Ενώ οι πλανήτες που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από δίδυμα αστέρια αποτελούν βασικό στοιχείο επιστημονικής φαντασίας, ένας άλλος είναι ότι οι άνθρωποι ζουν σε πλανήτες σε τροχιά γύρω από κόκκινα γιγαντιαία αστέρια. Η πλειοψηφία της ιστορίας του Πλανήτης των πιθήκων λαμβάνει χώρα σε έναν πλανήτη γύρω από την Betelgeuse. Πλανήτες γύρω από τον Arcturus στο Isaac Asimov's θεμέλιο σειρά αποτελούν την πρωτεύουσα του Sirius Sector. Ο πλανήτης του Σούπερμαν λέγεται ότι περιστρέφεται γύρω από τον φανταστικό κόκκινο γίγαντα, τον Ράο. Οι αγώνες σε αυτούς τους πλανήτες συχνά απεικονίζονται ως παλιοί και σοφοί, αφού τα αστέρια τους είναι ηλικιωμένα και πλησιάζουν στο τέλος της ζωής τους. Αλλά είναι πραγματικά εύλογο να έχουμε τέτοια πλανήτες;
Τα αστέρια δεν διαρκούν για πάντα. Η δική μας Sun έχει ημερομηνία λήξης σε περίπου 5 δισεκατομμύρια χρόνια. Εκείνη την εποχή, η ποσότητα καυσίμου υδρογόνου στον πυρήνα του Ήλιου θα έχει εξαντληθεί. Επί του παρόντος, η σύντηξη αυτού του υδρογόνου στο ήλιο δημιουργεί μια πίεση που εμποδίζει το αστέρι να καταρρεύσει από μόνη της λόγω της βαρύτητας. Όμως, όταν τελειώσει, αυτός ο μηχανισμός στήριξης θα φύγει και ο Ήλιος θα αρχίσει να συρρικνώνεται. Αυτή η συρρίκνωση αναγκάζει το αστέρι να θερμανθεί ξανά, αυξάνοντας τη θερμοκρασία έως ότου ένα κέλυφος υδρογόνου γύρω από τον τώρα εξαντλημένο πυρήνα να γίνει αρκετά ζεστό για να αναλάβει τη δουλειά του πυρήνα και αρχίζει να συντήκεται υδρογόνο με ήλιο. Αυτή η νέα πηγή ενέργειας σπρώχνει τα εξωτερικά στρώματα του αστεριού προς τα έξω, προκαλώντας την διόγκωση σε χιλιάδες φορές το προηγούμενο μέγεθός της. Εν τω μεταξύ, η θερμότερη θερμοκρασία για την ανάφλεξη αυτής της μορφής σύντηξης θα σημαίνει ότι το αστέρι εκπέμπει 1.000 έως 10.000 φορές περισσότερο φως συνολικά, αλλά δεδομένου ότι αυτή η ενέργεια απλώνεται σε μια τόσο μεγάλη επιφάνεια, το αστέρι θα εμφανίζεται κόκκινο, εξ ου και το όνομα.
Αυτός είναι ένας κόκκινος γίγαντας: Ένα αστέρι που πεθαίνει που είναι πρησμένο και πολύ φωτεινό.
Τώρα για να ρίξουμε μια ματιά στο άλλο μισό της εξίσωσης, δηλαδή, τι καθορίζει τη βιωσιμότητα ενός πλανήτη; Δεδομένου ότι αυτές οι ιστορίες επιστημονικής φαντασίας έχουν αναπόφευκτα ανθρώπους να περπατούν στην επιφάνεια, υπάρχουν μερικά αρκετά αυστηρά κριτήρια που πρέπει να ακολουθήσει.
Πρώτα απ 'όλα, η θερμοκρασία δεν πρέπει να είναι ζεστή και όχι κρύα. Με άλλα λόγια, ο πλανήτης πρέπει να βρίσκεται στην κατοικήσιμη ζώνη επίσης γνωστή ως «ζώνη Goldilocks». Αυτό είναι γενικά ένα αρκετά καλό μέγεθος του ουράνιου ακινήτου. Στο δικό μας ηλιακό σύστημα, εκτείνεται από περίπου την τροχιά της Αφροδίτης έως την τροχιά του Άρη. Αλλά αυτό που κάνει τον Άρη και την Αφροδίτη αφιλόξενο και τη Γη σχετικά άνετη είναι η ατμόσφαιρα μας. Σε αντίθεση με τον Άρη, είναι αρκετά παχύ για να διατηρεί μεγάλο μέρος της θερμότητας που λαμβάνουμε από τον ήλιο, αλλά όχι πάρα πολύ σαν την Αφροδίτη.
