Élö holdak: idegen holdakon kell keresni az életet?

A NASA Kepler-missziójának egyik elsödleges célja volt minél több exobolygó, Naprendszeren kívüli égitest felfedezése volt. A kutatók reményei szerint a gigászi adathalmazban, amit a misszió hozott, hamarosan megtalálhatják az elsö exoholdakat – melyek talán még a bolygóknál is jobb jelöltek lehetnek az élet számára.

A Kepler eddig is jól teljesített: 3000 exobolygó felfedezése köthető hozzá. A Naprendszeren kívüli holdak felfedezése adhatna ehhez egy izgalmas pluszt: a kutatók most, készülve arra, hogy az első ilyen felfedezése várhatóan már nem sokat várat magára, vázolták, mit várnak egy ilyen égitesttől élhetőség terén.

Mivel az exoholdak egy nagyobb test körül keringenek, újabb faktorokat igényelnek lakhatósági vizsgálódás terén. Ilyen például a bolygójuk által okozott napfogyatkozás, az arról rájuk verődő napfény és hő… És ennél is fontosabb a gravitáció okozta ár-apály hő, ami drámaian befolyásolja a hold klímáját és geológiáját.

Emellett a bolygókkal összehasonlítva vannak még más energianövelő tényezők is, amelyek kiégett pusztává tudják változtatni a legparadicsomibb holdat is akár.

René Heller, a Potsdami Leibnitz Asztrofizikai Intézet kutatója rávilágít: ami megkülönbözteti egy bolygó lakhatóságát egy hold lakhatóságától, az az, hogy az energia-háztartása máshonnan nyer pluszt, és mások a kiadásai is.

Heller és társa, Rory Barnes felállítottak egy lakhatósági rendszert a bolygó körüli lakhatóságra, ami nagyon hasonló a csillag körüli lakhatóság, az ún. lakhatósági zóna elméletéhez. Itt azonban lakhatósági szegélyről beszélünk: ez a legbelső orbitális pálya egy bolygó körül, amin belül a holdak üvegház-jelensége rendkívüli módon elszabadul, azon kívül viszont ez nem zajlik le.

Ez a fajta üvegházhatás akkor történik, amikor az égitest olyan mértékű energia-pluszt kap, ami jócskán meghaladja az energialeadását, így egyre csak melegszik és melegszik – jelenleg úgy vélik, ez történt meg a Föld “ikerbolygóján”, a Vénuszon. Itt ugyanis a tudomány szerint a fiatal csillag egyre növekvő mértékben elpárologtatta az ősi óceánt, ami további melegedéshez és párolgáshoz vezetett, aminek a vége az lett, hogy a bolygó kiszáradt, ahogy vize elpárolgott és a Nap uv-sugárzása szétbombázta a vizet hidrogénre és oxigénre. Az atmoszféra hidrogénje, könnyű lévén elszivárgott az űrbe – így víz nem formálódott többé, de oxidációra bőven volt elég oxigén a légkörben.

Ez a fajta kiszáradás a biztos távolban keringő holdakat nem érintené.

A bolygók ráadásul visszavert csillagfénnyel és kisugárzott hővel is melegítik kísérőiket, Heller számításai szerint egy olyan hold, mint az Io, amely viszonylag közel kering a Jupiterhez, négyzetméterenként kb. 7 watt energiát nyel el csak a bolygója részéről! (összehasonlításként: a Föld a Naptól 240 watt/négyzetméter energiát nyer.)

Emellett egy hold esetében jóval több alkalommal történik napfogyatkozás: egy közel keringő hold esetében ez az elvileg beérkező napfény 6,4%-át elnyeli. Érdekességként meg kell említeni, hogy mivel – jelen tapasztalataink szerint – a holdak nagyobb része kötött tengelyforgású (azaz mindig ugyanazt az arcát mutatja bolygója felé), azaz a napfogyatkozások és a bolygó ragyogása mindig ugyanazt az egy holdféltekét érintené. Ez a jelenség a klímát és az esetleges életformákat is olyan módon befolyásolhatja, amiket mi itt a Földön elképzelni is nehezen tudunk!

“A hold aszimmetrikus megvilágítása olyan hőmérsékleti és szél-mintázatokat hozhat létre, mind időtartam, mind geográfia tekintetében, amelyek ismeretlenek nekünk. Az életnek egy olyan holdon, amelyen gyakori, rendszeres napfogyatkozások történnek, mindenképpen hozzá kell igazítania az alvásciklusát és a vadászat-elbújás ciklusát is – de nem ugyanúgy a bolygó felőli féltekén, mint a távolin.”

– mondja Heller.

Emellett, ha az élet szempontjából nézzük, a lakhatósági zóna elmélete megköveteli, hogy a bolygó és holdja legyenek viszonylagos közelségben a csillaghoz. Ez viszont lehetővé teszi a csillagnak, hogy még nagyobb gravitációs erővel vonzza a holdat, így pályáját elliptikusabbá tegye, elnyújtsa. Ez az “excentrikus” orbitális pálya változó gravitációs nyomást jelent a holdra nézve.

Ezek az megnövekedett ár-apály-erők melegedést okoznak a súrlódásnak hála. A Földön is tapasztaljuk a vizek apály-dagály formájában a jelenséget a Hold miatt, de egy holdon a hatás sokkal nagyobb – a bolygók tömege jelentősen nagyobb. Ha az adott hold túl közel kerül a bolygójához, az ár-apály okozta melegedés könnyen túl nagynak bizonyulhat.

