Bildkredit: NASA
Vi är dömda. En dag kommer jorden att vara ett bränt cinder som kretsar runt en svullnad röd stjärna.
Detta är det ultimata ödet för varje planet som bor nära en huvudsekvensstjärna som vår sol. Huvudsekvensstjärnor körs på väte, och när detta bränsle tar slut växlar de över till helium och blir en röd jätte. Medan solens övergång till en röd jätte är sorgliga nyheter för jorden, kommer de isiga planeterna i de mest avlägsna regionerna i vårt solsystem att sola sig i solens värme för första gången.
Solen har långsamt men stadigt blivit ljusare och varmare under sin livstid. När solen blir en röd jätte på cirka 4 miljarder år kommer vår bekanta gula sol att bli en livlig röd, eftersom den främst avger den lägre frekvensenergi för infrarött och synligt rött ljus. Det kommer att växa tusentals gånger ljusare och ändå ha en svalare yttemperatur, och dess atmosfär kommer att expandera, långsamt uppslukande av Merkurius, Venus och eventuellt till och med jorden.
Medan solens atmosfär förutspås att nå jordens omloppsbana på 1 AU, tenderar röda jättar att förlora mycket massa, och denna våg med utdrivna gaser kan pressa jorden precis utanför räckvidden. Men oavsett om jorden konsumeras eller bara sjöngs, kommer allt liv på jorden att ha gått i glömska.
Ändå kan förhållandena som möjliggör livet visas någon annanstans i solsystemet, enligt en artikel publicerad i tidskriften Astrobiology av S. Alan Stern, chef för Southwest Research Institute: s avdelning för rymdstudier i Boulder, Colorado. Han säger att planeter som ligger mellan 10 och 50 AU kommer att ligga i den röda jätte solens bebodda zon. Ett solsystem är den bebodliga zonen i regionen där vatten kan förbli i flytande tillstånd.
Den bebodda zonen kommer att förändras gradvis genom 10 till 50 AU-regionen när solen blir ljusare och ljusare och utvecklas genom sin röda jättefas. Saturnus, Uranus, Neptune och Pluto ligger alla inom 10 till 50 AU, liksom deras isiga månar och Kuiper Belt Objects. Men inte alla dessa världar kommer att ha en lika chans på livet.
Utsikterna för förmåga att leva på de gasformiga planeterna Saturnus, Neptunus och Uranus kanske inte påverkas så mycket av den röda jättenomgången. Astronomer har upptäckt gasformiga planeter som kretsar mycket nära sin moderstjärna i andra solsystem, och dessa "heta Jupiters" verkar hålla fast vid deras gasformiga atmosfärer trots deras närhet till den intensiva strålningen. Livet som vi känner till kommer troligen inte att visas på gasformiga planeter.
Stern tror Neptuns måne Triton, Pluto och dess måne Charon och Kuiper Belt Objects kommer att ha de bästa chanserna för livet. Dessa kroppar är rika på organiska kemikalier, och värmen från den röda jätte solen kommer att smälta deras isiga ytor i hav.
"När solen är en röd jätte kommer isvärldarna i vårt solsystem att smälta och bli oceanoaser i tiotals till flera hundratals miljoner år," säger Stern. ”Vårt solsystem kommer då inte att innehålla en värld med ythav, som det nu gör, utan hundratals, för alla de iskalla månarna på jätteplaneterna, och de iskalla dvärgplaneterna i Kuiper Belt kommer också att bära hav då. Eftersom temperaturen på Pluto inte kommer att vara så annorlunda än Miami Beachs temperatur nu, gillar jag att kalla dessa världar "varma Plutos", i analogi med mängden heta Jupiters som har kretsat solliknande stjärnor under de senaste åren. "
Inverkan av solen är dock inte hela historien - egenskaperna hos en planetkropp går långt i riktning mot att fastställa livsmiljön. Sådana egenskaper inkluderar en planets interna aktivitet, reflektionsförmågan eller "albedo" för en planet och atmosfärens tjocklek och sammansättning. Även om en planet har alla de element som gynnar livsmiljö, kommer livet inte nödvändigtvis att dyka upp.
"Vi vet inte vad som krävs för att starta livet," säger Don Brownlee, en astronom vid University of Washington i Seattle och medförfattare till boken, "The Earth and Life of Planet Earth." Brownlee säger att om varma våta interiörer och organiska material är allt som behövs, så kan Pluto, Triton och Kuiper Belt Objects hamna liv.
"Som ett ord av försiktighet var dock interiören i asteroider som producerade koldioxidhaltiga meteoriter varma och våta i kanske miljoner år i solsystemets tidiga historia," säger Brownlee. "Dessa kroppar är extremt rika på både vatten och organiska material, och ändå finns det inga tvingande bevis på att någon asteroidal meteorit någonsin har haft levande saker i den."
En planetkropps bana kommer också att påverka dess chanser för livet. Pluto har till exempel inte en fin, regelbunden bana som jorden. Plutos omloppsbana är jämförelsevis excentrisk och varierar i avstånd från solen. Från januari 1979 till februari 1999 var Pluto närmare solen än Neptun, och om hundra år är det nästan dubbelt så långt ut som Neptun. Denna typ av omloppsbana kommer att göra att Pluto genomgår extrem värme alternerande med extrem kylning.
Tritons bana är också märklig. Triton är den enda stora månen som kretsar bakåt eller "retrograd." Triton kan ha denna ovanliga bana eftersom den bildades som ett Kuiper Belt Objekt och sedan fångades av Neptuns gravitation. Det är en instabil allians, eftersom den retrogradiga banan skapar tidvatteninteraktioner med Neptun. Forskare förutspår att Triton en dag kommer antingen att krascha i Neptun, eller bryta upp i små bitar och bilda en ring runt planeten.
