W naszej galaktyce może istnieć naprawdę dużo wodnych światów. Takich bez Kevina Costnera

Gejzery tryskające z powierzchni Europy i Enceladusa wskazują na to, że pod ich powierzchniami znajdują się oceany ciekłej wody i co więcej oba te obiekty mają w sobie jakieś źródło energii, które napędza te gejzery. Te dwa elementy: woda w stanie ciekłym i źródło energii stanowią podstawowe dwa wymogi dla powstania życia takiego jakie znamy – mówi planetolożka Lynnae Quick  Jeżeli zakładamy, że oba te księżyce mogą sprzyjać powstaniu życia, to być może ich większe odpowiedniki istniejące w innych układach planetarnych też sprzyjają powstaniu życia.

Quick postanowiła sprawdzić czy czysto hipotetycznie w Drodze Mlecznej mogą istnieć planety przypominające Europę i Enceladusa oraz czy także mogą charakteryzować się aktywnością geologiczną pozwalającą na istnienie na powierzchni gejzerów, które w przyszłości moglibyśmy wykryć za pomocą nowych teleskopów

Analizując matematycznie kilkadziesiąt planet, w tym także słynne planety pobliskiego układu planetarnego TRAPPIST-1, Quick wraz ze współpracownikami doszła do zaskakującego wniosku: ponad 25 procent analizowanych planet może być wodnymi światami. Większość z nich najprawdopodobniej posiada oceany znajdujące się pod skorupą lodową, tak jak ma to miejsce na Europie czy Enceladusie. Co więcej, wiele z tych planet może emitować więcej energii niż te księżyce.

Być może kiedyś w przyszłości naukowcy będą w stanie przetestować wnioski uzyskane przez Quick mierząc ilość ciepła uwalnianego przez egzoplanetę lub wykrywając erupcje wulkaniczne lub kriowulkaniczne na falach emitowanych przez poszczególne związki chemiczne znajdujące się w atmosferze odległych egzoplanet. Jak na razie nie istnieją technologie pozwalające na tak szczegółowe badania tak odległych i tak małych obiektów. Mimo to, opierając się na posiadanych już informacjach, tj. rozmiarach, masie i odległości od gwiazd macierzystych, naukowcy mogą już tworzyć modele matematyczne pozwalające wnioskować o tym czy na danej planecie może istnieć życie czy nie.

Warto jednak zauważyć, że choć wiele z tych modeli uwzględnia informacje bazujące na danych z Układu Słonecznego, to jednak pozwalają one ustalić, które planety są szczególnie warte dokładniejszego zbadania. Jeżeli tempo odkrywania nowych planet pozasłonecznych wciąż będzie rosło, już wkrótce będziemy znali ich tak dużo, że konieczne będzie opracowanie procesów ustalania którym planetom warto przyjrzeć się dokładniej.

Do swoich poszukiwań wodnych światów, zespół Quick wybrał 53 egzoplanety zbliżone rozmiarami do Ziemi. Naukowcy założyli, że planety o takich rozmiarach najprawdopodobniej są stałe, a nie gazowe, a tym samym woda w stanie ciekłym może występować na ich powierzchni lub pod powierzchnią. Swoją drogą od początku projektu w 2017 r. odkryto już 30 kolejnych planet pasujących do tych kryteriów, ale nie zostały one dodane do opisywanego projektu.

Po wybraniu odpowiednich planet badacze sprawdzili ile ciepła mogą one generować wskutek rozkładu pierwiastków promieniotwórczych znajdujących się w płaszczu i skorupie planety oraz wskutek oddziaływań pływowych (grawitacyjnego rozciągania planety krążącej po elipsie wokół swojej gwiazdy macierzystej). Takie ciepło uwalniane jest przez planetę w postaci wulkanu lub kriowulkanu albo w formie aktywności tektonicznej czyli przesuwania się fragmentów skorupy skalistej lub lodowej na powierzchni planety lub księżyca. Niezależnie od tego w jaki sposób uwalniane jest ciepło, kluczowa jest jego ilość, bo to ona będzie decydowała o tym czy na danej planecie może czy nie może istnieć życie. Wystarczy zauważyć, że zbyt dużo aktywności wulkanicznej prowadzi do powstania planety spływającej lawą, ale zbyt mało aktywności zahamuje uwalnianie gazów tworzących atmosferę, przez co pozostanie nam tylko sucha, wyjałowiona powierzchnia. Odpowiednia aktywność wulkaniczna może natomiast zagwarantować istnienie świata sprzyjającego życiu, takiego jak Ziemia.

W ciągu kilku następnych lat, sondy Europa Clipper i JUICE wystartują w kierunku Jowisza, gdzie będą badać Europę oraz inne lodowe księżyce tej planety, które mogą posiadać podpowierzchniowe oceany. Im więcej naukowcy dowiedzą się z tej misji, tym więcej będą wiedzieli o wodnych planetach poza Układem Słonecznym.

W trakcie najbliższych misji do Europy oraz późniejszej misji Dragonfly do Tytana naukowcy będą próbowali odkryć chemiczne sygnatury życia. Quick zauważa, że misje te przygotują nas do poszukiwania podobnych sygnatur na planetach pozasłonecznych.

Gdy w końcu w przestrzeni kosmicznej znajdzie się nastepca teleskopu Hubble’a, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, będzie on poszukiwał chemicznych sygnatur w atmosferach niektórych planet układu TRAPPIST-1 oddalonego od nas o 39 lat świetlnych. Odkryty w 2017 r. układ planetarny składa się z siedmiu planet o rozmiarach zbliżonych do rozmiarów Ziemi. Zespół Quick wyliczył, że cztery z nich – TRAPPIST-1 e, f, g oraz h – mogą być światami wodnymi.

Wszystkie cztery planety mogą posiadać wodę na swojej powierzchni – do takich wniosków doszli naukowcy po przeanalizowaniu ilości ciepła otrzymywanej przez każdą z nich od gwiazdy macierzystej.  Astronomowie przeanalizowali także gęstość każdej z planet i szacowaną ilość ciepła wewnętrznego uwalnianego przez każdą z nich.

Jeżeli okaże się, że gęstość planety jest niższa niż Ziemi, to może na niej znajdować się więcej wody, a mniej skał i żelaza. Jeżeli do tego temperatury pozwalają na istnienie wody w stanie ciekłym… mamy wodny świat.

Jeżeli natomiast na powierzchni planety temperatury są niższe niż 0 stopni Celsjusza, woda zamarza i wtedy mamy do czynienia z z lodowym wodnym światem, którego gęstość będzie jeszcze niższa.

Wiele pytań w powyższym tekście wciąż jest otwartych. Niemniej jednak widać, że naukowcy intensywnie przygotowują się do korzystania z teleskopu Webba, który będzie w stanie postawić naszą dotychczasową wiedzę astronomiczną na głowie. I oby tak było, przynajmniej nie będzie nudno.

Aktualnie start JWST planowany jest na drugą połowę 2021 r.