Η ατμόσφαιρα είναι ζωτικής σημασίας και με άλλους τρόπους. Προφανώς πρόκειται να αναπνέουν οι ατρόμητοι εξερευνητές. Εάν υπάρχει πάρα πολύ CO2, όχι μόνο θα παγιδεύσει πάρα πολύ θερμότητα, αλλά θα δυσκολέψει την αναπνοή. Επίσης, CO2 δεν εμποδίζει το υπεριώδες φως από τον Ήλιο και τα ποσοστά καρκίνου θα ανεβαίνουν. Χρειαζόμαστε λοιπόν μια ατμόσφαιρα πλούσια σε οξυγόνο, αλλά όχι πολύ πλούσια σε οξυγόνο ή δεν θα υπάρχουν αρκετά αέρια θερμοκηπίου για να διατηρήσουμε τον πλανήτη ζεστό.
Το πρόβλημα εδώ είναι ότι οι ατμόσφαιρες πλούσιες σε οξυγόνο απλά δεν υπάρχουν χωρίς κάποια βοήθεια. Το οξυγόνο είναι πραγματικά πολύ αντιδραστικό. Του αρέσει να δημιουργεί δεσμούς, καθιστώντας το μη διαθέσιμο να είναι ελεύθερο στην ατμόσφαιρα όπως θέλουμε. Σχηματίζει πράγματα όπως το Η2Ο, CO2, οξείδια, κλπ… Γι 'αυτό ο Άρης και η Αφροδίτη δεν έχουν σχεδόν ελεύθερο οξυγόνο στην ατμόσφαιρα τους. Αυτό που κάνουν λίγο προέρχεται από το φως UV που χτυπά την ατμόσφαιρα και προκαλεί την αποσύνδεση των συνδεδεμένων μορφών, απελευθερώνοντας προσωρινά το οξυγόνο.
Η Γη έχει τόσο ελεύθερο οξυγόνο όσο και λόγω της φωτοσύνθεσης. Αυτό μας δίνει ένα άλλο κριτήριο που θα χρειαστεί να προσδιορίσουμε τη βιωσιμότητα: την ικανότητα παραγωγής φωτοσύνθεσης.
Ας αρχίσουμε λοιπόν όλα αυτά.
Πρώτον, η εξέλιξη του αστεριού καθώς αφήνει την κύρια ακολουθία, διογκώνεται καθώς γίνεται ένας κόκκινος γίγαντας και γίνεται πιο φωτεινό και πιο ζεστό σημαίνει ότι η «ζώνη Goldilocks» θα σκουπίζει προς τα έξω. Οι πλανήτες που ήταν κάποτε κατοικήσιμοι όπως η Γη θα ψηθούν αν δεν καταπιεί εντελώς από τον Ήλιο καθώς μεγαλώνει. Αντ 'αυτού, η κατοικήσιμη ζώνη θα είναι πιο μακριά, περισσότερο όπου βρίσκεται ο Δίας.
Ωστόσο, ακόμη και αν ένας πλανήτης ήταν σε αυτήν τη νέα κατοικήσιμη ζώνη, αυτό δεν σημαίνει ότι μπορεί να κατοικήσει υπό την προϋπόθεση ότι έχει επίσης ατμόσφαιρα πλούσια σε οξυγόνο. Γι 'αυτό, πρέπει να μετατρέψουμε την ατμόσφαιρα από ένα οξυγόνο που έχει λιμοκτονήσει, σε πλούσιο σε οξυγόνο μέσω φωτοσύνθεσης.
Το ερώτημα λοιπόν είναι πόσο γρήγορα μπορεί να συμβεί αυτό; Πολύ αργή και η κατοικήσιμη ζώνη μπορεί να έχει ήδη περάσει ή το αστέρι μπορεί να έχει εξαντλήσει το υδρογόνο στο κέλυφος και άρχισε να συστέλλεται ξανά μόνο για να πυροδοτήσει σύντηξη ηλίου στον πυρήνα, πάγωμα για άλλη μια φορά.
Το μόνο παράδειγμα που έχουμε μέχρι στιγμής είναι στον πλανήτη μας. Για τα πρώτα τρία δισεκατομμύρια χρόνια της ζωής, υπήρχε λίγο ελεύθερο οξυγόνο έως ότου εμφανίστηκαν οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί και άρχισαν να το μετατρέπουν σε επίπεδα κοντά στο σημερινό. Ωστόσο, αυτή η διαδικασία χρειάστηκε αρκετές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια. Παρόλο που αυτό θα μπορούσε πιθανώς να αυξηθεί κατά τάξη μεγέθους σε δεκάδες εκατομμύρια χρόνια με γενετικά τροποποιημένα βακτήρια στον πλανήτη, πρέπει ακόμα να διασφαλίσουμε ότι οι χρονικές κλίμακες θα λειτουργούν.
