Хоча планети, що обертаються навколо зірок-близнюків, є основою наукової фантастики, інша людина живе на планетах на орбітах червоних зірок-гігантів. Більшість оповідань о Планета мавп відбувається на планеті навколо Бетельгейзи. Планети навколо Арктура в Ісаака Асімова Фундація серія становить столицю його сектору Сіріус. Казали, що на батьківщині планети Супермена вийшов на орбіту вигаданого червоного гіганта Рао. Гонки на цих планетах часто зображуються як старі та мудрі, оскільки їх зірки старіють і наближаються до кінця свого життя. Але чи справді правдоподібно мати такі планети?
Зірки не тривають вічно. Наше власне Сонце має термін придатності приблизно через 5 мільярдів років. Тоді кількість водневого палива в ядрі Сонця вже вичерпається. В даний час синтез водню в гелій спричиняє тиск, який утримує зірку від руйнування над собою через гравітацію. Але, коли його закінчиться, цього механізму підтримки не буде, і Сонце почне скорочуватися. Це зменшення призводить до того, що зірка знову нагрівається, збільшуючи температуру, поки оболонка водню навколо виснаженого тепер ядра не стане досить гарячою, щоб прийняти роботу ядра і не почне зливати водень до гелію. Це нове джерело енергії виштовхує зовнішні шари зірки назад, внаслідок чого вона набухає в тисячі разів від свого попереднього розміру. Тим часом, гаряча температура для запалення цієї форми плавлення означатиме, що зірка виділятиме в цілому від 1000 до 10000 разів більше світла, але оскільки ця енергія поширюється на таку велику площу поверхні, зірка буде червоною, отже назва.
Отже, це червоний гігант: вмираюча зірка, яка набрякла і дуже яскрава.
Тепер поглянемо на другу половину рівняння, а саме, що визначає заселеність планети? Оскільки в цих науково-фантастичних історіях люди неминуче гуляють по поверхні, є деякі досить суворі критерії, яких доведеться дотримуватися.
По-перше, температура повинна бути не гарячою і не холодною. Іншими словами, планета повинна перебувати в зоні проживання, також відомій як «зона золотокрилих». Це, як правило, досить хороший розмір небесної нерухомості. У нашій власній Сонячній системі вона простягається приблизно від орбіти Венери до орбіти Марса. Але те, що робить Марс і Венеру негостинною і Землю відносно затишною, - це наша атмосфера. На відміну від Марса, він досить товстий, щоб зберігати велику частину тепла, яке ми отримуємо від сонця, але не надто багато його, як Венера.
Атмосфера має вирішальне значення і в інших напрямках. Очевидно, це те, чим дихають нестримні дослідники. Якщо СО занадто багато2, це не тільки буде захоплювати занадто багато тепла, але ускладнить дихання. Також CO2 не блокує ультрафіолетове світло від Сонця, а рівень раку збільшуватиметься. Тож нам потрібна атмосфера, багата на кисень, але не надто багата киснем або не буде достатньо парникових газів, щоб зберегти планету тепло.
Проблема тут полягає в тому, що атмосфери, багаті киснем, просто не існують без допомоги. Кисень насправді дуже реакційноздатний. Він любить формувати облігації, що робить його недоступним, щоб бути вільним в атмосфері, як ми хочемо. Він утворює такі речі, як Н2О, СО2, оксиди тощо ... Ось чому Марс і Венера практично не мають вільного кисню в своїй атмосфері. Те, що вони роблять, походить від ультрафіолетового світла, що вражає атмосферу і спричиняє дисоціацію зв'язаних форм, тимчасово звільняючи кисень.
Земля має лише стільки вільного кисню, скільки і через фотосинтезу. Це дає нам ще один критерій, який нам знадобиться для визначення придатності: здатність виробляти фотосинтез.
Тож давайте почнемо все це робити разом.
По-перше, еволюція зірки, коли вона залишає основну послідовність, набухає, коли вона стає червоним гігантом, і стає яскравішим і гарячішим, означатиме, що «зона Золотинок» буде витікати назовні. Планети, які раніше були мешканцями, як Земля, будуть обсмажені, якщо вони не будуть ковтати повністю Сонце під час зростання. Натомість житлова зона буде далі, більше там, де зараз Юпітер.
