Temat: śycie na planetach pozasłonecznych

.

W roku 1992 polski astronom Aleksander Wolszczan, pracujący wówczas w USA, wraz ze swym
amerykańskim kolegą ogłosił odkrycie pierwszej planety pozasłonecznej. Jest to wielka chluba dla nas jako
Polaków.

Ku zdumieniu wszystkich była to planeta krążąca wokół gwiazdy neutronowej. Wydawało się, że nie powinno
ich tam być.

Wyobrażenie dwu z trzech planet wokół gwiazdy neutronowej odkrytych przez Aleksandra Wolszczana w gwiazdozbiorze Panny. Są
skaliste. Dwie 4 razy cięższe od Ziemi, krążą bliżej niż Ziemia wokół Słońca. Trzecia - najbliższa ma masę 50 razy mniejszą niż
Ziemia. Nawet ona jest wiele razy większa niż gwiazda neutronowa, której średnica to zaledwie kilkanaście kilometrów. Gwiazda
neutronowa w tej skali nie powinna być widoczna. Pokazany jest tylko jej blask.

Gwiazda neutronowa powstaje, gdy gwiazda kilka razy cięższa od Słońca skończy spalanie kolejnych
pierwiastków. Wtedy zaczyna stygnąć i zapada się. Rdzeń pod wpływem napierających z zewnątrz warstw
gwiazdy kurczy się do rozmiarów miasta, choć wciąż ma masę podobną do naszego Słońca. Warstwy
zewnętrzne uderzają weń i się odbijają. Energia uderzenia jest tak wielka, że obserwujemy gwałtowny trwający
kilka dni rozbłysk. W miejscu uderzenia powstaje olbrzymia temperatura, dużo wyższa niż była we wnętrzu
gwiazdy. Gdy odrzucone warstwy rozpraszają się i stygną, gwiazda w ciągu kilku miesięcy blednie, aż
przestaje być widoczna. Zostaje z niej obiekt zrobiony z samych neutronów. Jest to jakby wielkie jadro
atomowe. Zawiera materię jądrową, choć bez protonów. Wysyła regularne impulsy fal elektromagnetycznych,
zazwyczaj radiowych i nosi z tego tytułu nazwę pulsara.

Sądzono, że podczas wybuchu, planety powinny zostać wyrzucone z układu, być może wcześniej
wyparowawszy. Jednak skoro wykryto, że są, to widocznie rdzeń planety może ocaleć. Jeśli nie został zbyt
daleko odepchnięty, jest hamowany przez rozproszoną w układzie materię pochodzącą z gwiazdy, co skutkuje
jego powolnym opadaniem ku gwieździe. Jednocześnie zbiera materię i rośnie. Opadanie i rośnięcie kończą się,
kiedy zabraknie rozproszonej materii.

ś

ycie na planecie pulsarowej nie ma szans zaistnieć. Brak tam wody i atmosfery. Cząsteczki wysyłane przez

pulsar zabiłyby ponadto każdego przybysza.

Warto mieć pojęcie, w której części nieba znajduje się ów pulsar PSR J1300+1240 z planetami wykrytymi przez Wolszczana. Jest w
gwiazdozbiorze Panny.

Już trzy lata później odkryto w gwiazdozbiorze Pegaza planetę poruszającą się wokół gwiazdy podobnej do
Słońca. Planeta rozmiarów Jowisza porusza się po orbicie mniejszej niż orbita Merkurego. Okres obiegu to 4
dni. Musiała powstać dużo dalej, ale zmieniła położenie. Dziś jest przedstawicielem licznych „gorących
Jowiszów” smażących się w promieniach swych gwiazd. Wieją na nich wiatry o niewyobrażalnej sile.

Obecnie prowadzi się poszukiwania planet na szeroką skalę. Okazało się, że orbity niemal kołowe są wyjątkiem.
Zazwyczaj są wyraźnie eliptyczne.

Najbardziej znanym urządzeniem służącym do detekcji planet stał się
teleskop kosmiczny Kepler wystrzelony w 2009 r. Poszukuje on planet
metodą tranzytu. Ponieważ przed tarczą gwiazdy może przemknąć nie
tylko jej planeta, trzeba zauważyć co najmniej trzy tranzyty w równych
odstępach czasu, by mieć pewność, że chodzi o planetę danej gwiazdy.
Wymaga to ciągłego patrzenia w jeden obszar nieba.

