בשנים האחרונות גדל משמעותית מספר כוכבי הלכת החוץ-סולאריים שהתגלו סביב סוג ה- M הסמוך (כוכבי ננס אדומים). במקרים רבים, כוכבי הלכת המאושרים הללו היו "דמויי כדור הארץ", כלומר הם יבשתיים (aka. סלעיים) ומשווים את גודלם לכדור הארץ. ממצאים אלה היו מרגשים במיוחד מכיוון שכוכבי גמדים אדומים הם הנפוצים ביותר ביקום - מהווים 85% מהכוכבים בדרך החלב בלבד.
למרבה הצער, נערכו מחקרים רבים המאוחרים המראים כי לכוכבי לכת אלה אולי אין את התנאים הדרושים לתמיכה בחיים. האחרון מגיע מאוניברסיטת הרווארד, שם החוקרים הפוסט-דוקטורט מנאסבי לינגאם ופרופ 'אברהם לוב מדגימים כי כוכבי לכת סביב כוכבים מסוג M עשויים שלא לקבל מספיק קרינה מכוכביהם כדי שתתרחש פוטוסינתזה.
במילים פשוטות, ניתן לחשוב כי החיים על כדור הארץ התפתחו לפני 3.7-4.1 מיליארד שנה (במהלך הדאון המנוח או איון הארכיאני הקדום), בתקופה בה האטמוספירה של הכוכב הייתה רעילה לחיים כיום. לפני 2.9 עד 3 מיליארד שנים, החיידקים פוטוסינתזים החלו להופיע והחלו להעשיר את האווירה בגז חמצן.
כתוצאה מכך, כדור הארץ חווה את מה שמכונה "אירוע החמצון הגדול" לפני כ -2.3 מיליארד שנה. במהלך תקופה זו, אורגניזמים פוטוסינתטיים המירו אט אט את האטמוספירה של כדור הארץ מאחת המורכבת בעיקר מפחמן דו חמצני ומתאן לאחת המורכבת מגז חנקן וחמצן (~ 78% ו- 21%, בהתאמה).
מעניין לציין כי צורות אחרות של פוטוסינתזה עלולות להופיע אפילו מוקדם יותר מפוטוסינתזה של כלורופיל. אלה כוללים פוטוסינתזה של רשתית, שעלתה בקירוב. לפני 2.5 עד 3.7 מיליארד שנה ועדיין קיים בסביבות נישה מוגבלות כיום. כפי שהשם מרמז, תהליך זה מסתמך על רשתית רשת (סוג של פיגמנט סגול) כדי לספוג אנרגיה סולרית בחלק הצהוב-ירוק של הספקטרום הנראה (400 עד 500 ננומטר).
יש גם פוטוסינתזה אנוקסוגנית (שם מעובדים פחמן דו חמצני ושתי מולקולות מים ליצירת פורמלדהיד, מים וחמצן), שלפי ההערכה היא מקדימה את פוטוסינתזה החמצן לחלוטין. כיצד ומתי הופיעו סוגים שונים של פוטוסינתזה הוא המפתח להבנה מתי החלו החיים על כדור הארץ. כפי שהסביר הפרופסור לוב למגזין החלל באמצעות המייל:
"פוטוסינתזה" פירושה "להרכיב" (סינתזה) לאור (תמונה). זהו תהליך שמשמש צמחים, אצות או חיידקים כדי להמיר אור שמש לאנרגיה כימית שמדלקת את פעילותם. האנרגיה הכימית מאוחסנת במולקולות מבוססות פחמן, המסונתזות מפחמן דו חמצני ומים. תהליך זה משחרר לעתים קרובות חמצן כתוצר לוואי, ההכרחי לקיומנו. בסך הכל, פוטוסינתזה מספקת את כל התרכובות האורגניות ואת מרבית האנרגיה הדרושה לחיים כפי שאנו מכירים אותה על פני כדור הארץ. הפוטוסינתזה התעוררה יחסית מוקדם בהיסטוריה האבולוציונית של כדור הארץ. "
מחקרים כמו אלה, הבוחנים את התפקיד שמילאה הפוטוסינתזה, אינם חשובים רק מכיוון שהם עוזרים לנו להבין כיצד החיים התהוו על פני כדור הארץ. בנוסף, הם יכולים גם לסייע בהבנת הבנתנו האם חיים יכולים להתעורר בכוכבי לכת חוץ-סולאריים ובאילו תנאים זה יכול להתקיים.
המחקר שלהם, שכותרתו "פוטוסינתזה על כוכבי לכת ראויים למגורים סביב כוכבים בעלי מסה נמוכה", הופיע לאחרונה ברשת והוגש ל הודעות חודשיות של החברה המלכותית לאסטרונומיה. לצורך המחקר שלהם, לינגאם ולוב ביקשו להגביל את שטף הפוטונים של כוכבים מסוג M כדי לקבוע אם פוטוסינתזה אפשרית בכוכבי לכת יבשתיים המסתובבים בין כוכבי ננס אדומים. כמו שאמר לוב:
"במחקר שערכנו בדקנו האם פוטוסינתזה יכולה להתרחש על כוכבי לכת באזור המגורים סביב כוכבים בעלי מסה נמוכה. אזור זה מוגדר כטווח המרחקים מהכוכב בו טמפרטורת פני השטח של כדור הארץ מאפשרת קיום של מים נוזליים וכימיה של החיים כפי שאנו מכירים אותם. עבור כוכבי לכת באזור זה, חישבנו את שטף האולטרה סגול (UV) המאיר את פני השטח שלהם כפונקציה של המסה של הכוכב המארח שלהם. כוכבים בעלי מסה נמוכה הם קרירים יותר ומייצרים פחות פוטונים UV לכל כמות קרינה. "
בהתאם לממצאים האחרונים בהם היו מעורבים כוכבי ננס אדומים, המחקר שלהם התמקד ב"אנלוגים של כדור הארץ ", כוכבי לכת שיש להם אותם פרמטרים פיזיים בסיסיים כמו כדור הארץ - כלומר רדיוס, מסה, קומפוזיציה, טמפרטורה יעילה, אלבדו וכו '. מאז הגבולות התיאורטיים של פוטוסינתזה סביב כוכבים אחרים אינם מובנים היטב, הם גם עבדו עם אותם גבולות כמו אלה על כדור הארץ - בין 400 ל 750 ננומטר.
