Onko Proxima b elävä planeetta?
Tähtiensä editse kulkevat planeetat ovat toistaiseksi tarjonneet parhaan mahdollisuuden tutkia eksoplaneettojen fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia ja selvittää onko niiden olosuhteissa mahdollisuuksia elämän esiintymiselle. On voitu saada selville mitä molekyyleja planeettojen kaasukehissä esiintyy ja saatu viiitteitä pilvistä ja udusta planeettojen kaasukehien yläosissa. Nykyisistä instrumenteista tehokkaimalla, James Webb -avaruusteleskoopilla, on jopa onnistuttu havaitsemaan merkkejä kuuman, kivisen laavaplaneetan kaasukehästä. Vaikka elinkelpoisen vyöhykkeen pienten kiviplaneettojen kaasukehien tutkimus ei olekaan vielä päässyt vauhtiin, koska niiden ominaisuudet ovat toistaiseksi juuri ja juuri havaintojen tavoittamattomissa, JWST tarjoaa mahdollisuudet siihenkin, kunhan havaintomateriaalia kertyy tarpeeksi.
Yksi sopivista kohteista on TRAPPIST-1 järjestelmä, jonka pienten kiviplaneettojen ylikulkuja tutkitaan aktiivisesti koko ajan pyrkimyksenä tehdä havaintoja niiden kaasukehistä. Toistaiseksi TRAPPIST-1 järjestelmän planeettojen kaasukehät ovat tosin pysyneet havaintojen ulottumattomissa, koska järjestelmän helpoimmin tutkittavilla, sisimmillä planeetoilla on korkeintaan vain hyvin ohuet kaasukehät. Tähtitieteilijät ovat kuitenkin optimistisia, ja jatkavat yrityksiä saada havaintoja erityisesti järjestelmän elinkelpoisen vyöhykkeen planeettojen kaasukehistä, jotta voitaisiin tutkia niiden elinkelpoisuutta. Ei silti ole mitään takeita, että se onnistuu, koska on mahdollista, että koko planeettaseitsikolta puuttuvat niin tarpeeksi paksut kaasukehät kuin elinkelpoiset olosuhteetkin. Siksi tarvitaan toisia, tehokkaampia lähestymistapoja ja parempia kohteita.
Yksi parhaista kohteista voisi olla meitä lähinnä sijaitseva elinkelpoisen vyöhykkeen todennäköisesti kivinen eksoplaneetta Proxima b. Ongelmana on, että sen ylikulkuja ei voida havaita Maasta katsoen, joten on koetettava toista havaintomenetelmää. Eräs mainio menetelmä on planeetan pinnasta heijastuneen valon suora havaitseminen, minkä pitäisi olla pian mahdollista rakenteilla olevan Euroopan erittäin suuren teleskoopin (ELT) avulla.
Aurinkoa lähintä tähteä kiertävä Proxima b on luonnollisesti ensisijainen kohde suoralle kuvaamiselle, kunhan siihen kykeneviä havaintolaitteistoja vain saadaan käyttöön. Lopultakin, tiedämme kuitenkin planeetasta ennakkoon vain hyvin vähän. Tunnemme sen kiertoradan, osaamme arvioida sen pinnalle osuvan tähden säteilyn määrää ja laatua, olemme saaneet selville planeetan massan olevan vähintää samansuuruinen kuin Maalla mutta tuskin kymmenkertaista suurempi, ja tiedämme lisäksi planeetan olevan suurella todennäköisyydellä vuorovesilukkiutunut siten, että se näyttää tähdelleen aina saman puoliskonsa. Vaikka planeetan ja planeettakunnan ominaisuuksista on kirjoitettu jo satoja tutkimuksia, ne perustuvat ainakin osittain spekulaatioon siitä, minkälainen Proxima b saattaisi olla kyseessä. Emme tiedä minkälainen kaasukehä Proxima b:n pintaa peittää, tai edes sitä onko sillä kaasukehää lainkaan. Sen peittona saattaa olla paksu vedyn ja heliumin kaasuvaippa, jos planeetta on massaltaan lähellä arvioiden ylärajaa ja siten kymmenisen kertaa Maata massiivisempi. Tai sitten kyse on kaikin puolin maankaltaisesta eksoplaneetasta, jonka pinnalla virtaa nestemäinen vesi hiilidioksidipitoisen kaasukehän suojissa. Vain havainnot voivat kertoa mikä on totuus, ja ensimmäisenä askeleena on selvittää onko kaasukehää ylipäätään olemassa.
