Mai mari decât Pământul, dar mai mici decât Neptun, aceste lumi interioare conțin anumite medii surprinzător de terestre.

Foto1 – Oamenii de știință nu sunt siguri ce să facă cu Kepler-452b. Proprietățile planetei sugerează că se află la granița dintre a fi un super-Pământ stâncos și un sub-Neptun gazos. Dar dacă este de natură terestră, are o atmosferă groasă și o mulțime de vulcani activi.

Sfidând clasificarea, situată între giganții gazoși și lumile terestre, care populează galaxia noastră, se află o zonă crepusculară, o regiune în care planetele au proprietăți ciudate. Cu dimensiuni cuprinse între cea a Pământului și cea a lui Neptun aceste planete nu pot fi clasificate nici între cele telurice și nici cele gazoase.

Multe dintre aceste planete hibride descoperite recent oferă cele mai interesante posibilități de a avea condiții asemănătoare Pământului. Și oriunde există astfel de medii, nu poate fi exclusă șansa ca viața să câștige un cap de pod.

În căutarea Pământului 2.0

Găsirea exoplanetelor nu este ușoară. Este greu de vizualizat o planetă la distanțe interstelare, deoarece se pierde în strălucirea stelei sale gazdă. Dar, cercetând lumina ce ne parvine de la acel soare îndepărtat, astronomii își pot face o idee despre planetele ce-l orbitează. Atunci când o lume trece direct prin fața stelei din perspectiva noastră (în tranzit), steaua se întunecă, iar aceasta depinde de dimensiunea fizică a planetei. Vânătorul spațial de planete, telescopul Kepler, a folosit această tehnică pentru a găsi mii de exoworlds.

O a doua metodă, numită viteză radială, măsoară deplasarea unei stele aflată în prezența unui câmp gravitațional orbitant (o planetă). Gravitația planetei face ca soarele său să-și mărească dimensiunea aparentă. Când planeta se îndepărtează de stea, lumina parvenită de la ea devine mai roșie, iar când se apropie lumina devine mai albastră. Astronomii pot detecta această schimbare în lumina unei stele. Și cu cât este mai mare schimbarea, cu atât planeta trebuie să fie mai masivă.

Combinând aceste două tehnici, oamenii de știință obțin o perspectivă asupra naturii exoplanetelor. Dacă o planetă are de două ori masa Pământului, dar același volum, de exemplu, trebuie să fie foarte densă și, așadar, stâncoasă. Dar dacă o planetă cu masa Pământului are de 10 ori volumul planetei noastre, trebuie să fie o lume cu densitate mică, precum o mică gigantă gazoasă.

Astronomii au cartografiat o gamă largă de planete orbitând în zona locuibilă a stelei lor gazdă – regiunea în care apa lichidă ar putea exista pe suprafața lumii – de la mici terestre asemănătoare cu Mercur până la lumi stâncoase sau gazoase de dimensiunea Neptunului. Galaxia noastră poate conține 10 miliarde de lumi cu dimensiuni comparabile cu ale noastre. Totuși, între exoplanetele cunoscute, lumile de dimensiuni Neptun și sub-Neptun sunt cele mai frecvente. Mulți dintre acești giganti relativ mici se califică drept super-Pământuri.

Super-Earths și sub-Neptun

În linii mari, termenul super-Pământ se aplică planetelor care sunt mai mari decât Pământul, dar au încă o suprafață stâncoasă și o atmosferă subțire. Termenul de sub-Neptun se referă la un gigant mic gazos. Dar incertitudinile din date înseamnă că granița dintre aceste două clase este neclară.

Super-Pământurile par a fi cel mai frecvent tip de exoplanete. Aproximativ trei din fiecare 10 lumi cunoscute acum fac parte din această categorie. Aceste lumi nu au analog în sistemul nostru solar. Oamenii de știință clasifică supra-Pământurile strict după masă, fără a ține cont de compoziția, natura sau distanța lor de steaua gazdă. Cele mai multe dintre cele descoperite până acum orbitează aproape de soarele lor – pur și simplu pentru că acestea sunt cele mai ușor de detectat. Masele acestor lumi variază de la aproximativ 1,5 până la 2 mase de Pământ până la un maxim de 10 Pământuri.

