Namučiai mieliausi, egzomėnuliai: naujas nežemiškos gyvybės paieškos laukas

Mažoji saulė nusileido jau seniai, bet danguje pakibęs milžiniškas apskritimas nušviečia peizažą rausvai oranžiniais atspindžiais. Ore pilna vulkaninių suodžių, tačiau per miglą įžiūrimas keistas aktyvumas. Aplinkui sukinėjasi didžiaakiai plėšrūnai, braudamiesi per juodą, didžialapę augmeniją.

Blyškus saulėtekis ryškėja virš horizonto, ir dar vienas žemės drebėjimas nuvilnija paviršiumi. Blausi nauja diena greitai išauš už tūkstančių šviesmečių nuo Žemės apie raudonąją nykštukę skriejančios dujų milžinės palydove.

Gyvybė planetų palydovuose – įprastas dalykas mokslinėje fantastikoje. Vešliai apžėlę įsivaizduojami mėnuliai, kaip Endoras, miškingi ewoksų iš Žvaigždžių karų namai, ar magiškoji Avataro Pandora greitai užvaldė vaizduotę. Galbūt todėl, kad jie atstovauja kažką pažįstamo, tačiau kartu ir skirtingo.

Endoro ar Pandoros tikėtis gal kiek per drąsu, tačiau koks nors apsiniaukęs, vulkaninis mėnulis, besisukantis apie dujinę milžinę, neturėtų būti kažkas neįmanomo. Sužinant vis daugiau apie planetų sistemas – tiek Saulės sistemoje, tiek ir kitur – ima atrodyti vis labiau tikėtina, kad ieškoti nežemiškos gyvybės verčiau ne planetose, o jų palydovuose. Ir nors kitų planetų sistemų „egzomėnuliai“ dar neatrasti, tai gali būti visai netolimos ateities klausimas.

Nežemiškos gyvybės atradimas yra viena iš pagrindinių priežasčių, kodėl egzoplanetų atradimas per pastaruosius porą dešimtmečių sukėlė tiek šurmulio. Tokie instrumentai, kaip NASA'os Kepler kosminis teleskopas, žymiausias planetų medžioklis, teikė mums kone nuolatinį kitų pasaulių srautą, iš kurių ~2000 yra patvirtinti.

Tebeieškoma Žemės dvynės – ar bent jau, nors kokios gyvenamos planetos. Būta panašių radinių, bet egzomėnuliai daugeliu prasmių atrodo perspektyvesni kandidatai. Iš dalies vien dėl skaičių. Mūsų sistemoje yra vos aštuonios pagrindinės planetos (ir tik viena gyvenama), bet tarp jų skrajoja 168 žinomi palydovai. Jei mūsų situacija yra koks nors rodiklis, tai ir kitur palydovų turėtų būti gerokai daugiau, nei planetų.

Gyvybės paprastai ieškoma vadinamojoje žvaigždės gyvenamojoje zonoje – ją juosiančioje siauroje erdvės juostoje, kur vanduo, gyvybės tirpiklis gali egzistuoti skysčio pavidalu. Kepleris parodė, kad dauguma apie žvaigždes besisukančių planetų nėra mažos, gyvybei palankios uolos, o Jupiterio dydžio ar dar didesni dujinės milžinės. Sunku įsivaizduoti, kad tokioje planetoje glaustųsi gyvybė, galima tikėtis, kad apie juos sukasi uoliniai palydovai, galintys gyvybę priglobti. „Palydovų gali būti netgi daugiau, nei žemiškų planetų, tad, tai galėtų būti didžiausias apgyventų pasaulių tipas visatoje,“ sako egzomėnulių ieškotojas René Heller iš McMaster universiteto Hamiltone, Ontarijuje, Kanadoje. Taigi, medžioklė prasidėjo – ir dar skatinama galimybės savo vardą suteikti pirmajam atradimui. „Išties norėtųsi surasti egzomėnulį, o ne planetą numeris 4350,“ sako Heller.

