidi ja kaksi vesimolekyyliä prosessoidaan formaldehydin, veden ja happikaasun luomiseksi), jonka uskotaan edeltävän kokonaan hapen fotosynteesiä. Miten ja milloin erityyppisiä fotosynteesiä syntyi, on avain ymmärrykseen siitä, kun elämä maapallolla alkoi. Kuten professori Loeb selitti Space Magazine: lle sähköpostitse:
'' Fotosynteesi 'tarkoittaa' yhdistämistä '(synteesi) valolla (kuva). Se on prosessi, jota kasvit, levät tai bakteerit muuttavat auringonvalon kemialliseksi energiaksi, joka polttaa niiden toimintaa. Kemiallinen energia varastoituu hiilipohjaisiin molekyyleihin, jotka syntetisoidaan hiilidioksidista ja vedestä. Tämä prosessi vapauttaa happea sivutuotteena, mikä on välttämätöntä olemassaolollemme. Kaiken kaikkiaan fotosynteesi toimittaa kaikki orgaaniset yhdisteet ja suurimman osan elämälle tarvittavasta energiasta sellaisena kuin me sen tunnemme maapallolla. Fotosynteesi syntyi suhteellisen varhaisessa vaiheessa Maan evoluutiohistoriassa. ”
Tämänkaltaiset tutkimukset, joissa tutkitaan fotosynteesin merkitystä, eivät ole vain tärkeitä, koska ne auttavat meitä ymmärtämään, kuinka elämä syntyi maan päällä. Lisäksi ne voisivat auttaa meitä ymmärtämään, voisiko elämä syntyä aurinkoon kuulumattomilla planeetoilla, ja missä olosuhteissa tämä voisi tapahtua.
Heidän tutkimuksensa, jonka otsikko oli ”Fotosynteesi asuttavilla planeetoilla pienmassatähteiden ympärillä”, ilmestyi äskettäin verkossa ja se toimitettiin Kuukausittaiset ilmoitukset Royal Astronomical Society -tapahtumasta. Tutkimuksensa vuoksi Lingam ja Loeb yrittivät rajoittaa M-tyypin tähtiä fotonivuon kanssa selvittääkseen, onko fotosynteesi mahdollista maanpäällisillä planeetoilla, jotka kiertävät punaisia kääpiötähteitä. Kuten Loeb totesi:
”Tutkimme artikkelissamme, tapahtuuko fotosynteesi planeetoilla, jotka sijaitsevat asumisalueella pienimassatähteiden ympärillä. Tämä vyöhyke määritellään etäisyydeksi tähdestä, missä planeetan pintalämpötila sallii nestemäisen veden olemassaolon ja elämän kemian sellaisena kuin me sen tunnemme. Sillä vyöhykkeellä oleville planeetoille laskettiin niiden pintaa valaiseva ultravioletti (UV) -virta niiden isäntätähteen massan funktiona. Pienen massan tähdet ovat viileämpiä ja tuottavat vähemmän UV-fotoneja säteilymääriä kohti. "
Yhdessä viimeaikaisten punaisten kääpiötähtien havaintojen kanssa heidän tutkimuksensa keskittyi "Maan analogisiin", planeettoihin, joilla on samat fysikaaliset perusparametrit kuin Maalla - ts. Säde, massa, koostumus, efektiivinen lämpötila, albedo jne. Koska fotosynteesin teoreettiset rajat ovat muiden tähtiä ympärillä ei ole hyvin ymmärretty, ne toimivat myös samoilla rajoituksilla kuin maan päällä - välillä 400-750 nm.