Foto 2 – Gliese 581g ar putea fi una dintre lumile cele mai asemănătoare Pământului din galaxia noastră. Orbita sa strânsă, în jurul unui soare pitic roșu, plasează exoplaneta în zona locuibilă a stelei. Modelele indică faptul că, în condițiile potrivite, un ocean mare s-ar întinde pe emisfera super-terestră a acestei stele.

Astronomii sortează supra-Pământurile în patru categorii. Planetele cu densitate joasă conțin cantități mari de hidrogen și heliu și sunt denumite pitici sau sub-Neptune. Super-Pământurile cu densitate medie sunt probabil lumi oceanice unde apa este o componentă majoră. Un al treilea tip are un nucleu mai dens decât un sub-Neptun, dar încă are atmosfera extinsă a unui sub-Neptun. Mărimea acestei atmosfere depinde de distanța planetei de steaua ei – cu cât este mai îndepărtată de orbită, cu atât va fi mai rece și cu atât va păstra mai multă atmosferă. În cele din urmă, supra-Pământuri mai mari, de înaltă densitate, numite uneori mega-Pământuri, includ probabil componente majore ale rocii și / sau metalului.

Nu chiar ca Neptun

Subneptunele omniprezente se alătură menagerei exoplanetare, cu mase mai mici decât Uranus sau Neptun din sistemului nostru solar. (Uranus conține 14,5 mase de pământ; Neptun deține 17,1.) Aceste lumi vin probabil cu o mare varietate de personalități.

Foto 3 – Kepler-22b este probabil o planetă stâncoasă, cu o rază de aproximativ 2,4 ori mai mare decât cea a Pământului. Acesta își orbitează steaua gazdă în apropierea marginii interioare a zonei locuibile, astfel încât poate să semene cu Venus mai degrabă decât cu Pământul.

Omul de știință Mark Marley modelează atmosfera exoplanetară la Ames Research Center din NASA din Moffett Field, California. El crede că, indiferent de dimensiune, sub-Neptunele s-ar putea dovedi a fi lumile cu cele mai variate caracteristici „Gazoasele tind să aibă aproximativ aceeași dimensiune deoarece sunt dominate de atmosfera lor hidrogen-heliu. Când, însă, vă apropiați de o masă ca a Pământului, probabil că toate sunt lumi stâncoase cu un pic de atmosferă. Dar [în această regiune dintre Neptun și Pământ], există probabil o gamă uriașă de tipuri planetare. Fiecare planetă va fi unică ”, spune el. Natura lor depinde de mulți factori, inclusiv masa lor, cantitatea de apă pe care o dețin și dimensiunea miezului lor.

Ca și Neptun, majoritatea sub-Neptunelor sunt gazoase. Spre deosebire de Neptun, însă, multe dintre aceste lumi orbitează lângă steaua lor gazdă. Acest lucru reprezintă un mister pentru astronomi: Cum au ajuns sub-Neptunele aproape de steaua lor de vreme ce au trebuit să se formeze în regiunile exterioare ale sistemului lor planetar? Astfel de lumi nu se pot naște decât dincolo de așa-numita linie de zăpadă, unde temperaturile reci le permit să colecteze cantități mari de gheață și gaze.

Se pare că planetele sunt chestii alunecoase, capabile să se formeze într-un loc și să se agite în altul. Aranjamentul sistemului nostru solar cu giganți de gaz și gheață dincolo de lumile terestre mai mici nu pare a fi norma de-a lungul galaxiei. Astronomii au dezvoltat modelul Grand Tack pentru a explica evoluția timpurie a sistemului solar. Teoria propune că Jupiter și Saturn au pornit spre Soare, dar Saturn a fost capabil să-l tragă pe Jupiter înapoi, la timp pentru a evita colapsul în Soare. Migrații similare pot fi frecvente și în alte sisteme, unde sub-Neptunele s-ar putea forma la o distanță mare și ar putea migra mai târziu spre stea. O lume asemănătoare Pământului care se dezvoltă aproape de soarele său ar avea o densitate mult mai mare, deoarece îi lipsește conținutul de apă al unei planete originare din regiunea exterioară mai rece a unui sistem.