Kepler okazał się bardzo efektywny. Średnio biorąc odkrywał dwie
planety dziennie. Jego głównym celem było jednak szukanie planet
leżących w ekosferze, czyli takim obszarze, gdzie temperatura pozwala na
istnienie życia, co znaczy, że odległość od gwiazdy nie jest za mała ani za
duża.

Kepler niestety doznał usterek urządzeń zachowujących jego kierunek w
przestrzeni i już nie obserwuje fragmentu nieba, który mu przypisano
pierwotnie. Musi to pole zmieniać, co znacznie osłabiło skuteczność
teleskopu.

Odkrył bardzo ciekawe planety, na przykład leżące tak blisko gwiazdy, że topi się na nich żelazo, albo takie,
które krążą wokół dwu gwiazd naraz. Odkrył też planety, na których może istnieć życie.

Planety wodne

Uważa się, że rdzeń każdej planety, nawet gazowej, jest podobny do Ziemi czy Marsa, tzn zrobiony ze skał, a
w samym środku tkwi żelazne jądro. Ten skalny rdzeń raczej nie przekracza rozmiarów Ziemi.

Skoro Kepler w ekosferze pewnej gwiazdy rozmiarów Słońca odkrył planetę (znana jako Kepler-22b) o
promieniu 2.4 razy większym od ziemskiego, spodziewamy się, że nadwyżką masy jest woda pokrywająca
planetę. Jest to więc planeta „wodna”, bez lądów, ale na powierzchni grawitacja może niewiele różnić się od
ziemskiej.

ś

ycie musi czerpać skądś energię. Nieprzerwanym jej źródłem jest światło gwiazdy. Oczekujemy zatem, że na

innych planetach wykształciły się odpowiedniki ziemskich roślin. Na planecie wodnej nie mogą się ukorzenić.
Aby unosić się przy powierzchni wytwarzają pęcherze z gazem podobnie jak na Ziemi czynią wielkie glony
brunatnice.

Hipotetyczna roślina z wodnej planety posiada pęcherz z gazem. To nic nowego. Podobnie czynią na Ziemi tworzące podwodne lasy
dwudziestometrowej wysokości glony takie jak listownica (zdjęcie z okolic wyspy Vancouver w Kanadzie) i wielkomorszcz
gruszkowy obsypany pęcherzami jak gruszkami (zdjęcie z okolic Australii). Również znany wszystkim morszczyn ma pęcherze
pławne.

Wiele roślin wodnych posiada przestrzenie
międzykomórkowe wypełnione gazem – dokładnie
mieszaniną tlenu i dwutlenku węgla, a więc produktów
metabolizmu roślin. Widoczna obok wiktoria królewska z
rodziny grzybieniowatych występuje w Ameryce
Południowej. Jej liście potrafią utrzymać człowieka, bo są
wzmocnione ożebrowaniem, między którym w wodzie
uwięzione są bąble gazu.

Zwierzęta na wodnej planecie mogą przypominać ryby. Odpowiada za to zjawisko konwergencji, które polega
na tym, że w danym środowisku niektóre zwierzęta, blisko nie spokrewnione, stają się niezwykle podobne. Na
przykład delfiny, które są ssakami, i ryby - do poruszania się w wodzie wykształciły płetwy, a ich ciało nabrało
opływowego kształtu.

Hipotetyczna ryba polująca na mniejszą w oceanie pozasłonecznej planety. Ma płetwy, duże oczy, ale otwór gębowy umieszczony pionowo

.

Zwierzęta lądowe

Konwergencja może dotyczyć także zwierząt lądowych. Mamy trzy grupy zwierząt o wyglądzie kreta – znane
nam krety (bliscy krewni ryjówek i jeży), złotokrety (dość bliscy krewni słoni) i worokrety (krewni kangurów).
Dopiero badania DNA wykazały, że to zupełnie inne grupy ssaków. Istnieją znane z Europy jeże (krewni
kretów i ryjówek) i afrykańskie kretojeże, dość bliscy krewni słoni. W Ameryce Północnej, Azji i Europie
szybują między drzewami gryzonie – polatuchy (niestety wyniszczone już w Polsce), będące wiewiórkami
wyposażonymi w parę fałdów skórnych między przednimi i tylnymi kończynami. W Azji Południowo-
Wschodniej podobnie wyglądają lotokoty (krewni naczelnych), w Australii torbacze lotopałanki. W Azji
Południowo-Wschodniej istnieją nawet jaszczurki z rodziny agamowatych – smoki latające, posiadające
analogiczne fałdy skórne. Te co prawda trudno pomylić z owłosionymi ssakami.

Kretojeże żyją w Afryce

.

