Míg az ikercsillagokat keringő bolygók a tudományos fantasztikus darabjai, addig egy másik az, hogy az emberek vörös óriáscsillagok körül keringő bolygókon élnek. A történet nagy része A majmok bolygója a Betelgeuse körüli bolygón zajlik. Bolygók az Arcturus körül Isaac Asimovban Alapítvány sorozatok alkotják Sirius szektorának fővárosát. A Superman otthoni bolygójáról azt állították, hogy egy kitalált vörös óriás, Rao körüli körüli pályára túllicikál. Ezen a bolygón a fajokat gyakran ábrázolják öregnek és bölcsnek, mivel csillaguk életkora meghaladták életüket. De valóban hihető-e ilyen bolygók?
A csillagok nem maradnak örökké. Saját Napunk lejárati ideje körülbelül 5 milliárd év. Abban az időben a hidrogén üzemanyag mennyisége a Nap magjában elfogy. Jelenleg ennek a hidrogénnek a héliumba történő olvadása nyomást idéz elő, amely megakadályozza, hogy a csillag a gravitáció miatt önmagában összeomoljon. De amikor elfogy, ez a támogató mechanizmus megszűnik, és a Nap elkezdi zsugorodni. Ez a zsugorodás okozza a csillag újbóli felmelegedését, növelve a hőmérsékletet, amíg a már kimerült mag körüli hidrogénhéj elég felforrósodik ahhoz, hogy elvégezze a mag feladatát, és elkezdi a hidrogén héliummal való összeolvadását. Ez az új energiaforrás visszahúzza a csillag külső rétegeit, és ez az előző méretének ezerszörösére duzzad. Eközben a melegebb hőmérséklet, amely meggyulladja ezt a fúziós formát, azt jelenti, hogy a csillag összességében 1000-10 000-szer annyi fényt bocsát ki, de mivel ez az energia eloszlik egy ilyen nagy felületen, a csillag vörös színű lesz, tehát a név.
Tehát ez egy vörös óriás: Egy haldokló csillag, amely duzzadt és nagyon fényes.
Most vessünk egy pillantást az egyenlet másik felére, nevezetesen: mi határozza meg a bolygó életképességét? Mivel ezekben a sci-fi történetekben elkerülhetetlenül az emberek járnak a felszínen, van néhány szigorú kritérium, amelyet ennek be kell tartania.
Először is, a hőmérsékletnek nem lehet meleg és nem hideg. Más szavakkal, a bolygónak a Habitable zónában kell lennie, amelyet más néven „Goldilocks zóna” -nak neveznek. Ez általában egy nagyon jó méretű égbolt. Saját napenergia-rendszerünkben körülbelül a Vénusz körüli pályáról a Mars pályájára terjed ki. De mi teszi a Marsot és a Vénust kísértetiesnek és a Földet viszonylag hangulatossá, az a légkörünk. A Mars-szal ellentétben elég vastag ahhoz, hogy megtartsa a hőnek, amelyet a nap kap, de nem olyan sok, mint a Vénusz.
A légkör más szempontból is döntő fontosságú. Nyilvánvaló, hogy ez lesz az, amit a szörnyű felfedezők fognak lélegezni. Ha túl sok CO2, nemcsak a túl sok hőt csapdába ejti, hanem megnehezíti a légzést. Szintén CO2 nem blokkolja a nap ultraibolya fényét, és a rák aránya növekedni fog. Szükség van tehát oxigénben gazdag légkörre, de nem túl oxigénben gazdag, vagy nincs elég üvegházhatású gáz, hogy melegen tartsa a bolygót.
A probléma itt az, hogy oxigénben gazdag légkör egyszerűen nem létezik segítség nélkül. Az oxigén valójában nagyon reaktív. Szereti kötvényeket formálni, és ezáltal nem teszi elérhetővé a légkört, mint szeretnénk. Olyan dolgokat alkot, mint H2O, CO2, oxidok stb. Ez az oka annak, hogy a Mars és a Vénusz légkörében gyakorlatilag nincs szabad oxigén. Amit nem csinálnak, az az, hogy az atmoszférába ütköző ultraibolya fény kivilágítja a kötött formákat, és ideiglenesen felszabadítja az oxigént.
A Földnek csak annyi szabad oxigénje van, mint a fotoszintézis miatt. Ez egy további kritériumot ad nekünk, amelyekre szükségünk van az alkalmazhatóság meghatározásához: a fotoszintézis előállításának képességét.
Tehát kezdjük el ezt összerakni.