Bet nors pastaraisiais metais ir būta keistų nepatvirtintų kandidatų, užtikrinto egzomėnulio patvirtinimo dar nėra. „Taip yra, nes tikriausiai jie labai maži,“ spėja Davidas Kippingas iš Harvard-Smithsonian astrofizikos centro.

Kepler teleskopas, pavyzdžiui, egzoplanetas aptinka, užfiksuodamas žvaigždės ryškumo sumažėjimą, kai jos diską kerta (vyksta tranzitas) besisukantis apie ją kūnas. Šis pritemimas priklauso nuo užstojančio kūno apskritimo ploto, tad per pusę mažesnio diametro objektą pastebėti bus keturis kartus sunkiau. Kepleris buvo kurtas Žemės dydžio planetų paieškai; didžiausių mūsų sistemos palydovų, Jupiterio Ganimedo ir Saturno Titano skersmuo sudaro maždaug 40% Žemės. Jei toks dydis yra tipiškas, egzomėnuliai yra ant pačios egzistuojančių teleskopų matymo ribos.

Bet ne tik dydis svarbu. Planetos apie savo žvaigždes skrieja tvarkingais intervalais, bet palydovas gali būti už planetos, priešais planetą, ar kur nors šone, dėl ko papildomas mažas patamsėjimas pasirodo nereguliariai (žr. žemiau). „Tai gali nutikti, likus kelioms valandoms iki tranzito ar po kelių valandų po tranzito pradžios, o kartais anksčiau, kartais vėliau,“ paaiškina Kippingas.

Kaip bebūtų, egzomėnulių medžiotojų pasitikėjimas auga. „Manau, Davidas Kippingas ir aš sutartume, kad ko gero esame tokioje fazėje, kokioje buvo egzoplanetų medžioklė XX a. devinto dešimtmečio pabaigoje, dešimtojo pradžioje,“ sako Helleris. „Technikos jau yra, tada dabar telieka ieškoti tų mėnulių.“

Kippingo Hunt for Exomoons with Kepler projektas tikriausiai yra toliausiai pažengęs šia kryptimi. Jo komanda pradeda nuo Keplerio informacijos ir nuodugniai rengia prognozes, pavyzdžiui, kada galimas palydovas galėtų atlikti tranzitą ir kaip jo gravitacija tam tikru metu galėtų paveikti planetos greitį, taip pakeisdama tranzito trukmę. Tada jie ieško tokių reiškinių duomenyse. „Kiekvieno iš šių efekto pastebėjimas gali nieko nereikšti,“ sako Kippingas. Bet išvydus keletą jų, veikiančių tą pačią planetą, ir tai jau gali būti rimta paraiška (žr. žemiau).

Kippingas naudoja NASA'os Pleiades superkompiuterį 57 galimų planetų sistemų modeliavimui, ir iki metų galo tikisi baigti 300. Jų technika turėtų būti pakankamai jautri, kad atrastų mažiausius egzomėnulius, galinčius išlaikyti panašią į Žemės atmosferą bent 1 iš 4 komandos tiriamų sistemų, jei tokie egzomėnuliai egzistuoja. „Jei kalbame apie palydovus, kuriuose gali būti gyvybė, ir tai sakydamas, turiu omeny panašią gyvybę, kaip Žemėje, technikos jautrumo užtenka jau dabar,“ sako Kippingas. „Kai pabaigsime šį tyrimą, galėsiu jums pasakyti, kaip dažnai iš tiesų pasitaiko Pandora'os.“

Tuo tarpu Hellerio modeliavimas rodo, kad keletą kartų didesnės už Jupiterį planetos galėtų turėti Marso dydžio palydovus ir to turėt pakakti kad juos pastebėtų Kepler teleskopas. Jo komanda sukūrė techniką, kai lyginama daug tos pačios planetos tranzitų ir ieškoma bet kokių variacijų, galinčių nurodyti trečio kūno buvimą. Jis pateikė paraišką finansavimui, kad šiuo būdu galėtų patikrinti Keplerio duomenis.

