Dok planete u orbiti blizanačkih zvijezda predstavljaju spoj znanstvene fantastike, drugi je to što ljudi žive na planetama u orbiti oko zvijezda crvenog diva. Većina je priče o Planet majmuna odvija se na planeti oko Betelgeusea. Planeti oko Arktura u Isaaku Asimovu Temelj serija čine kapital njegovog Sirius Sektora. Za Supermanovu rodnu planetu rečeno je da dominira izmišljeni crveni div, Rao. Trke na ovim planetima često su prikazane kao stare i mudre od kada stare zvijezde, a pred kraj su njihovi životi. No, je li zaista uvjerljivo imati takve planete?
Zvijezde ne traju vječno. Naš vlastiti Sun ima rok trajanja za oko 5 milijardi godina. U to će vrijeme nestati količina vodikova goriva u jezgri Sunca. Trenutno, fuzija tog vodika u helij stvara pritisak koji omogućuje da se zvijezda zbog gravitacije ne urušava u sebi. No, kad ga nestane, tog mehanizma podrške neće više i Sunce će se početi smanjivati. Ovo smanjivanje uzrokuje da se zvijezda ponovno zagrijava, povećavajući temperaturu dok ljuska vodika oko sada već iscrpljene jezgre ne postane dovoljno vruća da preuzme posao jezgre i počne topiti vodik u helij. Ovaj novi izvor energije istiskuje vanjske slojeve zvijezde, uzrokujući da se nabube tisućama puta većom veličinom. U međuvremenu, toplija temperatura za paljenje ovog oblika fuzije značit će da će zvijezda odavati 1000 do 10.000 puta više svjetla, ali s obzirom da se ta energija raširila na tako velikom površinom, zvijezda će se pojaviti crvena Ime.
Dakle, ovo je crveni div: umireća zvijezda koja je natečena i vrlo svijetla.
Sada da pogledamo drugu polovicu jednadžbe, naime, što određuje životnu sposobnost planeta? Budući da ove znanstveno-fantastične priče ljudi neminovno hodaju po površini, postoje neki prilično strogi kriteriji kojih će se oni morati pridržavati.
Kao prvo, temperatura ne smije biti vruća i ne hladna. Drugim riječima, planeta se mora nalaziti u zoni naseljenosti koja je poznata i kao "zona zlatića". Obično je to prilično dobar sloj nebeskih nekretnina. U našem se sunčevom sustavu prostire od otprilike orbite Venere do orbite Marsa. Ali ono što čini Mars i Veneru negostoljubivim i Zemlju relativno ugodnim je naša atmosfera. Za razliku od Marsa, dovoljno je gust da zadržava velik dio topline koju primamo od sunca, ali ne i previše poput Venere.
Atmosfera je presudna i na druge načine. Očito je ono što neustrašivi istraživači dišu. Ako ima previše CO2, Ne samo da ćete zadržati previše topline, već ćete i teško disati. Također, CO2 ne blokira UV svjetlo od Sunca i stopa raka povećava se. Dakle, potrebna nam je atmosfera bogata kisikom, ali ne previše bogata kisikom ili neće biti dovoljno stakleničkih plinova da bismo održali toplinu planete.
Ovdje je problem što atmosfere bogate kisikom jednostavno ne postoje bez ikakve pomoći. Kisik je zapravo vrlo reaktivan. Voli oblikovati obveznice, čineći nedostupnim da bude slobodna u atmosferi kakvu želimo. Tvori stvari poput H2O, CO2, oksidi, itd. ... Zato Mars i Venera gotovo da nemaju slobodnog kisika u svojoj atmosferi. Ono malo što rade dolazi od UV svjetlosti koja udara u atmosferu i uzrokuje disociranje spojenih oblika, privremeno oslobađajući kisik.
Zemlja ima samo toliko slobodnog kisika koliko i zbog fotosinteze. To nam daje još jedan kriterij koji će nam trebati da bismo odredili pogodnost: sposobnost stvaranja fotosinteze.
Pa započnimo s tim sve zajedno.
Prvo, evolucija zvijezde dok napušta glavni slijed, nabrekne dok ona postaje crveni div, a svjetlije i toplije značit će da će se "zona Goldilocks" progutati prema van. Planeti koji su ranije bili naseljeni poput Zemlje bit će prženi ako ih Sunce ne proguta u potpunosti dok raste. Umjesto toga, naseljena zona bit će dalje, više tamo gdje je sada Jupiter.