Foto 4 – Două super-Pământuri orbitează Kepler-62. Ambele lumi au probabil oceane adânci de apă, deși Kepler-62f orbitează mai departe de steaua sa decât Kepler-62e și astfel poate fi acoperit cu gheață.

Elisa Quintana de la Centrul de Cercetare Ames a lucrat cu o echipă care încearcă să-și dea seama când o planetă trece de la a fi asemănătoare Pământului la a fi un sub-Neptun gazos. „Înainte de a cunoaște exoplanetele, aveam o relație de bază masă-rază bazată pe sistemul nostru solar. A trebuit s-o dăm la spate… ”, spune ea. „Modelele teoretice ne spun că trecerea de la super-Pământul stâncos la sub-Neptun gazos este la aproximativ 1,5 sau 1,6 razele Pământului. Odată ce o planetă va atinge 2 raze de Pământ, va fi mai mult ca un sub-Neptun. Cercetătorii speră să fixeze punctul de tranziție pe măsură ce studiază mai multe supra-Pământuri.”

Cât de asemănător cu… acasă?

Deși descoperirea planetelor cu dimensiuni terestre este captivantă, este nevoie de mai mult decât dimensiunea pentru a defini o planetă tip Pământ. Chiar și în rândul lumilor apropiate de dimensiunea și masa Pământului, definiția „asemănătoare pământului” se regăsește de puține ori. Majoritatea orbitează în afara zonei locuibile a stelei gazdă.

Tipic printre acestea este planeta de dimensiuni terestre care înconjoară Gliese 1132. Astronomii au calculează că Gliese 1132b are circa 1,2 raze de Pământ și are o masă de aproximativ 1,6 ori mai mare decât planeta noastră, situând-o la granița dintre a fi stâncoasă sau sub-Neptuniană. Până aici toate bune. Însă oamenii de știință estimează că la suprafața sa avem temperatura unui cuptor, în jur de 460 de grade Fahrenheit (225 grade Celsius).

Cum seamănă Pământul cu un super-Pământ? Caracteristicile care contribuie la unicitatea propriei lumi oferă un punct de vedere bun. În primul rând, Pământul orbitează în zona locuibilă a Soarelui. Deși unele supra-Pământuri orbitează în zona locuibilă a stelei proprii, studiile arată că este posibil să nu fie suficient pentru a fi întrunite medii similare Pământului. Tectonica plăcilor este un alt atribut critic al lumii noastre de origine, deoarece recirculează mineralele care se spală în mări și reciclează elemente din atmosferă care au fost blocate chimic în roci.

Însă modelele recente susțin că supra-Pământurile s-ar putea să nu se bucure de beneficiile tectonicii de plăci. În primul rând, este nevoie de un amalgam mineral adecvat pentru a crea schema de plăci tectonice. Pe Pământ, pe măsură ce o placă alunecă sub alta, presiunea crescândă rearanjează atomii din interiorul acesteia, făcând roca mai densă. Fără această modificare, plăcile s-ar opri și ar înceta să alunece una peste alta. Este posibil ca planetele cu cruste mineralogice diferite să nu poată menține o asemenea bandă transportoare de plăci tectonice.

În al doilea rând, crusta unui super-Pământ poate fi prea groasă pentru tectonică. Simulările dezvăluie faptul că majoritatea acestor lumi au cruste groase, ceea ce constituie o barieră fizică pentru tectonica plăcilor. Totuși, unii cercetători sugerează că căldura crescută într-un super-Pământ ar putea fi suficientă pentru a declanșa procesul.

Un alt factor care ar contribui este câmpul magnetic. Nucleul topit rotativ al Pământului generează un câmp care ne protejează de particulele încărcate energetic. Pentru a fi asemănător Pământului, un super-Pământ trebuie să aibă un astfel de câmp.

Un sondaj al supra-Pământurilor

Dintre miile de exoplanete cunoscute, astronomii au găsit doar câteva super-Pământuri cu caracteristici potrivite pentru a fi asemănătoare cu Pământul. Unul dintre cele mai apropiate pare a fi Kepler-452b.