Tuo tarpu birželį Joaquinas Noyola iš Teksaso universiteto Arlingtone egzomėnulių ėmė klausytis. Tai skamba neįtikėtinai, bet yra žinoma, kad Jupiterio palydovas Ijo skleidžia radiobangas, skriedamas per planetos magnetinį lauką, ir Novola tikisi, kad egzomėnuliai nebus išimtis. Žemę pasiektų labai silpnas mėnulio signalas, tad Noyola tikrina idėją, klausydamasis vienos iš arčiausiai esančių, vos už 10 šviesmečių nuo Žemės, Epsilon Eridani b. Gali būti, kad jis klausysis ir šalia esančių dviejų žvaigždžių sistemų, kuriose nežinia, ar yra egzoplanetų.

Šiaip ar taip, mėnulių ieškotojai artinasi prie tikslo. „Nujaučiu, kad per kelerius artimiausius metus rasime egzomėnulį,“ tikisi Helleris.

Štai tada ir prasidės sunkus darbas. Norėdami atsakyti į svarbųjį klausimą apie gyvybę, turime išsiaiškini, kokie tie egzomėnuliai yra -- ar juose yra skysto vandens, ar atmosferoje yra tokių iškalbingų dujų, kaip deguonis?

Su egzoplanetomis tai buvo nelengva. Geriausias būdas užuosti tolimos planetos atmosferą yra ištyrinėti nuo planetos paviršiaus atspindėta žvaigždės spektrą, kuris skirsis, priklausomai nuo to, kokios atmosferos dujos kokius bangų ilgius sugeria. Bet tam, kad egzoplanetoje galėtų laikytis skystas vanduo, ji turi būti gana arti savo žvaigždės, kas reiškia, kad planetos atspindėtas signalas paskęs pačios žvaigždės švytėjime.

Tas negalioja egzomėnuliams, sako Edwinas Turneris iš Princetono universiteto – dėl paprastos priežasties, kad jie gali išlaikyti palankią gyvybei aplinką ir toliau nuo šviesulio. Pastaruoju metu daug kalbėta, kad mūsų pačių planetų sistemos pakraščiuose skriejančių dujų gigantų palydovai, pavyzdžiui Europa ar Enceladas, gali būti potencialūs gyvybės namai – nors ir tik primityvios mikrobinės gyvybės (žr. „Endomėnuliai“). Šie objektai skrieja gerokai už tradiciškai brėžiamos žvaigždės gyvenamos zonos ribų, bet planetos milžinės kaimynystėje galima rasti papildomų energijos šaltinių – pavyzdžiui, planetos atspindėta šviesa, o taip pat karštis, atsirandantis, kai jauna planeta siurbia dujas ir traukiasi.

O kur dar potvynių kaitinimo efektas. Sistemoje, kurioje yra daugiau, nei vienas mėnulis, varijuojanti apie centrinę planetą besisukančių kūnų trauka gali ištempti ir suspausti palydovo vidų, kur dėl trinties išsiskiria daugybė vidinio karščio. (Mūsų Mėnulio silpnesnė trauka daug karščio negeneruoja, bet okeanų potvynius ir atoslūgius sukuria.) Tokie efektai skysto vandens egzistavimo regioną aplink žvaigždę galėtų išplėsti gerokai už gyvenamos zonos, link „gyvenamo pakraščio“.

Tai delikatus balansas – ir bet kokia gyvybė tokiame mėnulyje turėtų evoliucionuoti silpnos šviesos ir didelio seisminio aktyvumo sąlygomis (žr. „Pandoros augalai“). O kur dar keista dienos ir nakties kaita, kai šviestų tiek žvaigždė, tiek ir atspindėta planetos šviesa.

