Kiedy planeta jest “ziemiopodobna” i dlaczego to bardzo mylące?

Na ten moment NASA posiada katalog zawie­ra­ją­cy ponad 5800 udo­ku­men­to­wa­nych planet poza­sło­necz­nych. Co roku odkry­wa­my tego tyle, że iden­ty­fi­ka­cja kolej­ne­go gorą­ce­go Jowisza, mini-Neptuna czy innego lodo­we­go olbrzy­ma nie robi obecnie na nikim wra­że­nia. Dowie­dli­śmy już, że układy pla­ne­tar­ne są we wszech­świe­cie czymś zupeł­nie powszech­nym. Teraz więk­szość ludzi chcia­ła­by raczej dowie­dzieć się, czy gdzieś tam daleko nie krąży sobie świat podobny do naszego. Jakaś Ziemia 2.0, albo chociaż 1.5.

Wcale się nie dziwię. Nawet jeżeli przez kolejne stu­le­cia nie ruszymy tyłków z Układu Sło­necz­ne­go, sama świa­do­mość ist­nie­nia w galak­ty­ce innych ska­li­stych globów o warun­kach poten­cjal­nie sprzy­ja­ją­cych życiu (albo przy­naj­mniej nie-aż-tak-zabój­czych), byłaby całkiem kojąca. To również odro­bi­nę większa szansa na to, że nie jeste­śmy sami w tym wielkim, pustym, zimnym i smutnym wszechświecie.

Jak nam idą poszukiwania?

Media oko­ło­nau­ko­we co jakiś czas trąbią o odkry­ciu kolej­nej planety “podob­nej do Ziemi”. O dziwo, nie każdy tego rodzaju nagłó­wek musi być per­fid­ną mani­pu­la­cją. Wśród tysięcy zabój­czych kul gazu, ognia i lodu, fak­tycz­nie zna­le­zio­no przy­naj­mniej kil­ka­na­ście, które sami astro­no­mo­wie okre­śla­ją mianem “zie­mio­po­dob­nych”.

Problem tylko w tym, że wiele osób (w tym dzien­ni­ka­rzy) używa tego pojęcia bez­re­flek­syj­nie, nie zdając sobie sprawy, że ma ono ściśle okre­ślo­ne zna­cze­nie. Ktoś nie­obe­zna­ny mógłby pomy­śleć, że uczeni nakie­ro­wu­ją tele­skop na obcy układ pla­ne­tar­ny i oglą­da­ją sobie powierzch­nię wybra­ne­go obiektu. Następ­nie widząc przy­jem­ne nie­bie­sko-zielone barwy, gęstą atmos­fe­rę, chmurki i całą resztę, ze wzru­sze­niem stwier­dza­ją – “oto odkry­li­śmy świat podobny do Ziemi”. 

Nie. Więk­szość egzo­pla­net to wypry­ski na niezbyt spek­ta­ku­lar­nych wykresach. 

Z nich wycią­ga­ne są dane, na pod­sta­wie których udaje się (lub nie) zre­kon­stru­ować kilka pod­sta­wo­wych liczb, opi­su­ją­cych coś, co krąży wokół badanej gwiazdy. Tak uzy­ska­ne war­to­ści można później pod­sta­wić pod nastę­pu­ją­ce równanie:

Autorzy facho­wych publi­ka­cji posłu­gu­ją się wskaź­ni­kiem ESI (Earth Simi­la­ri­ty Index), czyli skalą podo­bień­stwa do Ziemi. Wyraża się go war­to­ścią od 0 do 1, gdzie jedynka to bliź­niacz­ka naszej Błę­kit­nej Kropki, a zero – świat kom­plet­nie odmien­ny od naszego. Jednak z ESI jest trochę jak z gwiazd­ka­mi na Film­we­bie: niby poma­ga­ją odsiać naj­gor­szy chłam, ale w prak­ty­ce pro­duk­cja o nieco słab­szej ocenie, często okazuje się traf­niej­szym wyborem na wie­czor­ny seans.

