Medtem ko planeti, ki krožijo po dvojnih zvezdah, so osnovna znanstvena fantastika, pa je to, da ljudje živijo na planetih, ki krožijo okoli rdečih velikanskih zvezd. Večina zgodbe o Planet opic se odvija na planetu okoli Betelgeuse. Planeti okoli Arcturusa v Isaacu Asimovu Fundacija serija predstavlja prestolnico njegovega Siriusovega sektorja. Supermanov domači planet je rekel, da kroži izmišljeni rdeči velikan, Rao. Rase na teh planetih so pogosto prikazane kot stare in modre, saj se njihove zvezde starajo in se bližajo koncu življenja. Toda ali je res verjetno, da imamo take planete?
Zvezde ne trajajo večno. Lastno Sonce ima rok trajanja približno 5 milijard let. Takrat bo zmanjkalo količine vodikovega goriva v jedru Sonca. Trenutno zlivanje vodika v helij povzroča tlak, ki prepreči, da se zvezda zaradi gravitacije sesede sama. Ko pa ga zmanjka, tega podpornega mehanizma ne bo več in Sonce se bo začelo skrčiti. To krčenje povzroči, da se zvezda spet segreje, zvišuje temperaturo, dokler lupina vodika okoli zdaj že izčrpanega jedra ne postane dovolj vroča, da prevzame delo jedra in začne spajati vodik v helij. Ta novi vir energije zunanje plasti zvezde potisne nazaj, kar povzroči nategovanje na tisočekrat večjo prejšnjo velikost. Medtem bo vroča temperatura za vžiganje te oblike fuzije pomenila, da bo zvezda oddajala 1.000 do 10.000-krat več svetlobe, a ker se ta energija razširi na tako veliko površino, bo zvezda videti rdeča ime.
Torej, to je rdeči velikan: umirajoča zvezda, ki je nabrekla in zelo svetla.
Zdaj pa si oglejmo drugo polovico enačbe, in sicer, kaj določa bivalnost planeta? Ker se zaradi teh znanstveno-fantastičnih zgodb ljudje neizogibno sprehajajo po površini, bo treba upoštevati nekaj strogih meril.
Najprej mora biti temperatura vroča in ne hladna. Z drugimi besedami, planet mora biti v območju bivanja, ki je znano tudi kot "območje zlatorogov". To je na splošno precej velika velikost nebesnih nepremičnin. V našem lastnem osončju se razteza od približno orbite Venere do orbite Marsa. Ampak tisto, zaradi česar je Mars in Venera nevsiljiva in Zemlja relativno prijetna, je naše ozračje. Za razliko od Marsa je dovolj debel, da zadrži večino toplote, ki jo prejmemo od sonca, vendar ne preveč, kot je Venera.
Vzdušje je ključno tudi na druge načine. Očitno je, da bodo dihljali neustrašni raziskovalci. Če je preveč CO2, ne boste samo ujeli preveč toplote, ampak boste težko dihali. Tudi CO2 ne blokira UV svetlobe od Sonca in stopnja raka se bo povečala. Torej potrebujemo ozračje, bogato s kisikom, vendar ne preveč kisika ali pa ne bo dovolj toplogrednih plinov, da bi planet ogrevali.
Težava je v tem, da atmosfere, bogate s kisikom, ne obstajajo brez pomoči. Kisik je pravzaprav zelo reaktiven. Rada oblikuje vezi, zaradi česar ni na voljo, da bi bila v ozračju, kakršno si želimo. Oblikuje stvari, kot je H2O, CO2, oksidi itd ... Zato Mars in Venera v svoji atmosferi praktično nimata prostega kisika. Kar malo naredijo, da UV svetloba, ki udari v ozračje in povzroči razpadanje vezanih oblik, začasno sprosti kisik.
Zemlja ima samo toliko prostega kisika kot zaradi fotosinteze. To nam daje še eno merilo, ki ga bomo potrebovali, da določimo bivalnost: sposobnost proizvajanja fotosinteze.
Torej začnimo to vse skupaj.
Prvič, evolucija zvezde, ko zapusti glavno zaporedje, otekanje, ko postane rdeči velikan in postane svetlejša in bolj vroča, bo pomenilo, da se bo območje Goldilocks pomestilo navzven. Planeti, ki so bili prej naseljeni, kot je Zemlja, bodo praženi, če jih Sonce med rastjo ne pogoltne v celoti. Namesto tega bo stanovanjska cona bolj zunaj, bolj tam, kjer je zdaj Jupiter.