Kaip bebūtų, dabartinis Turnerio ir Veros Dobos darbas Konkoly observatorijoje Vengrijoje rodo, kaip gamtinis atsakas gali veikti kaip potvyniais kaitinamų mėnulių termostatas, taip padidindamas tikimybę, kad juose yra paviršinio vandens. Pavyzdžiui, jei ledu padengtas mėnulis skrieja netoli nuo kaimyninės planetos, stiprios potvynio jėgos gali ledą ištirpdyti, bet gautas vanduo ir ižas deformuojasi daug lengviau, tad ir šilumos pasigamina mažiau. Taip pasaulis būtų apsaugomas nuo nuolatinio kaitimo ir vandens išgarinimo. Priešingas efektas stengtųsi išlaikyti ledą – ar bet kokią kitą paviršiaus medžiagą – netoli lydymosi temperatūros toliau nuo planetos skriejančiuose palydovuose. „Tai rodo, kad potvyniais kaitinamose mėnulių sistemose gali būti daug skysto vandens,“ sako Turneris.

Didelį, kaitinamą mėnulį, skriejantį pakankamai toli nuo savo žvaigždės spindesio, galima pamatyti netgi tiesiogiai, be sudėtingų aptikimo algoritmų. „Tiesiog nukreiptum teleskopą į jį ir padarytume nuotrauką infraraudonųjų bangų ruože,“ sako Turneris. „Tai sena gera tiesioginė astronomija.“

Netgi šiuo atveju tai būtų ant pačios egzistuojančių infraraudonųjų teleskopų galimybių ribos. Tiesą sakant, Spitzer kosminis teleskopas galėtų įžvelgti tik artimus ir žvėriškai įkaitusius – apie 700 °C – egzomėnulius. Bet NASA'os James Webb kosminis teleskopas, kuris turėtų būti paleistas 2018, turėtų sugebėti aptikti santykinai vėsius 27 °C ir daug toliau nuo Žemės.

Gali būti, kad tinkami infraraudonieji teleskopai netgi gali įžiūrėti tokių atmosferos dujų, kaip anglies dvideginis ir metanas, parašus, tiesiogiai įspaustus potvyniais kaitinamo mėnulio paviršiaus švytėjime, nenustelbiamame žvaigždės šviesos. Tai, kad infraraudonoji šviesa būtų spinduliuojama nuo palydovo paviršiaus, o ne atspindima žvaigždės šviesa, pakeistų to, ką matome, interpretaciją, pažymi Turneris. „Bet iš esmės būtų taikomi tie patys principai.“

Visa tai reiškia, kad gyvenamus mėnulius galime charakterizuoti daug greičiau, nei gyvenamas planetas, sako jis. „Jei kalbėtume apie ką, nors iš tolo primenančio Žemę, tai manau, 10 metų yra labai optimistiška, o 20 metų – galbūt. Bet su mėnuliais galėtume darbuotis jau po kelių metų.“

Tačiau kol kas pernelyg nepuoselėkite ateivių gyvybės atradimo vilčių, sako ir Helleris, ir Turneris. Visų pirma, visos idėjos apie egzomėnulių tinkamumą gyvenimui tebelieka spekuliacijomis, kol rasime pavyzdžių, kuriuos galėtume patikrinti. Ir „kol jų neradome, mes netgi nežinome, kad jie išvis yra. Saulės sistemoje mėnulių daug, bet nėra garantijos, kad tas pats galioja ir kitoms sistemoms,“ sako Turneris.

Bet tarus, kad mūsų sistema yra reprezentatyvi, kuo toliau, tuo labiau tikėtina atrodo mintis, kad egzomėnuliai gali būti pirmoji vieta kur aptiksime ilgai ieškotus nežemiškos gyvybės pėdsakus. Ir tokia perspektyva jaudina daug labiau, nei bet kokie mėnuliai kine.