Viimastel aastatel on lähedalasuvate M-tüüpi (punaste kääbustähtede) ümber avastatud päikesepoolsete planeetide arv märkimisväärselt kasvanud. Paljudel juhtudel on need kinnitatud planeedid olnud “Maa-sarnased”, mis tähendab, et nad on maapealsed (teise nimega kivised) ja võrreldavad suurusega Maaga. Need leiud on olnud eriti põnevad, kuna punased kääbustähed on universumis kõige tavalisemad - need moodustavad 85% tähtedest ainult Linnuteel.
Kahjuks on hiljaaegu läbi viidud arvukalt uuringuid, mis näitavad, et neil planeetidel ei pruugi olla elu toetamiseks vajalikke tingimusi. Viimane pärineb Harvardi ülikoolist, kus järeldoktor Manasvi Lingam ja professor Abraham Loeb demonstreerivad, et M-tüüpi tähte ümbritsevad planeedid ei pruugi oma tähtedelt fotosünteesi toimumiseks piisavalt kiirgust saada.
Lihtsustatult öeldes arvatakse, et elu Maal tekkis 3,7–4,1 miljardit aastat tagasi (hilise Hadeani või Arheuse varajase aja jooksul) ajal, mil planeedi atmosfäär oleks tänapäeval elule toksiline olnud. Vahemikus 2,9–3 miljardit aastat tagasi hakkasid ilmnema fotosünteesivad bakterid, mis hakkasid atmosfääri rikastama gaasilise hapnikuga.
Selle tagajärjel koges Maa umbes 2,3 miljardit aastat tagasi nn suurt oksüdatsiooniüritust. Selle aja jooksul muutsid fotosünteesivad organismid Maa atmosfääri järk-järgult ümber atmosfääri, mis koosneb peamiselt süsinikdioksiidist ja metaanist, lämmastiku ja gaasi hapniku moodustatuks (vastavalt ~ 78% ja 21%).
Huvitaval kombel arvatakse, et muud fotosünteesi vormid on tekkinud veelgi varem kui klorofülli fotosüntees. Nende hulka kuulub võrkkesta fotosüntees, mis tekkis ca. 2,5–3,7 miljardit aastat tagasi ja eksisteerib endiselt piiratud niššikeskkonnas. Nagu nimest järeldada võib, tugineb see protsess võrkkestale (teatud tüüpi lillale pigmendile) päikeseenergia absorbeerimiseks nähtava spektri kollakasrohelises osas (400–500 nm).
Samuti toimub anoksügeenne fotosüntees (kus süsinikdioksiidi ja kahte veemolekulit töödeldakse formaldehüüdi, vee ja hapniku gaasi saamiseks), mis arvatakse toimuvat enne hapnikugeenset fotosünteesi. Kuidas ja millal tekkisid erinevad fotosünteesi tüübid, on mõistmise võti, millal elu Maal algas. Nagu professor Loeb selgitas ajakirjale Space Magazine:
„Fotosüntees” tähendab valguse abil kokkupanemist (süntees) (foto). See on protsess, mida taimed, vetikad või bakterid kasutavad päikesevalguse muundamiseks keemiliseks energiaks, mis toidab nende tegevust. Keemiline energia salvestub süsinikupõhistes molekulides, mis sünteesitakse süsinikdioksiidist ja veest. See protsess eraldab sageli hapniku kõrvalsaadusena, mis on meie eksisteerimiseks vajalik. Üldiselt varustab fotosüntees kõiki orgaanilisi ühendeid ja enamiku eluks vajalikust energiast, nagu me seda planeedil Maa tunneme. Fotosüntees tekkis Maa evolutsiooniajaloo suhteliselt varakult. ”
Sellised uuringud, mis uurivad fotosünteesi rolli, pole lihtsalt olulised, kuna aitavad meil mõista, kuidas elu Maal tekkis. Lisaks võiksid need aidata kaasa meie arusaamale sellest, kas elu võib päiksevälistel planeetidel tekkida või mitte, ja mis tingimustel see võib toimuda.
Nende uuring pealkirjaga “Fotosüntees väikeste massiga tähtede ümber elavatel planeetidel” ilmus hiljuti Internetis ja edastati Kuningliku Astronoomiaühingu igakuised teated. Lingam ja Loeb püüdsid oma uuringu huvides piirata M-tüüpi tähtede footonivoogu, et teha kindlaks, kas fotosüntees on võimalik maapealsetel planeetidel, mis tiirlevad ümber punaste kääbustähtede. Nagu Loeb ütles:
„Oma töös uurisime, kas fotosünteesi võib toimuda planeetidel, mis asuvad väikese massitähega tähtede ümber asustatavas tsoonis. Seda tsooni määratletakse vahemiku kaugusel tähest, kus planeedi pinnatemperatuur võimaldab vedela vee olemasolu ja elukeemiat, nagu me seda teame. Selles tsoonis asuvate planeetide jaoks arvutasime nende pinda valgustava ultraviolettkiirguse (UV) voo nende peremeestähe massi funktsioonina. Madala massiga tähed on jahedamad ja tekitavad vähem UV-footoneid ühe kiirguse koguse kohta. ”
Kooskõlas hiljutiste leidudega, mis hõlmasid punaseid kääbustähti, keskenduti nende uuringus Maa analoogidele - planeetidele, millel on Maaga samad füüsikalised parameetrid - st raadius, mass, koostis, efektiivne temperatuur, albedo jne. Kuna fotosünteesi teoreetilised piirid on olemas teiste tähtede ümber pole hästi aru saada, töötasid nad ka samade piiridega nagu Maa peal - vahemikus 400–750 nm.