Először: a csillag evolúciója, amikor elhagyja a fő szekvenciát, felduzzad, amikor vörös óriássá válik, és egyre világosabb és melegebb lesz, azt jelenti, hogy az „Goldilocks zóna” kifelé söpör. Azok a bolygók, amelyek korábban lakhatóak voltak, mint a Föld, akkor pörkölnek, ha a Nap nem fogja teljesen elnyelni őket. Ehelyett a lakhatósági zóna távolabb kerül, inkább ott, ahol Jupiter van.
Még akkor is, ha egy bolygó ezen új lakhatósági övezetben lenne, ez nem jelenti azt, hogy lakható legyen azzal a feltétellel, hogy oxigénben gazdag légköre is van. Ehhez átalakítanunk kell a légkört egy oxigénmentes élettől egy oxigénben gazdag atmoszférává fotoszintézissel.
Tehát a kérdés az, hogy milyen gyorsan ez előfordulhat? Túl lassú és az alkalmazható zóna már el is söpört, vagy a csillagból kifogyhathatott a hidrogén a héjában, és újra csak a magjában lévő hélium-fúzió meggyújtására kezdte a bolygó ismét megfagyását.
Az egyetlen példa, amely eddig van a saját bolygónkon. Az élet első három milliárd évében kevés volt a szabad oxigén, amíg a fotoszintetikus organizmusok fel nem merültek, és a mai szinthez közeli szintre nem kezdték átalakítani. Ez a folyamat több száz millió évig tartott. Noha ezt valószínűleg nagyságrenddel tízmillió évre növelhetjük a géntechnológiával módosított baktériumokkal, amelyeket a bolygóra vettek el, továbbra is gondoskodnunk kell arról, hogy az ütemtervek megfelelőek-e.
Kiderült, hogy a csillagok különböző tömegein az ütemtervek eltérőek lesznek. A hatalmasabb csillagok gyorsabban égnek üzemanyaggal, így rövidebbek lesznek. Az olyan csillagok esetében, mint a Nap, a vörös óriási fázis körülbelül 1,5 milliárd évig tarthat, tehát ~ 100x-rel hosszabb ideig, mint amennyi oxigénben gazdag légkör kialakításához szükséges. A Nap kétszer olyan hatalmas csillagok esetében ez az időtartam mindössze 40 millió évre csökken, megközelítve amire szükségünk van. A hatalmasabb csillagok még gyorsabban fejlődnek ki. Tehát ahhoz, hogy ez valószínű, alacsonyabb tömegű csillagokra van szükségünk, amelyek lassabban fejlődnek. A durva felső határ itt egy két napenergiás csillag lenne.
Van azonban még egy hatás, amelyet aggódnunk kell: lehet-e elegendő szén-dioxid?2 a légkörben, hogy akár fotoszintézisre is sor kerüljön? Noha a szén-dioxid nem csak annyira reakcióképes, mint az oxigén, a légkörből is kiürülhet. Ennek okai a szilikátos időjárási hatások, például a CO2 + CaSiO3 -> CaCO3 + SiO2. Miközben ezek a hatások lassúak, geológiai időkeretek szerint épülnek fel. Ez azt jelenti, hogy nem lehetnek régi bolygók, mivel minden szabad szén-dioxidjuk megvan2 bezárva a felszínre. Ezt az egyensúlyt egy 2009-ben közzétett dokumentumban fedezték fel, és megállapította, hogy a Föld tömegbolygó számára a szabad CO2 kimerülne sokkal azelőtt, hogy a szülői csillag elérte a vörös óriás fázist!
Szükség van tehát olyan kis tömegű csillagokra, amelyek lassan fejlődnek, hogy elegendő időnk legyen a megfelelő légkör kialakulásához, de ha lassan fejlődik, akkor nincs elegendő CO2 balra, hogy megkapja a légkört! Megragadtunk egy valódi Catch 22.-nél. Az egyetlen módja annak, hogy ezt ismét megvalósíthatóvá tegyük, az, hogy módot találjunk megfelelő mennyiségű új CO2 a légkörbe, ahogy a lakható zóna elsöpörni kezd.
Szerencsére van néhány elég nagy CO tároló2 csak repülni! A üstökösök főleg fagyasztott szén-monoxidból és szén-dioxidból állnak. Néhány közülük egy bolygóra történő lebontása elegendő CO-t jelentene2 hogy megkezdődjön a fotoszintézis (miután a por leülepedt). Csináld ezt néhányszáz ezer évvel azelőtt, hogy a bolygó belépett az élőhelybe, várj meg tízmillió évet, és akkor a bolygó potenciálisan további milliárd évvel tovább élhet.
Végső soron ez a forgatókönyv valószínűsíthető, de nem egészen jó személyes befektetés, mivel már régen halott lenne, mielőtt képes lenne élvezni az előnyöket. Lehet, hogy egy hosszú távú stratégia egy űrkísérő faj túlélésére, de nem gyors megoldás a kolóniák és a külföldi állomások eldobására.