Kljub temu, da je bil planet v tem novem območju bivanja, to še ne pomeni, da je bival pod pogojem, da ima tudi ozračje, bogato s kisikom. Za to moramo atmosfero pretvoriti iz ogljikovega, ki se gladi s kisikom, v fotosintezo, bogato s kisikom.
Vprašanje je torej, kako hitro se to lahko zgodi? Prepočasi in bivalno območje je morda že zaplavalo ali pa je zvezdi morda zmanjkalo vodika v lupini in se je začelo zožiti samo, da vžge helijsko zlitje v jedru in ponovno zamrzne planet.
Edini primer, ki ga imamo doslej, je na našem lastnem planetu. Prve tri milijarde let življenja je bilo malo prostega kisika, dokler niso nastali fotosintetski organizmi in jih začeli pretvoriti v ravni, ki so blizu današnjega. Vendar je ta postopek trajal nekaj sto milijonov let. Čeprav bi to verjetno lahko povečali za nekaj deset milijonov let z gensko inženirskimi bakterijami, posejanimi na planetu, moramo še vedno zagotoviti, da se bodo časovnice iztekle.
Izkazalo se je, da bodo časovni okviri za različne mase zvezd različni. Masivnejše zvezde gorijo hitreje skozi svoje gorivo in tako bodo krajše. Za zvezde, kot je Sonce, lahko faza rdečega velikana traja približno 1,5 milijarde let, torej približno 100x dlje, kot je potrebno za razvoj ozračja, bogatega s kisikom. Za zvezde, ki so dvakrat bolj obsežne od Sonca, se časovni razpon spusti na samo 40 milijonov let, ki se približajo spodnji meji tistega, kar bomo potrebovali. Bolj masivne zvezde se bodo še hitreje razvijale. Da bi bilo to verjetno, bomo potrebovali zvezde nižje mase, ki se razvijajo počasneje. Približno zgornja meja bi bila zvezda dve sončni masi.
Vendar moramo skrbeti še za en učinek: Ali lahko imamo dovolj CO2 v ozračju celo fotosintezo? Čeprav ogljikov dioksid niti približno ni tako reaktiven kot kisik, se lahko izloči iz ozračja. To je posledica učinkov, kot so silikatno vreme, kot je CO2 + CaSiO3 -> CaCO3 + SiO2. Čeprav so ti učinki počasni, se povečujejo z geološkimi časovnimi okviri. To pomeni, da ne moremo imeti starih planetov, saj bi imeli ves svoj prosti CO2 zaklenjena stran na površino. To ravnovesje je bilo raziskano v prispevku, objavljenem leta 2009, in določilo, da je za planet Zemljo z maso prost CO2 bi bil izčrpan že dolgo, preden bi matična zvezda sploh dosegla fazo rdečega velikana!
Tako moramo imeti zvezde z nizko maso, ki se počasi razvijajo, da imamo dovolj časa, da razvijemo pravo atmosfero, če pa se razvijajo počasi, potem ni dovolj CO2 levo, da dobimo vzdušje vseeno! Zasedli smo s pravim ulovom 22. Edini način, da to ponovno izvedemo, je iskanje načina, kako vnesti zadostne količine novega CO2 v ozračje, ko se začne bivalno območje mimo.
Na srečo obstaja nekaj precej velikih skladišč CO2 samo leti naokoli! Kometi so sestavljeni večinoma iz zamrznjenega ogljikovega monoksida in ogljikovega dioksida. Če bi jih nekaj padlo na planet, bi vnesli zadostno količino CO2 da se začne fotosinteza (ko se prah usede). Naredite to nekaj sto tisoč let, preden bo planet vstopil v območje bivanja, počakajte deset milijonov let, nato pa bo planet lahko bival še približno milijardo let več.
Konec koncev bi bil ta scenarij verodostojen, vendar ne ravno dobra osebna naložba, saj boste mrtvi že dolgo, preden boste lahko izkoristili koristi. Mogoče je dolgoročna strategija za preživetje vesoljsko gojenih vrst, vendar ne hitra rešitev, da bi odstranili kolonije in obstoje.
