Svi znamo da su vam za život na svetu potrebne tri ključne stvari: voda, toplina i hrana. Sada dodajte tome faktor koji se zove „entropija“. On igra ulogu u određivanju da li određena planeta može da održi i razvije složen život.
Naučnik Luiđi Petrakone, istraživač hemije na Univerzitetu u Napulju u Italiji, posmatrao je planetarnu entropiju. Zanima ga kako naučnici biraju planete koje bi mogle biti nastanjene. Objavio je rad u Mesečnim obaveštenjima Kraljevskog astronomskog društva koji ispituje nešto što se zove „proizvodnja planetarne entropije“ (PEP). Evo kako to funkcioniše.
Naseljivom svetu potrebna je biosfera sa stvarima koje žive u njoj. Sav život raste i širi se koristeći raspoloživu vodu, toplinu i izvore hrane. Kako se ispostavilo, entropija se odvija unutar svetske biosfere. I, potreban mu je relativno visok PEP. To čini verovatnije da će imati složene žive sisteme i znači da bi bila dobra meta za istraživanje. I, prema Petrakoneovom radu, nije važno koja je hemijska osnova tog života — da li je ugljenik, silicijum ili neki drugi element. Važno je kako život napreduje ka većoj složenosti.
Pre nego što zaronimo u Petrakoneov rad, hajde da pričamo o entropiji. Definicija rečnika u fizici je: „Termodinamička veličina koja predstavlja nedostupnost toplotne energije sistema za pretvaranje u mehanički rad“. Drugi zakon termodinamike zahteva da se univerzum kreće u pravcu u kome raste entropija.
To izgleda malo složeno, pa hajde da zamislimo entropiju kao meru slučajnosti ili nereda u sistemu. Uređen sistem ima tačno dovoljno energije da uradi stvari koje treba da uradi. Ako proizvodi (ili dobija) više energije, to se izražava u višem stanju entropije.
Živa bića su visoko uređena i zahtevaju stalan unos energije za održavanje stanja niske entropije. Oni proizvode otpad i nusproizvode i, naravno, gube energiju kao deo procesa života. Što više energije dolazi u sistem i kasnije ga taj sistem gubi u okolinu, stvari postaju manje uređene i nasumičnije. U suštini, što njegovo entropijsko stanje postaje veće.
Entropija u biologiji dolazi u obzir kada pogledate sisteme koji doprinose životu na planeti. Petrakone piše: „Obim proizvodnje entropije je proporcionalan sposobnosti takvih sistema da rasipaju slobodnu energiju i tako ‘žive’, da evoluiraju, da rastu u složenosti. Generalno, određeni prag proizvodnje entropije mora biti prekoračen da bi se pojavio kompleksnih samoorganizujućih struktura. Dakle, proizvodnja entropije se može smatrati termodinamičkim pomakom koji pokreće nastanak života i evoluciju.“
To nas dovodi do vrednosti „proizvodnje planetarne entropije“ (PEP) koja može pomoći naučnicima da ciljaju planete koje su verovatno prihvatljive za život. Najprikladniji za stanovanje biće tamo gde život može da generiše najviše entropije. Što su životni oblici složeniji i dinamičniji, to će više entropije proizvesti i višu PEP vrednost koju održavaju. Petrakone predlaže da će različite planete imati veći ili manji energetski potencijal, predviđajući koje će planete najverovatnije biti naseljive.
Važno je otkriti gde i da li se život dešava na planeti. Prvo, potrebno je da bude u cirkumzvezdanoj nastanjivoj zoni (CHZ) svoje zvezde. Tamo voda može postojati na površini u tečnom stanju. Takođe je važno gde u CHZ planeta kruži. Ako je preblizu unutrašnjoj ivici, može izgubiti vodu koju ima zbog zvezdanog zagrevanja (i bežećeg efekta staklene bašte). Ako je bliže spoljnoj ivici, možda neće biti tako gostoljubiv kao onaj u centralnom delu CHZ-a. Pored toga, određena planeta može biti u savršenom delu zone, ali ima i druge izazove u održavanju biosfere.
Zašto ne tražite planete širom CHZ? Postoje termodinamičke razlike između unutrašnje i spoljašnje ivice CHZ. Unutrašnja ivica je povoljnija za razvoj složenih biosfera. I PEP i dostupna besplatna energija za planete slične Zemlji povećavaju se sa temperaturom zvezda. Sa tim informacijama, Petrakone i njegov tim primenili su svoje proračune kako bi procenili PEP i slobodnu energiju za odabrani uzorak predloženih naseljivih planeta.
Naučnici takođe treba da shvate gornju granicu svetske PEP vrednosti i odgovarajuću slobodnu energiju koju dobija kao funkciju zvezdane temperature i parametara planetarne orbite. Petrakone piše, na primer, da samo planete slične Zemlji u CHZ zvezda G i F mogu imati PEP vrednost veću od vrednosti Zemlje (Zemlju koristimo za poređenje). To znači da će verovatno podržavati život, za razliku od planeta u drugim delovima naseljive zone.
Zanimljivo je da se među nedavno predloženim naseljivim egzoplanetama, takozvani „Hicean“ svetovi pojavljuju kao termodinamički najbolji kandidati. To su planete sa okeanima tečne vode i atmosfere bogate vodonikom. Naša planeta je dobar primer i može se koristiti kao „mapa puta“ za evaluaciju. Naučnici već proučavaju najbolju mešavinu kopna i okeana za nastanjivi svet, koristeći Zemlju kao analog. Leži blizu unutrašnje ivice sunčevog CHZ-a, što ga stavlja na pravo mesto da ima veću PEP vrednost.
Ako pretpostavimo da je Zemljina PEP vrednost potrebna za život, onda to omogućava planetarnim naučnicima da smisle „entropijsku nastanjivu zonu“ (ili EHZ). Uključuje udaljenost od zvezde na kojoj planeta ima tečnu vodu plus visoku PEP vrednost. Primenite te kriterijume na planete i čini se da svetovi oko zvezda male mase ne bi razvili dovoljno visok EHZ da bi održao život. Niti M i K zvezdice. Međutim, neki deo svetova oko F i G zvezda mogao bi da sleti u srećnu „zonu“ i nastavi da razvija život.
Ovih dana vidimo sve više otkrića egzoplaneta oko obližnjih zvezda. Pregledati ih sve u potrazi za životom je skoro nemoguće. Dakle, naučnicima su potrebni neki korisni kriterijumi za određivanje prioriteta ciljeva za proučavanje. Zajedno sa drugim faktorima, čini se da je proizvodnja entropije dobar pokazatelj da li određeni svet može ugostiti život – i koliko je taj život složen.
Zanimljivo je da je glavna prednost upotrebe PEP-a i prisustva u EHZ-u kao načina da se proceni svet to što ne zahteva pretpostavke o njegovom atmosferskom stanju. Niti ovi faktori ne podrazumevaju bilo kakve zaključke o hemijskoj osnovi živih sistema na bilo kom datom svetu. Oni jednostavno pružaju način naučnicima da ocenjuju svet dok pregledaju hiljade egzoplaneta radi daljeg proučavanja.