Однак, навіть якщо б планета перебувала в цій новій житловій зоні, це не означає її мешкання за умови, що вона також має атмосферу, багату киснем. Для цього нам потрібно перетворити атмосферу з голодної кисню в кисню, збагачену киснем, за допомогою фотосинтезу.
Тож питання полягає в тому, як швидко це може статися? Занадто повільна і заселена зона, можливо, вже прокотилася або зірка, можливо, у оболонці закінчилася водню і знову почала стискатися лише для того, щоб запалити синтез гелію в ядрі, вкотре заморозивши планету.
Єдиний приклад, який ми маємо поки що, - це наша власна планета. Протягом перших трьох мільярдів років життя було мало вільного кисню, поки не виникли фотосинтетичні організми і почали перетворювати його на рівні, близькі до сучасного. Однак цей процес зайняв кілька сотень мільйонів років. Хоча це, мабуть, може бути збільшено на порядок до десятків мільйонів років за допомогою генетично інженерії бактерій, висіяних на планеті, нам все ж потрібно переконатися, що часові шкали спрацюють.
Виявляється, часові шкали будуть різними для різних мас зірок. Більш масивні зірки згоряють через паливо швидше і, таким чином, будуть коротшими. Для таких зірок, як Сонце, фаза червоного гіганта може тривати приблизно 1,5 мільярда років, тому на 100 разів довше, ніж потрібно для розвитку атмосфери, багатої киснем. Для зірок, вдвічі більших, ніж Сонце, цей часовий масштаб падає до всього 40 мільйонів років, наближаючись до нижньої межі того, що нам потрібно. Більш масивні зірки будуть розвиватися ще швидше. Щоб це було правдоподібно, нам знадобляться зірки нижчої маси, які розвиваються повільніше. Приблизною верхньою межею тут буде дві зірки сонячної маси.
Однак є ще один ефект, про який ми повинні турбуватися: чи може ми мати достатню кількість СО2 в атмосфері навіть мати фотосинтез? Незважаючи на те, що він майже не реагує на кисень, вуглекислий газ також підлягає виведенню з атмосфери. Це пов’язано з такими ефектами, як силікатні вивітрювання, такі як СО2 + CaSiO3 -> CaCO3 + SiO2. Хоча ці ефекти повільні, вони накопичуються геологічними часовими шкалами. Це означає, що ми не можемо мати старих планет, оскільки вони мали б усі свої вільні СО2 замикається на поверхні. Цей баланс був досліджений у статті, опублікованій у 2009 році, і визначив, що для планети Земної маси - вільний СО2 був би виснажений задовго до того, як материнська зірка навіть досягла фази червоного гіганта!
Отже, нам потрібно мати зірок низької маси, які розвиваються повільно, щоб мати достатньо часу для створення правильної атмосфери, але якщо вони розвиваються це повільно, то недостатньо СО2 залишилося, щоб отримати атмосферу все одно! Ми досягли справжнього лову 22. Єдиний спосіб зробити це знову можливим - це знайти спосіб ввести достатню кількість нового CO2 в атмосферу саме тоді, коли мешкає зона проживання.
На щастя, є кілька досить великих сховищ CO2 просто летить навколо! Комети складаються здебільшого з замороженого чадного газу та вуглекислого газу. Збиття декількох з них на планеті призведе до достатньої кількості СО2 щоб потенційно почати фотосинтез (як тільки пил осяде). Зробіть це за кілька сотень тисяч років до того, як планета увійде в житлову зону, зачекайте десять мільйонів років, і тоді планета може потенційно бути заселеною ще більше мільярдів років.
Зрештою, цей сценарій був би правдоподібним, але не дуже хорошим особистим капіталовкладенням, оскільки ви будете мертві задовго до того, як зможете отримати переваги. Довгострокова стратегія виживання космічних видів, можливо, але не швидка фіксація скидання колоній та форпостів.