Međutim, čak i ako se planet nalazi u toj novoj nastanjenoj zoni, to ne znači da je useljiv pod uvjetom da ima i atmosferu bogatu kisikom. Za to moramo atmosferu pretvoriti iz one izgladnjele kisikom u kisik bogatu kisikom fotosintezom.
Pa se postavlja pitanje koliko brzo se to može dogoditi? Suviše sporo i naseljiva zona možda je već zavladala ili je zvijezda možda ponestala vodika u školjci i ponovo se počela skupljati samo da bi zapalio fuziju helija u jezgri i ponovo zamrzavao planetu.
Jedini primjer koji imamo do sada je naš vlastiti planet. Prve tri milijarde godina života bilo je malo slobodnog kisika sve dok nisu nastali fotosintetski organizmi i počeli ga pretvarati u razine blizu današnjeg. Međutim, taj je proces trajao nekoliko stotina milijuna godina. Iako bi se to moglo povećati za red veličine do nekoliko desetaka milijuna godina s genetički modificiranim bakterijama zasađenim na planeti, još uvijek trebamo biti sigurni da će se vremenski okviri uspjeti.
Ispada da će vremenske cjeline biti različite za različite mase zvijezda. Ogromnije zvijezde brže sagorijevaju gorivo i tako će biti kraće. Za zvijezde poput Sunca, faza crvenog diva može trajati oko 1,5 milijardi godina, tako da je ~ 100x duže nego što je potrebno za stvaranje atmosfere bogate kisikom. Za zvijezde dvostruko veće od Sunca, vremenski raspon pada na samo 40 milijuna godina, približavajući se donjoj granici onoga što će nam trebati. Masivne zvijezde će se razvijati još brže. Da bi ovo bilo uvjerljivo, trebat će nam zvijezde niže mase koje se razvijaju sporije. Gruba gornja granica ovdje bi bila zvijezda dvije solarne mase.
Međutim, moramo se brinuti još jedan učinak: možemo li dobiti dovoljno CO2 u atmosferi čak i da ima fotosintezu? Iako nije ni približno tako reaktivan kao kisik, ugljični dioksid također je podložan uklanjanju iz atmosfere. To je zbog učinaka poput silikatnih vremenskih prilika kao što su CO2 + CaSiO3 -> CaCO3 + SiO2, Iako su ti učinci spori, oni se razvijaju s geološkim vremenskim okvirima. To znači da ne možemo imati stare planete jer bi imali svoj besplatni CO2 zaključana na površini. Taj je balans istražen u radu objavljenom 2009. i utvrđeno je da je za planetu Zemlju mase slobodan CO2 bio bi iscrpljen mnogo prije nego što bi matična zvijezda uopće dosegla fazu crvenog diva!
Dakle, od nas se traži da imamo zvijezde niske mase koje se polako razvijaju kako bismo imali dovoljno vremena za razvijanje prave atmosfere, ali ako se oni razvijaju polako, tada nema dovoljno CO2 lijevo da ionako dobijete atmosferu! Zakačeni smo s pravom Catch-om 22. Jedini način da to učinimo ponovo je pronaći način uvođenja dovoljnih količina nove CO2 u atmosferu baš kad se stambeno područje počne progurati.
Srećom, postoje prilično velika spremišta CO2 samo leti naokolo! Kometi su sastavljeni uglavnom od smrznutog ugljičnog monoksida i ugljičnog dioksida. Srušivanjem nekoliko njih na planetu uvelo bi se dovoljno CO2 kako bi se započela fotosinteza (nakon što se prašina slegne). Učinite to nekoliko stotina tisuća godina prije nego što bi planet ušao u obitavajuću zonu, pričekajte deset milijuna godina i tada bi planet mogao biti useljiv za dodatnih dodatnih milijardu godina.
U konačnici bi ovaj scenarij bio uvjerljiv, ali ne baš dobra osobna investicija, jer ćete biti mrtvi mnogo prije nego što budete mogli iskoristiti prednosti. Možda dugoročna strategija za opstanak svemirskih vrsta, ali ne i brzo popraviti uništavanje kolonija i staništa.