Selle põhjal arvutasid Lingam ja Loeb, et väikese massiga M-tüüpi tähed ei suuda ületada minimaalset UV-voogu, mis on vajalik Maaga sarnase biosfääri tagamiseks. Nagu Loeb illustreeris:
„See tähendab, et lähedalasuvate kääbustähtede Proxima Centauri (Päikesele lähim täht, 4 valgusaasta kaugusel, 0,12 päikesemassi, ühe asustatava planeediga Proxima b) ümbruses on viimastel aastatel avastatud asustatavad planeedid ja TRAPPIST-1 ( 40 valgusaasta kaugusel 0,09 päikesemassi koos kolme asustatava planeediga TRAPPIST-1e, f, g) tõenäoliselt pole Maa-sarnast biosfääri. Üldisemalt ei leia nende tähti läbivate planeetide atmosfääri koostise spektroskoopilised uuringud (näiteks TRAPPIST-1) tõenäoliselt biomarkereid, näiteks hapnikku või osooni, tuvastatavatel tasemetel. Kui hapnik leitakse, on selle päritolu tõenäoliselt mittebioloogiline. ”
Loomulikult on sellisel analüüsil piirid. Nagu varem märgitud, osutavad Lingam ja Loeb, et teiste tähtede ümber toimuva fotosünteesi teoreetilised piirid pole üldteada. Kuni saame rohkem teada planeeditingimuste ja M-tüüpi tähtede ümbritseva kiirguskeskkonna kohta, on teadlased sunnitud kasutama meie enda planeedil põhinevaid mõõdikuid.
Teiseks on olemas ka asjaolu, et M-tüüpi tähed on meie Päikesega võrreldes muutlikud ja ebastabiilsed ning kogevad perioodilisi ägenemisi. Muid uuringuid viidates osutavad Lingam ja Loeb, et neil võib olla nii positiivset kui ka negatiivset mõju planeedi biosfäärile. Lühidalt, tähelaternad võivad pakkuda täiendavat UV-kiirgust, mis aitab esile kutsuda prebiootilise keemia, kuid võib kahjustada ka planeedi atmosfääri.
Vaatamata sellele, et keelata intensiivsemad punaste kääbustähti tiirlevate ekstrasolaarsete planeetide uuringud, on teadlane sunnitud tuginema teoreetilistele hinnangutele, kui tõenäoline oleks elu nendel planeetidel. Mis puutub selles uuringus esitatud järeldustesse, siis on need veel üks märk sellest, et punaste kääbustähede süsteemid ei pruugi olla kõige tõenäolisem koht elamiskõlblike maailmade leidmiseks.
Kui see on tõsi, võivad need leiud avaldada drastilisi tagajärgi maapealse luure otsingule (SETI). "Kuna fotosünteesi käigus toodetav hapnik on keeruka elu, näiteks Maa peal elavate inimeste eeltingimus, on see vajalik ka tehnoloogilise intelligentsuse arenemiseks," ütles Loeb. "Viimane loob omakorda võimaluse leida elu tehnoloogiliste allkirjade, näiteks raadiosignaalide või hiiglaslike esemete kaudu."
Praegu on elamiskõlblike planeetide otsingutest ja elust teavitatud teoreetiliste mudelitega, mis ütlevad meile, mida me peaksime otsima. Samal ajal põhinevad need mudelid jätkuvalt „elul sellisena, nagu me seda tunneme” - s.t kasutades näidetena Maa-analooge ja maapealseid liike. Õnneks loodavad astronoomid tänu järgmise põlvkonna instrumentide väljatöötamisele järgmistel aastatel palju rohkem õppida.
Mida rohkem me eksoplaneedisüsteemide kohta teada saame, seda tõenäolisemalt teeme kindlaks, kas need on elamiskõlblikud või mitte. Kuid lõpuks ei tea me veel, mida peaksime veel otsima, kuni me selle tegelikult üles leiame. See on maapealse intelligentsuse otsingu puhul suur paradoks, rääkimata sellest teisest suurest paradoksist (otsige üles!).