Prima planetă de dimensiunea aproximativă a Pământului găsită în zona locuibilă a unei stele similară cu Soarele, Kepler-452b este de aproximativ 1,5 ori mai mare decât Pământul. Deși se află puțin mai departe de steaua sa (Kepler-452) decât Pământul de la Soare, steaua ei strălucește puțin mai tare decât a noastră, astfel încât planeta obține un pic mai multă energie decât Pământul.

Foto 5 – Super-Earth Gliese 667Cc, văzut aici de pe suprafața unei ipotetice luni din apropiere, poate fi un sub-Neptun. Planeta se află atât de aproape de gazda pitică roșie încât, probabil este un loc al furtunilor violente.

Adică, dacă Kepler-452b are o suprafață solidă. Mărimea planetei se plasează chiar la marginea dintre un super-Pământ stâncos și un sub-Neptun gazos. Astronomii de la Universitatea Columbia Jingjing Chen și David Kipping oferă planetei doar o șansă de 13% de a fi terestră și nu gazoasă. Modelele sugerează că, dacă Kepler-452b este stâncos, probabil că are o atmosferă mai groasă decât Pământul și probabil ar fi activ vulcanic.

Kepler-452b are nevoie de 385 de zile pentru a înconjura soarele, un an destul de similar cu cel al Pământului. Dar este posibil ca toate să nu fie bine pe această lume. Steaua sa este cu 1,5 miliarde de ani mai veche decât Soarele și radiază mai multă energie decât înainte. Planeta s-a aflat cândva în centrul zonei locuibile, dar pe măsură ce steaua-mamă îmbătrânită s-a încălzit, zona ei locuibilă a migrat spre exterior, blocând planeta pe marginea interioară. Orice oceane pe care le-a avut cândva probabil se evaporă într-o atmosferă groasă.

Altă variantă posibilă poate fi Gliese 581, o stea pitică roșie care se află la 20 de ani lumină de Pământ. Până la cinci planete pot orbita această stea, iar trei dintre ele pot fi super-Pământuri în zona locuibilă a stelei. Gliese 581c orbitează lângă marginea interioară a zonei. S-ar putea să fie suficient de aproape de stea, încât să suferă de un efect de seră ca cel găsit pe Venus.

Celelalte două planete – Gliese 581d și Gliese 581g – pot fi mai asemănătoare Pământului, dar astronomii nu sunt nici măcar siguri că există. Ambele lumi au fost detectate de mai multe echipe, dar alți cercetători nu au reușit să le confirme. Dacă sunt reale, acestea ar fi pe lista scurtă pentru majoritatea planetelor similare Pământului.

Gliese 581g pare să orbiteze doar 0,13 unitate astronomică (AU; 1 AU este distanța medie Pământ-Soare) de la stea. Dar, deoarece pitica roșie este întunecată, planeta primește aproximativ aceeași cantitate de energie ca Pământul de la Soare. Masa sa nu poate fi mai mare de 2,2 Pământuri, abia calificând-o pentru statutul de super-Pământ. Planeta orbitează suficient de aproape de soarele ei încât ar trebui să fie blocată în rotație, păstrând mereu aceeași față spre stea. În funcție de compoziția și suprafața sa atmosferică, poate fi o lume asemănătoare cu Venus, sau una cu o abundență de apă.

Foto 6 – Norii de pe cerul Kepler-438b își ascund gazda pitică roșie. Planeta se află suficient de aproape de steaua sa activă pentru a fi expusă la apariția masivă a erupțiilor solare. În cazul în care nu are câmp magnetic, Kepler-438b experimentează probabil un nivel mortal de radiații.

Dacă are o presiune atmosferică similară cu cea a Pământului, pământul ar putea fi acoperit cu o crustă groasă de gheață. Dar dacă aerul conține suficiente gaze cu efect de seră precum dioxidul de carbon, temperaturile ar putea fi substanțial mai ridicate. Lumea ar putea dezvolta un ocean permanent în emisfera orientată spre stea, unde temperaturile ar fi similare cu cele din tropicele Pământului.

Gliese 581d pare a fi mult mai grea, poate 7 mase pământești. Mărimea acestei planete a făcut ca astronomii să adauge o nouă clasă exoplanetelor: mega-Pământul. Aparent lumea își orbitează steaua cu o perioadă de 67 de zile, situându-o lângă marginea exterioară a zonei locuibile.

