Elämän etsiminen kohdentuu punaisten kääpiötähtien planeettoihin

Taiteilijan näkemys eksoplaneetasta
punaisen kääpiötähden kiertoradalla.
Kuva ESO.

Pen State yliopiston tukija Ravi Kopparapu julkaisi arvion (katso Tähdet ja Avaruus -lehden uutiset), että elämää ylläpitäviä planeettoja saattaisi olla muutaman valovuoden etäisyydellä punaisten kääpiötähtien elämää ylläpitävällä vyöhykkeellä. Kyseessä on siis arvio – ei havainto.

Kun elämää etsitään, astrobiologit ovat tähän mennessä lähinnä keskittyneet oman Aurinkomme kaltaisten tähtien elämänvyöhykkeen planeettoihin. Toistaiseksi täydellä varmuudella ei ole löydetty ainoatakaan eksoplaneettaa, joka kiertäisi tähteään elämän vyöhykkeellä ja sen pintalämpötila olisi varmasti sellainen, että nestemäistä vettä voisi esiintyä. Lähellä kuitenkin ollaan ja luultavasti aivan lyhyen ajan kuluessa tällainen planeetta löytyy.

Tutkimuksessa on havaittavissa myös hieman aikaisemmasta poikkeava trendi. Tutkimukset suuntautuvat yhä useammin tähtikuntiin, joiden tähti on punainen kääpiötähti. Elämän vyöhyke tällaisen tähden ympärillä on tietysti hieman suppeampi ja vyöhykkeen leveys kapeampi. Näin ollen sopivakokoisen eksoplaneetan sijoittuminen elämän vyöhykkeelle on luultavasti jonkin verran harvinaisempaa kuin omassa aurinkokunnassamme.

Elämän vyöhykkeen hyvin yleisluontoinen määritelmä on, että sillä olevan planeetan pintalämpötila pitäisi olla sellaisella lämpötila-alueella, missä nestemäistä vettä voisi esiintyä. Määritelmä on hieman turhankin yksinkertaistettu, sillä esimerkiksi maapallon keskilämpötila ilman ilmakehää olisi noin –18 °C. Ilmakehä toimii siis lämmön karkaamista estävänä eristeenä, ja se tietysti otetaan huomioon eksoplaneetan elämälle kelvollisuutta arvioitaessa. Arviointia hieman hankaloittaa se, että toistaiseksi eksoplaneettojen ilmakehistä ei tiedetä oikeastaan mitään.

Punaiset kääpiötähdet säteilevät hieman pienemmällä bolometrisellä teholla kuin oma Aurinkomme. Siitä ei suoraan ole haittaa, jos vastaavasti planeetan kiertorata on hieman lähempänä omaa tähteään. Aurinkoa viileämmän tähden spektri poikkeaa sitä enemmän auringonspektristä mitä suurempi lämpötilaero on. Niinpä elämän vyöhykkeellä sijaitseva eksoplaneetta saa hieman vähemmän meille näkyvää valoa, mutta jonkin verran enemmän infrapunaista säteilyä. Jos elämää tällaiselle planeetalle on syntynyt, sillä on omat haasteensa jotka poikkeavat hieman maapallon olosuhteista.

Infrapunaisen säteilyn suhteellisesti suurempi osuus ei sinällään ole mikään ongelma, lämmöstähän on kysymys. Sen sijaan punaisten kääpiötähtien säteilemästä energiasta huomattavasti pienempi osa tapahtuu uv-säteilyn aallonpituuksilla kuin Auringosta. Tästä seuraa, että eksoplaneetan ilmakehässä olisi huomattavasti vähemmän otsonia kuin mitä maapallon ilmakehässä on (edellyttäen, että planeetan ilmakehässä on happea, ja miksi ei olisi, happi on yksi yleisimmistä alkuaineista maailmankaikkeudessamme).

Jos punainen kääpiötähti on hitaasti pyörivä, sen magneettikenttä on heikohko ja siinä esiintyvät ilmiöt pienitehoisia. Jos tähti pyörii nopeasti itsensä ympäri, tuloksena on voimakas magneettikenttä ja esimerkiksi voimakkaat flare-purkaukset  yleisiä. Flare-purkausten ominaisuus on sellainen, että purkauksen aikana syntyy voimakkaita uv-säteilypulsseja. Tällöin otsonikerroksettomaan eksoplaneettaan saattaa kohdistua steriloivia uv-säteilyn annoksia, jotka tuhoavat orastavan elämän.

Jos elämän vyöhykkeellä olevan eksoplaneetan tähti on hyvin paljon pienempi ja himmeämpi kuin meidän Aurinkomme, itse elämän vyöhyke sijaitsee tähden lähellä. Tästä seuraa, että eksoplaneettaan kohdistuu voimakas vuorovesivoima, joka hyvin nopeasti lukitsee planeetan pyörimisajan samaksi kuin kiertoaika. Toisin sanoen planeetta kääntää aina saman puolen tähteään kohti. Ei ole helppoa elämän syntyminen ja kehittyminen tällaisellakaan planeetalla.

Voimakkaalla vuorovesivoimalla on toinenkin seuraamus. Meillä on tästä hyvä esimerkki omasta aurinkokunnastamme. Esimerkki on Jupiterin kuu Io. Se on aurinkokuntamme vulkaanisin kappale, sieltä tunnetaan yli 1300 tulivuorta tai vulkaania. Tilanne olisi varmasti samanlainen lähellä tähteään kiertävä eksoplaneetan kohdalla: vulkaanien toiminta voisi olla hyvin runsasta ja voimakasta.

Tarinan opetus: Eksoplaneetan elämän olosuhteet eivät ole automaattisesti kovinkaan paratiisimaiset edes punaisten kääpiötähtiä kiertävillä eksoplaneetoilla. Elämää saattaa näissä esiintyä, mutta varmasti tulevaisuudessa löydetään elämän vyöhykkeellä olevia ja ulkoisesti sopivia eksoplaneettoja joiden olosuhteet eivät kuitenkaan ole elämän synnylle ja kehitykselle kovinkaan otollisia.