Tämän perusteella Lingam ja Loeb laskivat, että pienimassat M-tyyppiset tähdet eivät pystyisi ylittämään vähimmäis UV-virtausta, jota vaaditaan Maan kaltaisen biosfäärin varmistamiseksi. Kuten Loeb on kuvannut:
"Tämä tarkoittaa, että asuttavat planeetat, jotka on löydetty viime vuosina läheisistä kääpiötähteistä, Proxima Centaurista (lähinnä aurinkoa oleva tähti, 4 valovuoden päässä, 0,12 aurinkomassaa, yhdellä asuttavalla planeetalla, Proxima b) ja TRAPPIST-1 ( 40 valovuoden päässä, 0,09 aurinkomassaa, kolmella asuttavalla planeetalla TRAPPIST-1e, f, g), ei todennäköisesti ole maapallomaista biosfääriä. Yleisemmin tähtiäsi kulkevien planeettojen ilmakehän koostumuksen spektroskopiset tutkimukset (kuten TRAPPIST-1) eivät todennäköisesti löydä biomarkkereita, kuten happea tai otsonia, havaittavissa olevilla tasoilla. Jos happea löytyy, sen alkuperä on todennäköisesti ei-biologinen. "
Luonnollisesti tällaiselle analyysille on rajoituksia. Kuten aiemmin todettiin, Lingam ja Loeb osoittavat, että muiden tähteiden ympärillä tapahtuvan fotosynteesin teoreettiset rajat eivät ole yleisesti tunnettuja. Ennen kuin saamme lisätietoja planeettaolosuhteista ja M-tyypin tähtiä ympäröivästä säteilyympäristöstä, tutkijat pakotetaan käyttämään omalle planeettamme perustuvia mittareita.
Toiseksi, on myös tosiasia, että M-tyypin tähdet ovat muuttuvia ja epävakaita verrattuna aurinkoomme ja kokevat säännöllisiä leimahduksia. Viitaten muihin tutkimuksiin Lingam ja Loeb osoittavat, että näillä voi olla sekä positiivisia että kielteisiä vaikutuksia planeetan biosfääriin. Lyhyesti sanottuna, tähtien soihdut voisivat tarjota ylimääräistä UV-säteilyä, joka auttaisi laukaista prebioottista kemiaa, mutta voisi myös olla haitallista planeetan ilmakehälle.
Siitä huolimatta, että tutkija kieltää intensiivisempien tutkimusten tekemisen ekstrasolaarisista planeetoista, jotka kiertävät punaisia kääpiötähteitä, tutkijan on pakko luottaa teoreettisiin arvioihin siitä, kuinka todennäköistä elämä olisi näillä planeetoilla. Mitä tulee tässä tutkimuksessa esitettyihin havaintoihin, ne ovat jälleen yksi osoitus siitä, että punaiset kääpiötähtijärjestelmät eivät ehkä ole todennäköisin paikka löytää asuttavia maailmoja.
Jos totta, näillä havainnoilla voi olla dramaattisia vaikutuksia myös maanpäällisen älykkyyden hakuun (SETI). "Koska fotosynteesin tuottama happi on edellytys monimutkaiselle elämälle, kuten ihmisille maan päällä, sitä tarvitaan myös teknisen älykkyyden kehittymiseen", Loeb sanoi. "Jälkimmäisen esiintyminen puolestaan avaa mahdollisuuden löytää elämää teknologisten allekirjoitusten, kuten radiosignaalien tai jättiläistuotteiden, kautta."
Toistaiseksi asutettavien planeettojen ja elämän etsinnästä tiedotetaan edelleen teoreettisilla malleilla, jotka kertovat meille, mitä ollaan etsimässä. Samanaikaisesti nämä mallit perustuvat edelleen "elämään sellaisena kuin me sen tunnemme" - ts. Käyttämällä maapalloanalogia ja maalajeja esimerkkeinä. Onneksi tähtitieteilijät odottavat oppivansa paljon enemmän tulevina vuosina seuraavan sukupolven instrumenttien kehittämisen ansiosta.
Mitä enemmän opimme eksoplaneettojen järjestelmistä, sitä todennäköisemmin selvitämme, ovatko ne asutettavissa vai eivät. Mutta lopulta emme tiedä mitä muuta meidän pitäisi etsiä, kunnes löydämme sen. Tällainen on suuri paradoksi, kun kyse on maanpäällisen älykkyyden etsinnästä, puhumattakaan siitä muusta suuresta paradoksista (katso sitä!).
