W 2023 roku zespół astronomów pod kierownictwem dr. Nikku Madhusudhana z Uniwersytetu w Cambridge przeprowadził analizę atmosfery egzoplanety K2-18b, położonej 120 lat świetlnych od Ziemi w gwiazdozbiorze Lwa. Wykorzystując dane z Teleskopu Kosmicznego Jamesa Webba (JWST), naukowcy zidentyfikowali obecność metanu (CH₄) i dwutlenku węgla (CO₂), a także zasugerowali możliwość występowania dimetylosiarczku (DMS) – związku, który na Ziemi jest produkowany głównie przez organizmy żywe, takie jak fitoplankton morski.
Chcecie obejrzeć K2-18b? Znajdziecie np na stronie https://stellarium-web.org a dokładniej: https://stellarium-web.org/skysource/K2-18b?fov=120.00&date=2025-04-07T21:14:44Z&lat=52.33&lng=22.55&elev=0
Analiza atmosfer egzoplanet, takich jak K2-18b, opiera się na spektroskopii tranzytowej: Gdy planeta przechodzi na tle swojej gwiazdy macierzystej, część światła gwiazdy przechodzi przez atmosferę planety. Cząsteczki obecne w atmosferze absorbują specyficzne długości fal tego światła, pozostawiając charakterystyczne „odciski palców” w widmie. JWST, dzięki swoim zaawansowanym instrumentom, jest w stanie wykrywać te subtelne sygnały, co pozwala na identyfikację składu chemicznego atmosfery egzoplanety.
Ilustracja pochodzi z oficjalnej strony NASA poświęconej odkryciom JWST.
Udostępniona zgodnie z zasadami public domain, z uprzejmą prośbą o podanie źródła (zgodnie z polityką STScI).
To trochę jakbyście postawili lampkę w kącie pokoju i poprosili swoją dziewczynę, żeby przeszła przed nią. Nie zobaczycie wszystkiego jak na dłoni, ale światło, które przez nią przejdzie lub się na niej zatrzyma, da wam pewne wskazówki – na przykład jaki kolor ma bluzka albo czy materiał jest przezroczysty. Jeśli ubranie jest cienkie (tak jak rzadka atmosfera), światło przejdzie przez więcej warstw i zdradzi więcej sekretów. Gdybyście mieli odpowiednio czułe oczy – jak teleskop JWST – moglibyście z samego światła powiedzieć nie tylko, co ona ma na sobie, ale nawet z czego to jest zrobione.
A jeśli to, co prześwituje, nie zgadza się z jej wcześniejszą deklaracją, to… cóż, właśnie tak działa spektroskopia – mówi prawdę niezależnie od tego, co myślisz, że widzisz.
W przypadku K2-18b, wykrycie metanu i dwutlenku węgla sugeruje istnienie atmosfery bogatej w wodór z potencjalnie ciekłymi oceanami pod powierzchnią, co klasyfikuje tę planetę jako tzw. „Hycean world„. Jednakże, choć obecność DMS jest intrygująca, jej wykrycie nie jest jeszcze jednoznacznie potwierdzone. Należy również pamiętać, że choć na Ziemi DMS jest produkowany przez organizmy żywe, istnieje możliwość jego abiotycznego powstawania w innych warunkach.
Polecam zaznajomić się z ciekawym artykułem „Webb telescope probably didn’t find life on an exoplanet — yet”
Aby lepiej zrozumieć, jak działa spektroskopia tranzytowa, można przyjrzeć się bliższemu nam przykładowi – atmosferze Wenus. Obserwacje tranzytów Wenus na tle Słońca pozwoliły na analizę jej atmosfery w podobny sposób, ujawniając obecność związków takich jak dwutlenek siarki (SO₂). Te techniki są teraz stosowane na większą skalę w badaniach egzoplanet, umożliwiając naukowcom poszukiwanie potencjalnych biosygnatur w odległych światach.
Warto podkreślić, że choć obecne odkrycia są ekscytujące, wymagają dalszych badań i obserwacji w celu potwierdzenia wyników oraz wykluczenia alternatywnych wyjaśnień. JWST kontynuuje swoje obserwacje, dostarczając coraz dokładniejszych danych, które przybliżają nas do odpowiedzi na pytanie o istnienie życia poza Ziemią.