Αποδεικνύεται ότι το χρονοδιάγραμμα θα είναι διαφορετικό για διαφορετικές μάζες αστεριών. Τα πιο τεράστια αστέρια καίνε γρηγορότερα μέσω του καυσίμου τους και έτσι θα είναι μικρότερα. Για αστέρια όπως ο Ήλιος, η κόκκινη γιγαντιαία φάση μπορεί να διαρκέσει περίπου 1,5 δισεκατομμύρια χρόνια, οπότε ~ 100 φορές περισσότερο από ό, τι είναι απαραίτητο για την ανάπτυξη ατμόσφαιρας πλούσια σε οξυγόνο. Για αστέρια διπλάσια από τον Ήλιο, αυτό το χρονοδιάγραμμα μειώνεται σε μόλις 40 εκατομμύρια χρόνια, πλησιάζοντας το χαμηλότερο όριο αυτού που θα χρειαζόμαστε. Πιο τεράστια αστέρια θα εξελιχθούν ακόμη πιο γρήγορα. Για να είναι αυτό εύλογο, θα χρειαζόμαστε αστέρια χαμηλότερης μάζας που εξελίσσονται πιο αργά. Ένα ανώτερο ανώτατο όριο εδώ θα ήταν ένα αστέρι ηλιακής μάζας.
Ωστόσο, υπάρχει ένα ακόμη αποτέλεσμα που πρέπει να ανησυχούμε: Μπορούμε να έχουμε αρκετό CO2 στην ατμόσφαιρα να έχει καν φωτοσύνθεση; Αν και δεν είναι τόσο αντιδραστικό όσο το οξυγόνο, το διοξείδιο του άνθρακα υπόκειται επίσης στην απομάκρυνσή του από την ατμόσφαιρα. Αυτό οφείλεται σε επιδράσεις όπως ο πυριτικός καιρός όπως το CO2 + CaSiO3 -> CaCO3 + SiO2. Ενώ αυτά τα αποτελέσματα είναι αργά, συσσωρεύονται με γεωλογικά χρονοδιαγράμματα. Αυτό σημαίνει ότι δεν μπορούμε να έχουμε παλιούς πλανήτες, αφού θα είχαν όλα τα δωρεάν CO2 κλειδωμένο στην επιφάνεια. Αυτή η ισορροπία διερευνήθηκε σε μια δημοσίευση που δημοσιεύθηκε το 2009 και προσδιορίστηκε ότι, για έναν πλανήτη μάζας της Γης, το δωρεάν CO2 θα εξαντληθεί πολύ πριν το γονικό αστέρι φτάσει ακόμη και στην κόκκινη φάση του γίγαντα!
Πρέπει λοιπόν να έχουμε αστέρια χαμηλής μάζας που εξελίσσονται αργά για να έχουν αρκετό χρόνο για να αναπτύξουν τη σωστή ατμόσφαιρα, αλλά αν εξελιχθούν τόσο αργά, τότε δεν υπάρχει αρκετό CO2 αριστερά για να πάρετε την ατμόσφαιρα ούτως ή άλλως! Είμαστε κολλημένοι με ένα πραγματικό Catch 22. Ο μόνος τρόπος για να το κάνουμε ξανά εφικτό είναι να βρούμε έναν τρόπο να εισαγάγουμε επαρκείς ποσότητες νέων CO2 στην ατμόσφαιρα, καθώς η κατοικήσιμη ζώνη αρχίζει να σαρώνει.
Ευτυχώς, υπάρχουν μερικά αρκετά μεγάλα αποθετήρια CO2 απλά πετάω! Οι κομήτες αποτελούνται κυρίως από κατεψυγμένο μονοξείδιο του άνθρακα και διοξείδιο του άνθρακα. Η συντριβή μερικών από αυτά σε έναν πλανήτη θα εισήγαγε αρκετό CO2 για να ξεκινήσετε ενδεχομένως τη φωτοσύνθεση (μόλις η σκόνη ηρεμήσει). Κάνετε αυτό μερικές εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια πριν ο πλανήτης εισέλθει στην κατοικήσιμη ζώνη, περιμένετε δέκα εκατομμύρια χρόνια και, στη συνέχεια, ο πλανήτης θα μπορούσε ενδεχομένως να είναι κατοικήσιμος για ένα επιπλέον δισεκατομμύριο χρόνια περισσότερο.
Τελικά αυτό το σενάριο θα ήταν εύλογο, αλλά όχι ακριβώς μια καλή προσωπική επένδυση, καθώς θα είχατε πεθάνει πολύ πριν μπορέσετε να αποκομίσετε τα οφέλη. Μία μακροπρόθεσμη στρατηγική για την επιβίωση ενός είδους διαστημικού φαγητού ίσως, αλλά όχι μια γρήγορη λύση για την απομάκρυνση αποικιών και φυλάκων.
