Gondolatok exoholdakról és lakhatóságukról – Fröhlich Viktória

Urabilitás – az élet keletkezése

Lakhatóság. Temérdekszer hallottuk már ezt a kifejezést, általában a következő kontextusban: Melyik bolygókon létezhet a földihez hasonló élet?  Mely bolygók lehetnek alkalmasak arra, hogy az ember letelepedhessen rajtuk? Távolaik még az idők, mikor embertársaink közelíthetik meg akár csak a legközelebbi exobolygó-rendszereket. Az élet alapvető építőköveinek kimutatása más égitesteken azonban napjainkra lehetségessé vált. (Megjegyzem, az “élet építőköveinek” azonosításának előfeltétele az “élet”, “élő” fogalmak pontos meghatározása, ami önmagában véve sem egyszerű vagy egyértelmű…)

(A lakhatóság a csillagászatban csak annyit jelent, hogy a bolygó felszínén létezhet folyékony víz (óceánok, tengerek, tavak formájában), amennyiben a bolygó légkörének összetétele, nyomása, a bolygó gravitációja, mágneses tere stb. ezt nem zárja ki, és a csillaghoz sem túl közel, sem túl távol nem kering a bolygó, azaz a csillag fel sem forralja a felszíni vizet, de  be sem fagy. Semmi többet nem jelent. A lakhatóság tehát a víznek a bolygófelszínen történő, folyékony formában való létezését engedi meg, nem pedig azt garantálja, hogy az élet, különösen az általunk ismert földi életforma megtelepedhet rajta.  – A főszerk.) 

Hogy egy adott égitesten megvetheti-e a lábát, csápját, egyéb kapaszkodószervét az élet, azt fizikai, kémiai és energetikai körülmények sokasága határozza meg. Ezek közül talán a legfontosabb az optimális hőmérséklet, nyomás, illetve sugárzási terhelés fenntartása. Továbbá, a kémiai reakciók megfelelő mennyiségben és gyorsasággal akkor mehetnek végbe, amennyiben katalizátorként jelen van egy folyékony oldószer. Ennek szerepét általában a víz tölti be – vagy esetleg a metán, pl. a Szaturnusz Titán nevű holdján.

Az, hogy egy égitesten a körülmények megfelelők az általunk ismert életformák fenntartásához, korántsem jelenti azt, hogy az élet önmagától, külső behatások nélkül is megjelenhetett rajta. Azon égitestek leírására, melyeken az élet kialakulásához megfelelő feltételek uralkodnak, egy új fogalom meghonosításához folyamodom, melynek neve: urabilitás.

Az urabilitás, melyben az ,,ur-” latin előtag ősit, primitívet jelent, elsősorban azzal az alapvető kérdéssel foglalkozik, hogy mik azok a minimális fizikai, kémiai, energetikai feltételek, amelyek szükségesek az élet kialakulásához. A lakhatósággal szemben inkább arra összpontosít, hogy az élet elkezdődhetett, kifejlődhetett-e egy adott égitesten. Nem kell messze mennünk egy találó urabilis példa kedvéért. Ha feltesszük, hogy a Jupiter Europa holdjának jégfelszín alatti óceánja hemzseg az élettől, az Europa nem csak lakható, hanem urabilis is, mivel a vastag jégpáncél meggátolja, hogy az élet külső forrásból érkezve telepedjen meg a holdon.

A következőkben azt a kérdéskört szeretném körbejárni, vajon urabilis lehet-e egy exohold, akár még az után is, hogy bolygójával elhagyták csillaguk gravitációs vonzását.

Tünékeny exoholdak 

Mára ötezernél is több exobolygót fedeztek fel a kutatók. A körülöttük feltételezhetően keringő exoholdak létezését azonban mind a mai napig rejtély övezi. Annak ellenére sem történt ugyanis megerősített felfedezés, hogy a Naprendszer mintája alapján ezek az objektumok a leggyakoribbak közé tartozhatnak a Galaxisban (a Naprendszerben nyolc bolygóra 200-nál is több hold jut!).

Az exoholdak keletkezése valószínűleg sok aspektusban hasonlít az exobolygókéhoz: a legelterjedtebb elmélet szerint a bolygók körül kialakuló gáz- és törmelékkorongokban keletkeznek. Azonban kezdhetik életüket bolygómagokként vagy kisbolygókként is, amelyek aztán bolygó körüli pályára fogódnak be. Egy bolygó körül természetesen több hold keletkezése is lehetséges, mely esetben a holdak gyakran középmozgás-rezonanciába kerülnek egymással.

Az elmúlt huszonöt év során több tucatnyi kutatás irányult exoholdak kimutatására, elsősorban a közvetlen képalkotás, a bolygó és a hold közös fedési fénygörbéje, valamit a két égitest által okozott mikrolencse-hatások (a bolygó-hold rendszer elhalad egy háttércsillag előtt, melynek fényét rövid ideig fókuszálja) modellezésére és észlelésére támaszkodva. A Kepler űrtávcső érzékenysége lehetővé teszi a Földnél jóval kisebb tömegű holdak kimutatását is, ennek ellenére a K1625b-i, illetve K1708b-i holdak létezése folyamatos vita tárgyát képezi.

A Tejút nomádjai: kóbor exobolygók

A Galaxisban központi csillag nélkül, szabadon sodródó planétákat kóbor (avagy szabadon lebegő, nomád, csillagtalan, stb.) bolygóknak nevezzük. A közvetlen képalkotással vagy gravitációs mikrolencse-hatásuk alapján felfedezett kóbor bolygók száma mára elérte a több százat! Sőt, egyes elméleti megfontolások alapján minden csillagra két kóbor bolygó is juthat. 