"Tidsskalan för tidvattenförfallet i Tritons bana är osäker, så det kan vara runt, eller det kan ha kraschat redan när solen blir röd jätten," säger Stern. "Om Triton finns, kommer det antagligen att se ut som samma typ av organisk havvärld som Pluto."
Solen kommer att brinna som en röd jätte i cirka 250 miljoner år, men är det tillräckligt med tid för livet att få fotfäste? Under större delen av den röda jättelivstiden kommer solen att vara bara 30 gånger ljusare än dess nuvarande tillstånd. Mot slutet av den röda jättefasen kommer solen att växa mer än 1 000 gånger ljusare och ibland släppa energipulser som når 6000 gånger den nuvarande ljusstyrkan. Men denna period med intensiv ljusstyrka kommer att pågå i några miljoner år, eller högst tiotals miljoner år.
Kortfattningen av den röda jättens ljusaste faser antyder för Brownlee att Pluto inte har mycket löfte för livet. På grund av Plutos genomsnittliga omloppsbana på 40 AU måste solen vara 1 600 gånger ljusare för att Pluto ska få samma solstrålning som vi för närvarande får på jorden.
"Solen når denna ljusstyrka, men bara under en mycket kort tid - bara en miljon år eller så," säger Brownlee. ”Plutos yta och atmosfär kommer att förbättras från vår synvinkel, men det kommer inte att vara ett trevligt ställe under någon betydande tid”.
Efter den röda jättefasen blir solen svagare och krymper till jordens storlek och blir en vit dvärg. De avlägsna planeterna som gick i ljuset av den röda jätten kommer att bli frysta isvärldar återigen.
Så om livet ska visas i ett rött jättesystem, kommer det att behöva en snabb start. Livet på jorden tros ha sitt ursprung för 3,8 miljarder år sedan, cirka 800 miljoner år efter att vår planet föddes. Men det beror antagligen på att planeterna i det inre solsystemet upplevde 800 miljoner år av tung asteroidbombardement. Även om livet hade börjat omedelbart, skulle det tidiga regnet av asteroider ha torkat jorden ren från det livet.
Brownlee säger att en ny era av bombardemang skulle kunna börja för de yttre planeterna, eftersom den röda jättesolen kan störa det stora antalet kometer i Kuiper Belt.
"När den röda jättesolen är 1 000 gånger ljusare förlorar den nästan hälften av sin massa till rymden," säger Brownlee. ”Detta får kretsande kroppar att röra sig utåt. Gasförlust och andra effekter kan destabilisera Kuiper Belt och skapa ytterligare en period av intressant bombardement. ”
Men Stern säger att planeter som är bebodda av en röd jättesol inte kommer att bombarderas så ofta som den tidiga jorden var, eftersom det antika asteroidbältet hade mycket mer material än Kuiper Belt har idag.
Dessutom kommer de yttre planeterna inte att uppleva samma ultravioletta (UV) nivåer som jorden måste tåla, eftersom röda jättar har mycket låg UV-strålning. En högre intensitet UV för en huvudsekvensstjärna kan skada de känsliga proteinerna och RNA-strängarna som behövs för livets ursprung. Livet på jorden kunde bara komma från vattnet, i djup skyddade från denna ljusintensitet. Livet på jorden är därför otydligt kopplat till flytande vatten. Men vem vet vilken typ av liv kan komma från planeter som inte har behov av UV-skärmning?
Stern tycker att vi borde leta efter bevis på liv i Pluto-liknande världar som kretsar kring röda jättar idag. Vi känner för närvarande till 100 miljoner stjärnor av soltyp i Vintergalaxen som brinner som röda jättar, och Stern säger att alla dessa system kan ha bebodda planeter inom 10 till 50 AU. ”Det skulle vara ett bra test på den tid som krävs för att skapa liv i varma, vattenrika världar,” säger han.
"Idén om organiska rika avlägsna kroppar som bakas av en röd jättestjärna är en spännande idé och kan ge mycket intressant om kortlivade livsmiljöer för livet," tillägger Brownlee. "Men jag är glad att vår sol har en god tid kvar."
Vad kommer härnäst
Medan mycket av det vi vet om det yttre solsystemet är baserat på avlägsna mätningar gjorda från jordbaserade teleskop, den 2 januari 2004, fick forskarna en närbild av ett Kuiper Belt-objekt. Rymdskeppet Stardust passerade inom 136 kilometer från kometen Wild2, en enorm snöboll som tillbringade större delen av sin livstid på 4,6 miljarder år i Kuiper Belt. Wild2 kretsar nu mestadels inom Jupiters omloppsbana. Brownlee, som är principutredaren för Stardust-uppdraget, säger att Stardust-bilderna visar fantastiska ytdetaljer för en kropp som formas både av dess gamla och senaste historia. Stardustbilder visar gas- och dammstrålar som skjuter av kometen, eftersom Wild2 snabbt sönderdelas i det inre solsystemets starka solvärme.
För att lära oss mer om det yttre solsystemet, måste vi skicka ett rymdskepp där ute för att undersöka. År 2001 valde NASA upp New Horizons-uppdraget för just ett sådant syfte.
Stern, som är den huvudsakliga utredaren för uppdraget New Horizons, rapporterar att rymdskeppsmötet planeras börja i sommar. Rymdskeppet kommer att lanseras i januari 2006 och anländer till Pluto sommaren 2015.
Uppdraget New Horizons gör det möjligt för forskare att studera geologin för Pluto och Charon, kartlägga deras ytor och ta sina temperaturer. Plutos atmosfär kommer också att studeras i detalj. Dessutom besöker rymdskeppet de iskalla kropparna i Kuiper Belt för att göra liknande mätningar.
Originalkälla: Astrobiology Magazine
