Mens planeter, der kredser om tvillingestjerner, er et grundlæggende element i science fiction, er en anden at få mennesker til at leve på planeter, der kredser om røde kæmpe stjerner. Størstedelen af historien om Abernes planet finder sted på en planet omkring Betelgeuse. Planeter omkring Arcturus i Isaac Asimovs Fundament serier udgør hovedstaden i hans Sirius sektor. Supermans hjemmeplanet blev sagt at kredsede om den fiktive røde kæmpe, Rao. Løb på disse planeter er ofte afbildet som værende gamle og kloge, da deres stjerner ældes og nærmer sig slutningen af deres liv. Men er det virkelig plausibelt at have sådanne planeter?
Stjerner holder ikke for evigt. Vores egen sol har en udløbsdato på cirka 5 milliarder år. På det tidspunkt er mængden af brintbrændstof i solens kerne løbet ud. For tiden skaber fusionen af dette brint til helium et tryk, der forhindrer stjernen i at kollapse i sig selv på grund af tyngdekraften. Men når det løber ud, vil den understøttelsesmekanisme være væk, og solen vil begynde at krympe. Denne krympning får stjernen til at varme op igen, hvilket øger temperaturen, indtil en skal af brint omkring den nu udmattede kerne bliver varm nok til at påtage sig kernen og begynder at smelte brint til helium. Denne nye energikilde skubber de ydre lag af stjernen tilbage ud og får den til at kvælde tusindvis af gange sin tidligere størrelse. I mellemtiden vil den varmere temperatur for at antænde denne form for fusion betyde, at stjernen vil afgive 1.000 til 10.000 gange så meget lys generelt, men da denne energi er spredt ud over et så stort overfladeareal, vil stjernen forekomme rød, hvorfor navn.
Så dette er en rød kæmpe: En døende stjerne, der er opsvulmet og meget lys.
For nu at tage et kig på den anden halvdel af ligningen, nemlig hvad bestemmer en planetes beboelighed? Da disse sci-fi-historier uundgåeligt har mennesker, der går rundt på overfladen, er der nogle temmelig strenge kriterier, som dette bliver nødt til at følge.
For det første skal temperaturen ikke være for varm og ikke for kold. Med andre ord skal planeten befinde sig i den beboelige zone, også kendt som ”Guldlåsezone”. Dette er generelt en temmelig god størrelse med himmelsk ejendom. I vores eget solsystem strækker det sig fra omtrent bane af Venus til Mars bane. Men hvad der gør Mars og Venus ugjestfri og Jorden relativt hyggelig er vores atmosfære. I modsætning til Mars er den tyk nok til at holde meget af den varme, vi modtager fra solen, men ikke for meget af den som Venus.
Atmosfæren er også afgørende på andre måder. Det er klart, det er de uforstandige opdagelsesrejsende, der trækker vejret. Hvis der er for meget CO2, det vil ikke kun fange for meget varme, men gøre det svært at trække vejret. CO2 blokerer ikke UV-lys fra solen, og kræftfrekvensen ville stige. Så vi har brug for en iltrig atmosfære, men ikke for iltrig, eller der er ikke nok drivhusgasser til at holde planeten varm.
Problemet her er, at iltrige atmosfære bare ikke findes uden nogen hjælp. Oxygen er faktisk meget reaktiv. Det kan lide at danne obligationer, hvilket gør det utilgængeligt at være fri i den atmosfære, som vi ønsker. Det danner ting som H2O, CO2, oxider osv ... Dette er grunden til at Mars og Venus næsten ikke har fri ilt i deres atmosfærer. Det lille, de gør, kommer fra UV-lys, der rammer atmosfæren og får de bundne former til at adskille sig, og midlertidigt frigøre ilt.
Jorden har kun lige så meget frit ilt, som det gør på grund af fotosyntesen. Dette giver os et andet kriterium, som vi bliver nødt til at bestemme levedygtighed: evnen til at fremstille fotosyntese.
Så lad os begynde at sammensætte alt dette.