Întru gloria lui Kepler

La o distanță de 620 de ani-lumină, steaua Kepler-22 găzduiește pe Kepler-22b. Planeta a fost prima lume zonă locuibilă descoperită de telescopul spațial Kepler.

Cu un diametru de aproximativ 2,4 ori mai mare decât cel al Pământului, are o densitate similară cu roca, ceea ce înseamnă că poate fi terestră. De asemenea, Kepler-22b ar putea avea o atmosferă destul de densă și, deoarece orbitează în regiunea interioară a zonei locuibile a stelelor sale, clima poate fi mai asemănătoare cu Venus decât cu Pământul. Dar rotația și acoperirea cu nori a planetei ar putea modera condițiile de acolo. Unele modele recente indică o temperatură a suprafeței care se învârte în jurul unui confortabil de 22 F.

Mai departe în galaxie, la o distanță de aproximativ 1.200 de ani-lumină, Kepler-62 se mândrește cu cinci planete confirmate. Două dintre acestea se află în zona locuibilă a stelei gazdă o pitică portocalie. Ambele sunt de aproximativ 1,5 ori mai mari decât Pământul, așezându-le la granița dintre Terra și super-Pământ.

Studiile indică faptul că apa acoperă probabil Kepler-62e într-un ocean global și profund. Și deși fratele Kepler-62f poate avea și o componentă mare a apei, în zona locuibilă este suficient de departe încât suprafața să fie înghețată, cel puțin la poli. Această din urmă lume poate avea o atmosferă mai densă decât cea a Pământului, probabil similară – dar mai rece decât cea a lui Venus.

La 22 de ani-lumină de pe Pământ se află sistemul cu trei stele Gliese 667. Doi dintre membri sunt pitici portocalii de tip K ceva mai reci decât Soarele, în timp ce al treilea este un pitic roșu și mai rece. Cele două stele de tip K orbitează reciproc; pitica roșie, Gliese 667C, îi înconjoară pe amândoi la o distanță de 230 UA. Gliese 667C pare să aibă cel puțin trei planete în vecinătatea zonei sale locuibile.

Poate că cea mai interesantă dintre acestea este Gliese 667Cc, care are o masă de patru ori mai mare decât cea a Pământului. Această planetă extraterestră poate fi un terestru stâncos, deși unii cercetători consideră că poate fi un sub-Neptun. Lumea își înconjoară soarele cu viteză de vârf, completând un circuit în doar 28 de zile.

Dar, deoarece Gliese 667C este o pitică roșie, lumea se află destul de departe încât apa lichidă ar putea exista pe suprafața sa. Gliese 667Cc colectează aproximativ 90 la sută din lumina și căldura pe care Pământul o primește de la Soare. La fel ca în cazul oricărei planete mari dintr-o zonă locuibilă, poate avea luni cu medii destul de terestre.

Fiind una dintre planetele cele mai similare Pământului este o lume cu o rază cu 12% mai mare decât a noastră. Kepler-438b orbitează în zona locuibilă a unui pitice roșii, realizând un circuit la fiecare 35 de zile. Dacă Kepler-438b este de natură terestră, masa sa ar fi de aproximativ 1,4 ori mai mare decât Pământul. Temperaturile de suprafață din această lume ar putea varia între 32 și 140 F (0 până la 60 C).

Planeta suferă de dezavantajul de a orbita suficient de aproape de steaua sa părinte, pentru a resimți erupțiile solare care sunt atât de comune piticilor roșii. De fapt, observatorii au văzut Kepler-438 dezlănțuind radiații și plasmă la fiecare câteva sute de zile. Dar dacă Kepler-438b are un câmp magnetic puternic, suprafața sa ar putea fi încă ospitalieră.

Astronomii au descoperit o varietate de exoplanete în zona locuibilă a stelei lor gazdă. Timpul pare a fi propice pentru descoperirea lumilor cu biologii înfloritoare. Căutarea formelor de viață pe Pământuri ale sorilor îndepărtați va fi una dificilă, dar detectarea unei noi lumi vii ar schimba pentru totdeauna părerile noastre despre biologie, dezvoltare planetară și frecvența vieții în univers.

***