Światy Hycean – egzotyczne oceany pod atmosferą wodoru
Termin „światy Hycean” pochodzi od połączenia słów hydrogen (wodór) i ocean (ocean). Odnosi się do hipotetycznego typu egzoplanet, które:
- mają masę i promień większy niż Ziemia, ale mniejsze niż Neptun (czyli są „mini-Neptunami”),
- pokryte są globalnym oceanem wody,
- posiadają atmosferę bogatą w wodór.
Takie planety mogą istnieć w szerszej strefie życia niż Ziemia, ponieważ wodór działa jak „kołdra” cieplna, zatrzymując promieniowanie podczerwone i umożliwiając istnienie ciekłej wody nawet dalej od gwiazdy. To właśnie dlatego K2-18b – choć znacznie różni się od Ziemi – znalazła się na celowniku naukowców szukających biosygnatur.
Niektóre modele sugerują, że w warunkach panujących na tego typu planetach mogą zachodzić reakcje chemiczne sprzyjające powstawaniu życia – choć byłoby to życie zupełnie inne niż nasze. Dodatkowo, ze względu na grubą atmosferę i wysokie ciśnienie, światło gwiazdy przenika przez dłuższą kolumnę gazu, co ułatwia jego analizę metodami spektroskopowymi.
Obecnie katalogujemy ponad 5600 potwierdzonych egzoplanet (stan na kwiecień 2025), z czego coraz więcej zaliczamy do potencjalnie nadających się do życia — choć niekoniecznie „ziemiopodobnych”. Wśród nich wyróżnia się pewna szczególna klasa: światy Hycean, czyli planety pokryte oceanami, z atmosferą bogatą w wodór. Szacuje się, że mogą one stanowić nawet 10-20% odkrytych superziem i mini-Neptunów, ale ich pełna liczba wciąż jest przedmiotem badań.
Niektóre z tych planet już przykuły uwagę naukowców swoją nietypową budową, orbitą lub składem atmosfery. Oto pięć egzoplanet, które szczególnie pobudzają wyobraźnię badaczy i futurystów:
Proxima Centauri b to najbliższa nam znana egzoplaneta, orbitująca wokół czerwonego karła Proxima Centauri, oddalonego o zaledwie 4,2 roku świetlnego od Ziemi. Planeta znajduje się w ekosferze swojej gwiazdy, co sugeruje możliwość istnienia na niej wody w stanie ciekłym. Jej masa jest zbliżona do masy Ziemi, co czyni ją potencjalnym kandydatem do poszukiwania życia pozaziemskiego.
2. Kepler-22b
Kepler-22b to pierwsza odkryta egzoplaneta znajdująca się w ekosferze gwiazdy podobnej do Słońca. Jej promień jest około 2,4 razy większy od promienia Ziemi, co klasyfikuje ją jako tzw. „super-Ziemię”. Chociaż dokładny skład planety pozostaje nieznany, jej położenie w strefie zamieszkiwalnej sugeruje możliwość istnienia warunków sprzyjających życiu.
HD 209458 b, znana również jako Osiris, to „gorący Jowisz” – gazowy olbrzym krążący bardzo blisko swojej gwiazdy macierzystej w konstelacji Pegaza, około 157 lat świetlnych od Ziemi. Była to pierwsza egzoplaneta, dla której zaobserwowano tranzyt, co pozwoliło na szczegółowe badania jej atmosfery. Odkryto, że planeta traci swoją atmosferę w przestrzeń kosmiczną na skutek intensywnego promieniowania gwiazdy.
4. GJ 1214 b
GJ 1214 b to egzoplaneta krążąca wokół czerwonego karła GJ 1214, oddalonego o około 48 lat świetlnych od Ziemi. Planeta ta jest klasyfikowana jako „mini-Neptun” ze względu na swój rozmiar i masę. Badania sugerują, że może posiadać gęstą atmosferę oraz być bogata w wodę, co czyni ją interesującym obiektem do badań nad atmosferami egzoplanet.
TRAPPIST-1 to układ składający się z siedmiu planet o rozmiarach zbliżonych do Ziemi, krążących wokół ultrachłodnego czerwonego karła w odległości około 40 lat świetlnych od nas. Trzy z tych planet znajdują się w ekosferze gwiazdy, co czyni ten system jednym z najbardziej obiecujących miejsc do poszukiwania życia poza Układem Słonecznym. Bliskość tych planet do siebie sprawia, że z ich powierzchni można by obserwować inne planety w systemie w sposób podobny do obserwacji Księżyca z Ziemi.