Chileen rakenteilla oleva ELT (Kuva 1.) mahdollistaa Proxima b:n tutkimisen havainnoimalla planeetan heijastamaa tähden valoa. Jos teleskooppi saadaan toimimaan lähellekään kaavaillulla tavalla, sen teho ja erotyskyky riittävät planeetan ominaisuuksien selvittämiseen mittaamalla heijastuvan valon aallonpituusjakautumaa, eli spektriä. Mutta ei tarvitse tyytyä arvalemaan mitä tuloksia havainnoista voitaisiin saada. Voimme koettaa asettaa maankaltaisen planeetan Proxima b:n tilalle, muokata sen ominaisuuksia tietokonesimulaatiossa monella erilaisella tavalla, ja laskea sitten mitä tulevat havainnot saattaisivat kertoa sen ominaisuuksista ja luonteesta. Tuoreen tutkimuksen mukaan, tietoa saataisiin runsain mitoin riippumatta siitä, minkälainen planeettta lopultakaan on kyseessä.
Proxima b:n paksu, minineptunukselle ominainen vedystä ja heliumista koostuva kaasukehä olisi helppoa havaita tai sulkea pois vain tunnin havainnoilla. Se onkin ensimmäinen tiedonmurunen, jonka ELT:n havaintokapasiteetti tuo mukanaan. Edes ELT:n havainnoista ei silti kyetä helposti tuottamaan arvioita planeettojen koosta, jos niiden ylikulkuja ei voida havaita. Syynä on se perusasia, että vaikka suurempi planeetta näkyykin havainnoissa kirkkaampana sen heijastaessa enemmän tähden valoa, kyse voi yhtä hyvin olla vain koostumuksesta, joka saa planeetan pinnan heijastamaan valoa tehokkaammin. Koon ja heijastavuuden eli albedon vaikutusta on siksi hankalaa erottaa toisistaan. Proxima b:n tapauksessa suorista havainnoista saataisiin kuitenkin selville planeetan radan kallistuskulma eli inklinaatio ja siten sen tarkka massa, eikä enää tarvitsisi turvautua arvioon minimimassasta, joka saadaan radiaalinopeushavainnoista. Massan avulla voitaisiin puolestaan arvioida kokoa riippuen siitä, onko kyseessä kiviplaneetta vai minineptunus, mikä tuottaisi verrattaen luotettavia arvioita planeetan fyysisestä koostakin.
Koon määritys olisi kuitenkin vasta alkua. Spektroskooppinen varmistus planeetan luonteelle kiviplaneettana tai minineptunuksena voitaisiin saada yhdessä havaintoyössä, jo tunnin valotusajalla. Jos spektrissä näkyisi selviä merkkejä vedestä tai hiilidioksidista, taikka pelkistävistä kaasuista kuten hiilimonoksidista, metaanista tai ammoniakista, jotka voivat esiintyä verrattaen helposti havaittavissa pitoisuuksissa vain minineptunusten massiivisemmissa kaasukehissä, planeetan luonne kävisi selväksi. Maankaltaisilta kiviplaneetoilta niiden merkkejä ei saataisi selville alkuunkaan yhtä nopeasti.
Jos Proxima b osoittautuu kiviplaneetaksi, sen spektroskooppinen tutkimus voi paljastaa lukuisia asioita. Kasvihuoneilmiötä voimistavat kaasut kuten vesi, hiilidioksidi ja metaani ovat suurina pitoisuuksina havaittavissa niinikään karkeasti ensimmäisen havaintoyön aikana. Vaikka kaasukehän vesihöyry ei takaakaan veden virtaavan pinnan olosuhteissa kuten Maapallolla, se kertoisi sittenkin veden olemassaolosta planeetan olosuhteissa, mikä ainakin mahdollistaisi planeetan elinkelpoisen luonteen. Vesihöyry ei kuitenkaan sinällään takaa mitään, koska planeetan kaasukehän ollessa liian paksu, voimakas kasvihuoneilmiö voi tehdä sen pinnasta aivan liian kuuman maankaltaiselle elämälle ja hävittää planeetan elinkelpoisen luonteen.