Planety wokół czerwonych karłów

Kepler wykrył też planety krążące wokół czerwonych karłów. Karzeł słabo świeci, więc ekosfera rozciąga się
blisko niego. Planeta krążąca tak blisko ulega podobnie jak ziemski Księżyc przemożnej sile grawitacji ciała
centralnego i zwraca się wciąż tą samą stroną ku niemu. Planeta jest z ciągle oświetlonej strony bardzo
rozgrzana, a z drugiej lodowata. Powstaje charakterystyczny układ wiatrów rozprowadzających ciepło po całej
planecie. Wiatry są najmocniejsze w pobliżu bieguna ciepła i bieguna zimna.

Powietrze unosi się nad biegunem ciepła, a opada nad biegunem zimna. W strefie półcienia porusza się najwolniej bo tam ma
najwięcej miejsca. Podobnie woda w rurze (rysunek na prawo) w miejscu o największym przekroju rury płynie najwolniej.

ś

ycie ma szansę rozwinąć się w strefie pośredniej – na granicy światła i cienia, a więc tam gdzie panuje

wieczny zachód i wiatry są najsłabsze. Tam mogą panować temperatury ok. 20

°

C. Naukowcy przypuszczają, że

skoro czerwony karzeł emituje najwięcej podczerwieni, to choć jest ciepło, brakuje fotonów o energii
potrzebnej do fotosyntezy. Ziemskie rośliny część światła odbijają, dlatego są zielone. Tam rośliny mogą być
czarne, by pochłaniać wszystkie rodzaje promieniowania widzialnego, bo jego fotony są bardziej energetyczne
niż podczerwieni.

Rośliny na planecie w pobliżu czerwonego karła mogą być czarne.

.

Istnienie życia na takiej planecie jest mało prawdopodobne, bo czerwony karzeł nie pali się równo. Często
występują rozbłyski, którym towarzyszy wyrzucanie materii w kosmos. Gwałtownie zwiększone
promieniowanie może upiec organizmy.

Cięższe ziemie

Kepler odkrył planetę (KOI-701.04 dziś znaną jako Kepler-62f) o promieniu 1,4 promienia Ziemi. Ta ma
szansę posiadać lądy, ale wyraźnie większą grawitację na powierzchni. Na planetach posiadających lądy, ale
cięższych niż Ziemia, rośliny i zwierzęta muszą dostosować się do większej grawitacji. Najcięższe zwierzęta na
Ziemi, np. słonie, mają nogi w kształcie słupów i bardzo krótką szyję, by nie musieć podnosić ciężkiej głowy.
Olbrzymie roślinożerne dinozaury zauropody posiadały co prawda długie szyje, ale za to małe głowy z zębami
tylko do zrywania liści i malutkim mózgiem. Rozwiązaniem byłoby w tym wypadku posiadanie mózgu w
innym miejscu. Poszerzenie kręgów w okolicy lędźwiowej innego dinozaura zwanego stegozaurem sugeruje, że
mógł tam mieć pomocniczy mózg. Mógł tam jednak znajdować zbiornik glikogenu, do odżywiania układu
nerwowego.
Na planecie o silnej grawitacji do podtrzymywania ciała z pewnością przydałyby się więcej niż cztery nogi.

Hipotetyczny ośmionogi stwór pobiera
pokarm za pomocą trąby, więc nie musi
podnosić i opuszczać ciężkiej głowy.

Pytania sprawdzające znajomość tematu.

1.

Kto, kiedy i w jakiej części nieba odkrył pierwszą planetę pozasłoneczną czyli egzoplanetę?

2.

Czym jest pulsar i jak powstaje?

3.

Dlaczego planety pulsarowe nie nadają się do zamieszkania?

4.

Co to jest ekosfera?

5.

Dlaczego Kepler powinien latami gapić się na ten sam kawałek nieba?

6.

Dlaczego spodziewamy się, że na planetach pozaziemskich są odpowiedniki roślin?

7.

Na czym polega konwergencja w teorii ewolucji? Podaj kilka przykładów.

8.

Jakie dostosowanie powinny posiadać rośliny na wodnych planetach?

9.

Jakie specyficzne warunki panują na planetach w ekosferze czerwonych karłów?

10.

Jakie dostosowanie powinny posiadać rośliny na planetach wokół czerwonych karłów?

11.

Jakie przykładowe rozwiązania w budowie ciał mają zwierzęta na planetach o grawitacji większej niż
ziemska?

Do zastanowienia:
Dlaczego na planecie wodnej Kepler-22b grawitacja jest podobna do ziemskiej, a na Kepler-82f większa?