Szélsőséges esetben olyan mértékű felmelegedést is okozhat ez az erő, ami brutális szeizmikus és vulkanikus tevékenységet indít be a holdon, ezzel akár teljesen lakhatatlanná téve az égitestet – ahogy ez az Io-val meg is történt.

De egyéb energiaforrás híján az ár-apály hatás okozta felmelegedés az élet megmentőjének is bizonyulhat: segíthet fenntartani felszín alatti óceánokat (ahogyan sejtik, hogy a Jupiter Europa nevű holdján van is ilyen), így egy egyébként barátságtalan, a csillag lakhatósági zónáján kívüli holdat életre alkalmassá téve.

A holdnak ráadásul az ún. Hill-sugáron belül kell elhelyezkednie. A Hill-sugár a bolygó gravitációs uralmának hosszát jelzi: ezen belül csak a legszélsőségesebb csillagászati események tudják elszakítani tőle holdjait. Viszont, minél közelebb vannak anyacsillagukhoz, annál kisebb a Hill-sugár a csillag erős gravitációs hatása miatt. Viszont, ahogy láttuk, a holdnak egy bizonyos távolságra szüksége van a stabil klíma kialakításához is…

Itt jönnek a képbe az alacsonyabb tömegű vörös törpe csillagok, amelyek lakhatósági zónája nagyon kicsi: egy ilyen naprendszerben, ha a lakhatósági zónán belül vannak, a holdnak jóval közelebb kell lennie bolygójához, hogy a csillag el ne szakítsa, de így is excentrikus pályát vesz fel bolygója körül… azaz: Hellerék szerint, különösen vörös törpék körül az élhető holdak kialakulásának esélye elég alacsony.

Heller szerint:

“Van egy olyan kritikus csillag-súly, ami alatt nem létezhetnek lakható holdak a rendszerében. A Nap tömegének 20%-át kitevő csillagok esetében egy holdnak már olyan közel kell lennie a lakhatósági zónában levő bolygójához, hogy még annak gravitációs vonzásában maradjon, hogy olyan intenzív ár-apály melegedésnek lenne kitéve, hogy semmi szín alatt nem lehet lakható.”

Viszont a lakhatósági szegélyen túl is sok tényező szólhat bele egy hold milyenségébe. Például, hogy ne csak néminemű felszíni baktérium finnyáskodhasson a kavicsokon, szükség van vízre, olvadt, folyékony állapotban, közel a felszínhez, egy számottevőbb atmoszférára (amit se a bolygó nem lop el, se a csillag le nem fúj róla, ld. köv. pont), és egy erősebb mágneses mezőre, ami védi a napszéltől, a sugárzástól, és ha éppen egy gázóriás holdja, akkor még a bolygó magnetoszférájában képződő töltött részecskék bombázásától is.

Hogy ezek a minőségei meglegyenek, tömeg kell, azaz egy lakható exohold a Földéhez közeli méretű lesz valószínűleg. A Naprendszerünk egyik legnagyobb holdja, a Jupiter körül keringő Ganymedes is csak 2,5%-a a Föld tömegének – de elvi szinten semmi akadálya nincs gigantikus holdak létezésének sem.

A Kepler a Föld méretének 20%-ától fölfelé tud észlelni exoholdakat. Az adathalmaz a hold tömegét és orbitális paramétereit egyaránt tartalmazni fogja. Ezekkel és az előbb vázolt megfontolásokkal felvértezve a tudósok azt várják, hogy számos olyan exoholdat fedezhetnek fel, amelyek képesek lehetnek az élet fenntartására.

Mindazoknak, akik szerint ez így nagyon soványka, jelezzük, hogy a mi, átlagos méretű galaxisunkban van hozzávetőleg 200-400 milliárd csillag. (Számoljunk az egyszerűség kedvéért 300-zal.) Ha csak mindegyiknek 5 bolygója van, akkor az 1500 milliárd bolygó. Ha csak minden 10.-nek van mindössze egyetlen egy holdja (és tudjuk, hogy ennél jóval több hold van, már ha csak saját Naprendszerünket is nézzük), akkor az 150 milliárd darab hold, ami számmal leírva masszív 150.000.000.000. Minimál adatokkal számolva.

Szóval, a nagy számok törvénye alapján sem soványka…

Heller emellett rávilágít: technológiánk még gyerekcipőben jár, így először mindenből a legnagyobb méretűt és tömegűt találjuk meg – bolygóból gázóriásokat és szuperföldeket, holdakból pedig a Mars vagy Föld méretűeket. Így könnyen lehet, hogy pont a lakhatóságra esélyes holdakat találjuk meg majd előbb – a többi marad a végére.

A science fiction már rég elfogadta azt az egzotikus, izgalmas ötletet, hogy bolygók holdjain is lehetséges az élet: elég csak a Star Wars Yavin-4 holdjára gondolni, vagy Joan Slonczewski Shora-jára, amely egy óceánnal borított hold, de a közelmúlt legnagyobb népszerűségnek örvendő sf-sorozata, a Mass Effect leghangulatosabb részeinek egyikére: itt a turian faj anyabolygója körül keringő holdon kell a főhősnek egy háborús helyzetben részt venni.

Palaven, a turian faj anyabolygója a holdról nézve. Kép: Mass Effect 3.

space.com nyomán