Hiilidioksidin havainto kertoisi myös planeetan luonteesta. Sen olemassaolo voi viitata aktiivisiin geologisiin prosesseihin ja hiilen kiertoon, vaikka ensin onkin kyettävä sulkemaan pois planeetan luonne minineptunuksena. Hiilidioksidi ja metaani yhdessä tarjoavatkin sitten jo tilaisuuden arvioida toden teolla planeetan elinkelpoisuutta. Niiden olemassaolo kiviplaneetan kaasukehässä samanaikaisesti mahdollistaa kaasujen välisen pitoisuussuhteen tutkimisen. Jos metaania on liiaksi, huomioiden sen verrattaen nopea hajoaminen kaasukehässä, ei sen pitoisuuden selitykseksi enää riitä pelkkä geologinen aktiivisuus, vaan saatetaan tarvita jotakin erityisempää. Jotakin sellaista, kuin elävät metanogeeniset bakteerit tai oikeammin niiden konvergentin evoluution tuottama vastine toisella elävällä planeetalla.
Lisää vaihtoehtoja elinkelpoisuuden tutkimiselle avautuu, jos vapaan hapen havaitseminen onnistuu. Proxima b:n tapauksessa siihenkin riittää karkeasti yksi havaintoyö, mutta tarkemmat yksityiskohdat riippuvat havaintoinstrumenttien lopullisesta herkkyydestä sekä siitä, mitkä aallonpituuskaistat ovat tarkkailtavissa samanaikaisesti. Vaikka kaasukehän happikaan ei yksinään riitä merkiksi elämästä, on hapen ja metaanin esiintyminen yhdessä merkki selvästä kemiallisesta epätasapainosta, jonka ainoa tunnettu aiheuttaja on yhteyttävien elävien organismien esiintyminen. Siten jo hapen, hiilidioksidin, metaanin ja veden merkkien etsintä yhdessä paljastaa runsaasti tietoa planeetan ominaisuuksista, ja potentiaalisesta elinkelpoisuudesta. Ne voivat myös esiintyä pitoisuuksina tai yhdistelminä, joiden tulkintana on elävien organismien esiintyminen planeetan pinnalla. Mikään ei kuitenkaan takaa, että elämää todella esiintyy Proxima b:n olosuhteissa.
ELT on niin tehokas teleskooppi, että sen avulla heijastuvan valon havainnointi on mahdollista muistakin lähitähtien elinkelpoisen vyöhykkeen kivisistä eksoplaneetoista. Jos niiden ylikulkuja ei kuitenkaan tapahdu, kuten on asian laita valtaosassa kohteista, ei elämän merkkejä välttämättä voida saada selville muista planeettakunnista edes ELT:n avulla. Proxima Centauri b jää silloin ainoaksi kohteeksi, jonka kaasukehästä, jos sitä on, biomarkkereiden havaitseminen voisi olla mahdollista. Jo sekin kuitenkin tarjoaisi valtavan mielenkiintoisen ikkunan lähijärjestelmien planeettojen ominaisuuksiin ja olosuhteisiin.
Ehkäpä Proxima b ei ole elävä planeetta. Silloinkin sen ominaisuuksien ymmärtäminen on avainasemassa koettaessamme selvittää yleisemmällä tasolla voivatko punaisten kääpiötähtien planeetat olla elinkelpoisia. Jos voivat, niin elämäkin saattaa olla universumissamme yleisempää kuin olemme edes osanneet kuvitella. Silloin eläviä maailmoja voisi olla kirjaimellisesti kosmisen lähinaapurustomme, galaksimme ja koko maailmankaikkeuden joka kolkassa. Niitä saattaisi olla ehkäpä jopa enemmän kuin tähtiä, joita on karkeasti noin satatuhatta miljardia miljardia jo pelkässä näkyvässä osassa maailmankaikkeutta.
Ja toisaalta, jos käykin ilmi, että Proxima b on elävä planeetta, olemme aivan valtaisan, maailmankuvaamme perusteellisesti järisyttävän tieteellisen löydön kynnyksellä. Ehkäpä jo vuonna 2029, ELT:n valmistuessa, saamme selville, ettemme olekaan yksin.