מכאן, חישבו לינגאם ולוב שכוכבים מסוג M בעלי מסה נמוכה לא יוכלו לחרוג משטף ה- UV המינימלי הנדרש כדי להבטיח ביוספרה דומה לזו של כדור הארץ. כפי שהמחיש לוב:
"זה מרמז על כך שכוכבי הלכת המיושבים שהתגלו במהלך השנים האחרונות סביב כוכבי הגמד הסמוכים, פרוקסימה סנטאורי (הכוכב הקרוב ביותר לשמש, במרחק 4 שנות אור, 0.12 מסות שמש, עם כוכב לכת אחד, פרוקסימה ב) ו- TRAPPIST-1 ( במרחק 40 שנות אור, 0.09 מסות שמש, עם שלושה כוכבי לכת ראויים למגורים TRAPPIST-1e, f, g), ככל הנראה אין ביוספרה דמויי כדור הארץ. באופן כללי יותר, סביר להניח שמחקרים ספקטרוסקופיים על הרכב אטמוספרות כוכבי הלכת המעבירים את הכוכבים שלהם (כמו TRAPPIST-1) לא ימצאו סמנים ביולוגיים, כמו חמצן או אוזון, ברמות ניתנות לגילוי. אם יימצא חמצן, מקורו עשוי להיות לא ביולוגי. "
באופן טבעי יש גבולות לניתוח מסוג זה. כפי שצוין בעבר, לינגאם ולוב מצביעים על כך שהמגבלות התיאורטיות של הפוטוסינתזה סביב כוכבים אחרים אינם ידועים. עד שנלמד יותר על תנאים פלנטריים וסביבת הקרינה סביב כוכבים מסוג M, המדענים ייאלצו להשתמש במדדים המבוססים על כוכב הלכת שלנו.
שנית, יש גם את העובדה שכוכבים מסוג M משתנים ולא יציבים בהשוואה לשמש שלנו וחווים התלקחויות תקופתיות. בציון מחקרים אחרים, לינגאם ולוב מצביעים על כך שעלולות להיות לכך השפעות חיוביות ושליליות על הביוספרה של כדור הארץ. בקיצור, התלקחויות כוכבים יכולות לספק קרינת UV נוספת שתסייע בהפעלת כימיה פרביוטית, אך יכולה גם להזיק לאווירה של כוכב לכת.
אף על פי כן, על ידי חסימת מחקרים אינטנסיביים יותר של כוכבי לכת חוץ-קוטביים שמקיפים את הכוכבים הגמדים האדומים, המדען נאלץ להסתמך על הערכות תיאורטיות לגבי מידת הסבירות של החיים בכוכבי הלכת הללו. באשר לממצאים שהוצגו במחקר זה, הם מהווים אינדיקציה נוספת לכך שמערכות הכוכבים הגמדיות האדומות אולי אינן המקום הסביר ביותר למצוא עולמות ראויים למגורים.
אם נכון, לממצאים אלה יכולות להיות השלכות דרסטיות גם בחיפוש אחר מודיעין חוץ-ארצי (SETI). "מכיוון שהחמצן המיוצר על ידי פוטוסינתזה הוא תנאי מוקדם לחיים מורכבים כמו בני אדם בכדור הארץ, הוא יידרש גם למודיעין הטכנולוגי להתפתח", אמר לוב. "בתורו, הופעתו של האחרון פותחת אפשרות למצוא חיים באמצעות חתימות טכנולוגיות כמו אותות רדיו או חפצי ענק."
נכון לעכשיו, חיפוש אחר כוכבי לכת וחיים הם ממשיכים להתעדכן על ידי מודלים תיאורטיים שאומרים לנו למה להיות בתצפית. יחד עם זאת, מודלים אלה ממשיכים להיות מבוססים על "חיים כפי שאנו מכירים אותם" - כלומר באמצעות אנלוגים אנלוגיים ומינים יבשתיים כדוגמאות. למרבה המזל, אסטרונומים מצפים ללמוד הרבה יותר בשנים הקרובות בזכות פיתוח מכשירי הדור הבא.
ככל שנלמד יותר על מערכות exoplanet, סביר להניח שנקבע אם הן ראויות למגורים. אבל בסופו של דבר, לא נדע מה עוד צריך לחפש עד שנמצא אותו בפועל. כזה הוא הפרדוקס הגדול כשמדובר בחיפוש אחר מודיעין חוץ-ארצי, שלא לדבר על אותו פרדוקס גדול אחר (חפש אותו!).