Pomyłka z życia?
Zamieńmy się miejscami. Jesteśmy obcą cywilizacją, oddaloną o kilkadziesiąt lub kilkaset lat świetlnych od Słońca. Dysponujemy teleskopem o możliwościach podobnych do JWST. Widzimy układ planetarny. Używamy metody Wolszczana albo spektroskopii tranzytowej. Możemy wykryć kilka dużych planet, może jakiś sygnał odbicia światła.
Patrzymy. Analizujemy. Dostajemy te wszystkie dane. Ale co tak naprawdę widzimy?
Jowisza — gazowego giganta o grubym paskowanym płaszczu. Marsa — suchego, chłodnego globu. Wenus — z piekielną atmosferą i chmurami kwasu siarkowego. I Ziemię — coś między nimi.
Mamy dane o atmosferze: trochę azotu, trochę tlenu. Okej, może nieco metanu. Może ślad ozonu.
Ale czy to wystarczy?
Pytanie brzmi: czy dałoby się łatwo powiedzieć, że Ziemia tętni życiem?
I tu pojawia się problem. Bo w wielu wariantach naszej własnej planety — np. podczas epok lodowcowych albo zanim pojawiły się rośliny — jej atmosfera mogłaby nie zdradzić życia w ogóle.
A przecież to tylko jedna planeta i jeden moment w czasie.
Można zatem zadać mocniejsze pytanie:
Czy życie zawsze zostawia widoczny ślad?
A może jego chemia może być inna. Albo może być na głębokości 20 km, w oceanie pod lodową skorupą. Może wcale nie wytwarza ozonu, metanu, DMS-u ani nawet nie potrzebuje wody w znanej nam formie.
No więc próbujemy to jakoś ogarnąć. Z zewnątrz. Z dystansu. Bo być może najtrudniejsze w tym wszystkim jest to, że nie wiemy, czego właściwie szukać. Nie mamy wzorca. Nie mamy katalogu możliwości. Mamy jedną planetę – własną – i tylko jedno życie, które znamy. Toteż naukowcy próbują „tak niejako” z perspektywy trzeciej osoby zajrzeć na nasza planetę.
W badaniu Lustig-Yaegera i zespołu (2023) Ziemia została potraktowana jak egzoplaneta – symulowano jej widmo transmisyjne, czyli jak wyglądałaby dla teleskopu JWST. Okazało się, że metan i ozon – choć wiemy, że są – wcale nie tak łatwo wykryć. Wszystko zależy od jakości danych, kąta patrzenia, poziomu hałasu. Z dużej odległości Ziemia nie zawsze wygląda jak coś, co tętni życiem. A to przecież nasza planeta.
(Lustig-Yaeger et al., 2023 – arXiv:2308.14804)
Ciekawe konkluzje prawda?
Jeszcze ciekawsze wnioski płyną z pracy Mettlera i współpracowników. Tu badano emisję termiczną Ziemi – to, co planeta wypromieniowuje nocą, jakby oddychała ciepłem. I znów: to, co zobaczymy, zależy od pory roku, chmur, kąta, przesłon. A czasem wszystko to razem maskuje życie bardziej niż jakikolwiek brak go.
(Mettler i in., 2023 – arXiv:2310.02634)
Dwa niezależne zespoły badaczy – jeden analizujący widmo transmisyjne Ziemi, drugi jej emisję termiczną – doszli do podobnego wniosku: Ziemia nie zawsze wygląda na zamieszkaną. Nawet dla teleskopu tak czułego jak JWST. To jakby życie samo chowało się w cieniu. Jakby było zbyt nieoczywiste.
Więc może to nie my się mylimy, tylko za dużo zakładamy. Może szukamy życia, które zostawia po sobie te same sygnały, które zostawiamy my. A tymczasem ono może być inne. Niewidoczne. Ciche. Albo po prostu niezrozumiane. Ziemia, widziana z dużej odległości, mogłaby nie wyglądać jak zamieszkana. A więc pytanie nie brzmi już: „czy gdzieś tam jest życie?”. Tylko: czy w ogóle potrafimy je zauważyć, jeśli nie wygląda jak my?
Warto zajrzeć:
https://www.nasa.gov/universe/exoplanets/webb-discovers-methane-carbon-dioxide-in-atmosphere-of-k2-18-b/
Do następnego artykułu
Aleksander Marcin Sanetra