Wyższa “ziemiopodobność” nie oznacza, że planeta będzie bardziej przyjazna?

Rzecz w tym, że ESI jest bardzo ogólnym wskaź­ni­kiem, odwo­łu­ją­cym się do zale­d­wie czte­rech parametrów:

• Tem­pe­ra­tu­ra powierzch­ni (Czy na wybra­nej pla­ne­cie można chodzić w T‑shircie, czy raczej powi­nie­neś zabrać ze sobą komplet kalesonów);
• Promień (Czy planeta nie jest mała, jak Merkury albo prze­ro­śnię­ta, jak Jowisz);
• Gęstość (Czy to w ogóle coś ska­li­ste­go, czy tylko kupa wodoru);
• Pręd­kość uciecz­ki (Czy planeta ma wystar­cza­ją­cą gra­wi­ta­cję, by utrzy­mać atmos­fe­rę, ale też czy nie “przy­tu­li” nas do swojej powierzch­ni zbyt mocno).

Każdemu z tych para­me­trów przy­pi­su­je się inną wagę. Zde­cy­do­wa­ny prio­ry­tet ma tem­pe­ra­tu­ra (waga 5,58), potem gęstość (1,07), pręd­kość uciecz­ki (0,70) i na końcu promień (0,57).

Przyj­mu­je się, że ogólny wynik powyżej 0,80, pozwala uznawać planetę za ziemiopodobną.

Tyle tylko, że jest to głównie tytuł hono­ro­wy. Sam w sobie nie gwa­ran­tu­je abso­lut­nie niczego. Jak naj­bar­dziej można sobie wyobra­zić glob o ESI równym 1 – na papie­rze bliź­nia­czy Ziemi – który natych­miast uka­tru­pił­by nawet naj­tward­sze­go nie­spor­cza­ka. A to dlatego, że na wyjąt­ko­wość naszej cudow­nej planety skła­da­ją się również inne sprawy, takie jak aktyw­ność Słońca, siła magne­tos­fe­ry, sta­bil­ność orbity, procesy geo­lo­gicz­ne, obec­ność ciekłej wody i tak dalej. Czasem jeden taki detal potrafi zade­cy­do­wać o wszystkim.

Zresztą, wystar­czy spoj­rzeć na przy­kła­dy nie­któ­rych pre­ten­den­tek do tytułu nowej Ziemi.

Proxima Cen­tau­ri b (ESI ≈ 0,87)

Dziew­czy­na z (kosmicz­ne­go) sąsiedz­twa. Krąży wokół Proximy Cen­tau­ri, leżącej 4,2 roku świetl­ne­go od Słońca – bliżej już nic nie znaj­dzie­my. Problem w tym, że ten nie­po­zor­ny, malutki czer­wo­ny karzeł ma ten­den­cję do czę­stych roz­bły­sków i oplu­wa­nia swojej planety por­cja­mi mor­der­cze­go promieniowania.

Gliese 667 Cc (ESI ≈ 0,84)

Piękny ska­li­sty świat, przy­pusz­czal­nie wypo­sa­żo­ny w sen­sow­ną atmos­fe­rę i ciekłe oceany. Rok trwa tam tylko 28 dni, więc średnio co miesiąc można wypra­wiać sobie uro­dzi­ny. Inte­re­su­ją­cy wybór, gdyby nie cho­ler­na blokada pływowa, która sprawia, że planeta pozo­sta­je stale zwró­co­na w kie­run­ku gwiazdy jedną półkulą. Zapo­mnij o spa­ce­rach podczas zachodu słońca.

Kepler-442b (ESI ≈ 0,87)

Znaj­du­je się trochę daleko (1115 lat świetl­nych), ale przez ładnych kilka lat po odkry­ciu uważano ją za naj­lep­sze miejsce do poszu­ki­wa­nia życia poza­ziem­skie­go. To taka zapo­mnia­na miss galak­tycz­ne­go kon­kur­su pięk­no­ści. Nie­ste­ty każda doba ciągnie się tam mie­sią­ca­mi, a pory roku nie występują.