For det første vil stjernens udvikling, når den forlader hovedsekvensen, svulme op, efterhånden som den bliver en rød gigant og bliver lysere og varmere, betyde, at "Goldilocks-zonen" vil feje udad. Planeter, der tidligere var beboelige som Jorden, vil blive ristet, hvis de ikke helt sluges af Solen, når den vokser. I stedet vil den beboelige zone være længere ude, mere hvor Jupiter er nu.
Selv hvis en planet befandt sig i denne nye beboelige zone, betyder det dog ikke, at den er beboelig under forudsætning af, at den også har en iltrig atmosfære. Til det er vi nødt til at konvertere atmosfæren fra en ilt-sultet en til en ilt rig via fotosyntesen.
Så spørgsmålet er, hvor hurtigt dette kan ske? For langsomt, og den beboelige zone kan allerede være fejet forbi, eller stjernen kan have løbet tør for brint i skallen og begyndte at trække sig sammen igen for at antænde heliumfusion i kernen og igen fryse planeten.
Det eneste eksempel, vi har hidtil, er på vores egen planet. I de første tre milliarder år af livet var der lidt frit ilt, indtil fotosyntetiske organismer opstod og begyndte at konvertere det til niveauer tæt på i dag. Denne proces tog dog flere hundrede millioner år. Selvom dette sandsynligvis kunne øges med en størrelsesorden til titusinder af millioner af år med genetisk konstruerede bakterier, der er podet på planeten, er vi stadig nødt til at sikre, at tidsskalaerne fungerer.
Det viser sig, at tidsskalaerne vil være forskellige for forskellige masser af stjerner. Mere massive stjerner brænder hurtigere gennem deres brændstof og vil derfor være kortere. For stjerner som Solen kan den røde gigantfase vare cirka 1,5 milliarder år, så ~ 100 gange længere end nødvendigt for at udvikle en iltrig atmosfære. For stjerner, der er dobbelt så massiv som Solen, falder tidsskalaen til blot 40 millioner år og nærmer sig den nedre grænse for, hvad vi har brug for. Mere massive stjerner vil udvikle sig endnu hurtigere. Så for at dette er plausibelt, har vi brug for stjerner med lavere masse, der udvikler sig langsommere. En grov øvre grænse her ville være en stjerne med to solmasser.
Der er dog endnu en effekt, vi er nødt til at bekymre os om: Kan vi få nok CO2 i atmosfæren for endda at have fotosyntese? Selvom det ikke er næsten lige så reaktivt som ilt, er kuldioxid også underlagt at blive fjernet fra atmosfæren. Dette skyldes effekter som silikatforvitring såsom CO2 + CaSiO3 -> CaCO3 + SiO2. Mens disse effekter er langsomme, bygger de op med geologiske tidsskalaer. Dette betyder, at vi ikke kan have gamle planeter, da de ville have haft al deres gratis CO2 låst væk i overfladen. Denne balance blev undersøgt i et papir, der blev offentliggjort i 2009, og bestemte, at for en jordmasseplanet, den frie CO2 ville være udmattet længe før moderstjernen endda nåede den røde kæmpe fase!
Så vi er forpligtet til at have stjerner med lav masse, der udvikler sig langsomt for at have tid nok til at udvikle den rigtige atmosfære, men hvis de udvikler sig det langsomt, så er der ikke nok CO2 tilbage for at få atmosfæren alligevel! Vi står fast med en rigtig fangst 22. Den eneste måde at gøre dette muligt igen er at finde en måde at introducere tilstrækkelige mængder nyt CO2 ind i atmosfæren, ligesom den beboelige zone begynder at feje forbi.
Heldigvis er der nogle ret store lagre af CO2 bare flyver rundt! Kometer er hovedsageligt sammensat af frosset kulilte og kuldioxid. At bryde et par af dem ned i en planet ville introducere tilstrækkeligt CO2 for potentielt at få fotosyntesen startet (når støvet satte sig ned). Gør det et par hundrede tusinde år, før planeten ville komme ind i den beboelige zone, vent ti millioner år, og så kunne planeten potentielt være beboelig i så meget som en ekstra milliard år mere.
I sidste ende ville dette scenario være plausibelt, men ikke nøjagtigt en god personlig investering, da du ville være død længe, før du kunne høste fordelene. En langsigtet strategi for overlevelse af en rumfarende art måske, men ikke en hurtig løsning til at smide kolonier og forposter ned.