A kóbor bolygók sokféleképp elszakadhatnak csillaguktól. A legelterjedtebb hipotézisek a bolygók más bolygókkal, illetve csillagokkal való kölcsönhatását, vagy a csillag fősorozatot követő tömegvesztését (pl. szupernóva-robbanásokat) jelölik meg elsődleges forrásként. Ezen folyamatok során a bolygók pályája megváltozik: a pálya kitágul, excentricitása pedig meghaladhatja az 1-et, így a bolygók elhagyják a csillagrendszert és kóbor égitestként sodródnak tovább a Galaxis középpontja körül keringve.

Amennyiben egy holddal vagy holdakkal rendelkező bolygó elhagyja csillagrendszerét, a holdak nagy valószínűséggel a továbbiakban is a bolygó körül fognak keringeni. Az elméleti megfontolások alapján a kóbor bolygók 10-15%-a körül lehetnek olyan holdak, melyek jelenléte közvetlen képalkotással, vagy bolygófedések révén kimutatható. E téren a James Webb Űrtávcső, valamint az Euclid és Nancy Grace Roman űrtávcsövek mérései hozhatnak átütő eredményeket.

Urabilis kóbor bolygók?

Mindezek után, vajon létezhetnek kóbor bolygók vagy holdak, amelyek az élet magvait hordozzák? Tegyük fel, hogy az élet kialakulásának, az urabilitásnak az egyik feltétele, hogy a holdon folyékony vízréteg legyen jelen. Az óceán helyet kaphat a felszínen, vagy az Europa és Enceladus holdakhoz hasonlóan egy jégkéreg alatt is.

A felszíni óceánok fennmaradásának feltétele a légkör megléte. Az atmoszféra jelenléte továbbá elősegíti a bolygó felszínén a magas hőmérséklet fenntartását is. A csillagrendszerből való kilökődés pedig nem zárja ki, hogy egy kóbor bolygó légköre fennmaradjon. Az ilyen égitestek tehát a kóbor bolygó fázisban is urabilisek lehetnek.

Természetesen annak is megvan az esélye, hogy a bolygó atmoszférája kifagy, amikor elszakad csillagának melengető sugárzásának öleléséből. Ebben az esetben folyékony óceán csak egy szilárd jégréteg alatt maradhat fenn. Ehhez pedig arra van szükség, hogy a bolygó belső hője jelentős legyen. Ez a hőmennyiség azonban csillag és légkör hiányában gyorsan csökkenni fog.

Élet kóbor bolygók holdjain?

És mi a helyzet a kóbor bolygók holdjain? A csillag közvetlen besugárzásának hiányában három fontos energiaforrást kell megemlítenünk: 1) a bolygó saját, belső hőjét kisugározza, aminek egy részét a hold elnyeli, 2) a hold saját belső hővel rendelkezik, illetve 3) amennyiben a hold pályája excentrikus, az árapályfűtéssel is számolnunk kell: a hold a pálya közel- illetve távolpontjában más mértékű gravitációt érzékel, ami belső súrlódásokhoz, és így jelentős hőtermeléshez vezet.

Egy felszíni óceán a kóbor bolygók holdjain csak akkor maradhat fenn milliárd éves időskálán, ha a hold légköre nagyságrendileg 100 atm nyomású. Ahhoz azonban, hogy a holdak urabilisek lehessenek, elégséges feltétel egy jégfelszín alatti óceán fennmaradása is. Ehhez akár, amennyiben a hold excentricitása jelentős (nagyságrendileg 0,001, vagy nagyobb), elegendő lehet az árapályfűtésből származó hő. 

A holdak excentricitása azonban százezer-milliárd éves időskálán csökkenésnek indul. Viszont, ha a bolygó körül további holdak keringenek, azok rezonáns konfigurációja elősegítheti az excentricitás gerjesztését és fenntartását akár milliárd éves időskálán is (mint a Jupiter Galilei-holdjai esetén). Így már nem túl elrugaszkodott az a feltételezés, miszerint a kóbor bolygók árapályerők által fűtött rezonáns holdjainak felszín alatti óceánjai biztosíthatják az élet kialakulásához szükséges feltételeket. Gyakoriságuk miatt pedig akár az is előfordulhat, hogy ezek a kóbor égitestek az élet leggyakoribb lelőhelyei az Univerzumban!

Az urabilitásnak van még egy további fontos feltétele: az óceánnak érintkeznie kell a hold szilikátokban gazdag magjával. Ennek hiányában ugyanis az oldószerben (vízben) nem épülhetnek fel azok a szerves molekulák, amelyek az élet alapvető építőkövei. A földi élet kialakulásában például jelentős szerepet játszottak az óceánok mélyén fellelhető mélytengeri kürtők, melyek állandó energia- és tápanyagforrásként szolgálnak az extremofil baktériumok számára. A kóbor holdak mélyvízi lényeinek nagyon más körülményekhez kell alkalmazkodnia, mint a Földön ma ismert felszíni világ képviselőinek. Hogy pontosan milyenek is lehetnek ezek az élőlények, arról egy következő cikkünkben fogunk elmélkedni!

Related posts:

Az élet alapvető építőköveire bukkantak a Ryugu aszteroidán – Fröhlich Viktória TOI-500: egy különleges múltú négyes exobolygó-rendszer – Fröhlich Viktória Szerves anyag nyomait találtak a Marson? – Csizmadia Szilárd Széteső bolygók fehér törpecsillagok körül – Fröhlich Viktória Élet nyomai egy bekebelezett bolygón? – Lemeztektonika a Földön kívül – Fröhlich Viktória