Kepler-186f (ESI ≈ 0,84)

Pod wieloma wzglę­da­mi podobna do kan­dy­dat­ki powyżej, ale leży nieco bliżej (492 lata świetl­ne) i ma roz­mia­ry bliższe Ziemi. Musisz jednak przy­go­to­wać się na obfite rachun­ki za prąd i zapo­mnieć o wydaj­nym rol­nic­twie. Gwiazda Kepler-186 mocno nie­do­ma­ga i świeci nawet o 95% słabiej od naszego Słońca.

KOI-4878.01 (ESI ≈ 0,98)

Tak podobna do Ziemi, że gdybyś zmrużył oczy, mógłbyś je pomylić. Problem w tym, że jest naj­sła­biej potwier­dzo­ną ze wszyst­kich przy­to­czo­nych tu planet i być może nawet nie istnieje.

TRAP­PIST-1e (ESI ≈ 0,91)

Leży całkiem blisko (39 lat świetl­nych), może posia­dać atmos­fe­rę oraz oceany. Jed­no­cze­śnie jest prawie o połowę mniej masywna od Ziemi i chyba nie wykształ­ci­ła pola magne­tycz­ne­go. Co zabawne, obiega swoją gwiazdę w zale­d­wie 6,1 dnia. Niby fajnie mieć Syl­we­ster co piątek (a nawet czę­ściej) – ale co za dużo, to nie zdrowo.

Jak widzisz, nie jest łatwo znaleźć ideał. Skala ESI bywa przy tym bardzo myląca i samo­dziel­nie o niczym nie przesądza.

To może warto byłoby uwzględnić te szczegóły w równaniu?

Pamię­taj, że egzo­pla­ne­ty znaj­du­ją się daleko. Bardzo daleko. W sensie: tak daleko, że jaka­kol­wiek sonda lub łazik potrze­bo­wa­ły­by z 50 tysięcy lat, żeby dotrzeć do naj­bliż­szej. To zawęża nasze moż­li­wo­ści badaw­cze. Wskaź­nik ESI oparto na czte­rech pod­sta­wo­wych para­me­trach nie z leni­stwa, a dlatego, że tylko te cztery cechy potra­fi­my mierzyć lub obli­czać z jako taką dokład­no­ścią, w więk­szo­ści przypadków.

Czyli ten cały wskaźnik jest bezużyteczny?

Jest bardzo uży­tecz­ny, tylko trzeba rozu­mieć do czego służy. Zespoły badaw­cze co roku pre­zen­tu­ją całe setki nowych egzo­pla­net. Żeby jakoś to ogarnąć i nie zwa­rio­wać, trzeba te wszyst­kie odkry­cia pose­gre­go­wać. Skala ESI jest właśnie narzę­dziem do wstęp­ne­go porząd­ko­wa­nia. Tak, żeby wie­dzieć, którym pla­ne­tom warto poświę­cić czas na dalsze analizy. Wskaź­nik nie mówi nato­miast nic o tym, czy dany świat nadaje się do spa­ce­rów bez ska­fan­dra i butli tlenowej.

Pamię­taj o tym, kiedy znów zoba­czysz nagłó­wek o ziden­ty­fi­ko­wa­niu nowej Ziemi. A zoba­czysz jeszcze nie raz i nie dwa.

A TAK W OGÓLE TO… Ponie­waż naukow­cy uwiel­bia­ją wszyst­ko porząd­ko­wać, w lite­ra­tu­rze funk­cjo­nu­je też wskaź­nik MSI (Mars Simi­la­ri­ty Index). Jak wska­zu­je nazwa, to indeks opi­su­ją­cy, na ile pod­sta­wo­we para­me­try danej egzo­pla­ne­ty są zbieżne z wła­ści­wo­ścia­mi Marsa. Gdyby ktoś pytał, Ziemia w tej skali dostaje ocenę 0,68, a wymie­nio­ny w tym tekście, zie­mio­po­dob­ny Kepler-186f 0,69.