Sementara planet-planet yang mengorbit bintang kembar adalah pokok dari fiksi ilmiah, yang lain adalah membuat manusia hidup di planet yang mengorbit bintang raksasa merah. Mayoritas kisah Planet para kera terjadi di sebuah planet di sekitar Betelgeuse. Planet-planet di sekitar Arcturus di Isaac Asimov Dasar seri membuat ibukota Sektor Sirius. Planet asal Superman dikatakan mengorbit raksasa merah fiksi, Rao. Ras di planet-planet ini sering digambarkan sebagai tua dan bijak sejak bintang-bintang mereka tua, dan mendekati akhir hidup mereka. Tetapi apakah benar-benar masuk akal untuk memiliki planet seperti itu?
Bintang tidak bertahan selamanya. Matahari kita sendiri memiliki tanggal kedaluwarsa sekitar 5 miliar tahun. Pada saat itu, jumlah bahan bakar hidrogen di inti Matahari akan habis. Saat ini, fusi hidrogen menjadi helium menimbulkan tekanan yang membuat bintang tidak runtuh dengan sendirinya karena gravitasi. Tapi, ketika habis, mekanisme pendukung itu akan hilang dan Matahari akan mulai menyusut. Penyusutan ini menyebabkan bintang memanas lagi, meningkatkan suhunya hingga cangkang hidrogen di sekitar inti yang sekarang sudah habis menjadi cukup panas untuk mengambil pekerjaan inti dan mulai menggabungkan hidrogen ke helium. Sumber energi baru ini mendorong lapisan luar bintang kembali keluar sehingga membengkak hingga ribuan kali ukuran sebelumnya. Sementara itu, suhu yang lebih panas untuk menyalakan bentuk fusi ini akan berarti bahwa bintang akan mengeluarkan 1.000 hingga 10.000 kali lebih banyak cahaya secara keseluruhan, tetapi karena energi ini tersebar di area permukaan yang begitu besar, maka bintang akan tampak merah, maka nama.
Jadi ini adalah raksasa merah: Bintang sekarat yang bengkak dan sangat terang.
Sekarang untuk melihat pada bagian lain dari persamaan, yaitu, apa yang menentukan kelayakhunian planet? Karena cerita fiksi ilmiah ini pasti membuat manusia berjalan di permukaan, ada beberapa kriteria yang sangat ketat yang harus diikuti.
Pertama, suhunya tidak boleh panas dan tidak dingin. Dengan kata lain, planet ini harus berada di zona Habitable juga dikenal sebagai "zona Goldilocks". Ini umumnya adalah petak real estat surgawi berukuran cukup bagus. Di tata surya kita sendiri, ia membentang dari kira-kira orbit Venus ke orbit Mars. Tapi apa yang membuat Mars dan Venus tidak ramah dan Bumi relatif nyaman adalah atmosfer kita. Tidak seperti Mars, ia cukup tebal untuk menahan banyak panas yang kita terima dari matahari, tetapi tidak terlalu banyak seperti Venus.
Suasana juga sangat penting. Jelas itulah yang akan dieksplorasi oleh penjelajah pemberani. Jika ada terlalu banyak CO2, itu tidak hanya akan menjebak terlalu banyak panas, tetapi membuatnya sulit bernapas. Juga, CO2 tidak menghalangi sinar UV dari Matahari dan tingkat kanker akan naik. Jadi kita membutuhkan atmosfer yang kaya oksigen, tetapi tidak terlalu kaya oksigen atau tidak akan ada cukup gas rumah kaca untuk menjaga planet ini tetap hangat.
Masalahnya di sini adalah bahwa atmosfer kaya oksigen tidak ada tanpa bantuan. Oksigen sebenarnya sangat reaktif. Itu suka membentuk ikatan, membuatnya tidak tersedia untuk bebas di atmosfer seperti yang kita inginkan. Bentuknya seperti H2O, CO2, oksida, dll ... Inilah mengapa Mars dan Venus hampir tidak memiliki oksigen gratis di atmosfernya. Sedikit yang mereka lakukan berasal dari sinar UV yang menyerang atmosfer dan menyebabkan bentuk ikatan terlepas, untuk sementara membebaskan oksigen.
Bumi hanya memiliki oksigen bebas sebanyak yang terjadi karena fotosintesis. Ini memberi kita kriteria lain yang kita perlukan untuk menentukan kelayakhunian: kemampuan untuk menghasilkan fotosintesis.
Jadi mari kita mulai menyatukan semua ini.
Pertama, evolusi bintang saat meninggalkan urutan utama, membengkak saat menjadi raksasa merah dan menjadi lebih terang dan lebih panas akan berarti bahwa "zona Goldilocks" akan menyapu ke arah luar. Planet-planet yang dulunya layak huni seperti Bumi akan dipanggang jika tidak sepenuhnya ditelan oleh Matahari saat tumbuh. Sebaliknya, zona layak huni akan lebih jauh, lebih banyak di mana Jupiter sekarang.
Namun, bahkan jika sebuah planet berada di zona layak huni baru ini, ini tidak berarti dihuni di bawah kondisi bahwa ia juga memiliki atmosfer yang kaya oksigen. Untuk itu, kita perlu mengubah atmosfer dari oksigen menjadi kelaparan, menjadi kaya oksigen melalui fotosintesis.
Jadi pertanyaannya adalah seberapa cepat ini bisa terjadi? Terlalu lambat dan zona layak huni mungkin telah melanda atau bintang mungkin kehabisan hidrogen dalam cangkang dan mulai berkontraksi lagi hanya untuk menyalakan fusi helium di inti, sekali lagi membekukan planet.
Satu-satunya contoh yang kita miliki sejauh ini adalah di planet kita sendiri. Selama tiga miliar tahun pertama kehidupan, hanya ada sedikit oksigen gratis sampai organisme fotosintesis muncul dan mulai mengubahnya ke tingkat yang mendekati saat ini. Namun, proses ini memakan waktu beberapa ratus juta tahun. Sementara ini mungkin dapat ditingkatkan dengan urutan besarnya hingga puluhan juta tahun dengan bakteri hasil rekayasa genetika di planet ini, kita masih perlu memastikan skala waktu akan berhasil.
Ternyata rentang waktu akan berbeda untuk massa bintang yang berbeda. Semakin banyak bintang masif membakar bahan bakarnya lebih cepat dan karenanya akan lebih pendek. Untuk bintang-bintang seperti Matahari, fase raksasa merah dapat bertahan sekitar 1,5 miliar tahun, jadi ~ 100x lebih lama dari yang diperlukan untuk mengembangkan atmosfer kaya oksigen. Untuk bintang dua kali lebih besar dari Matahari, skala waktu itu turun menjadi hanya 40 juta tahun, mendekati batas bawah dari apa yang kita butuhkan. Semakin banyak bintang masif akan berkembang lebih cepat. Agar ini masuk akal, kita akan membutuhkan bintang bermassa rendah yang berevolusi lebih lambat. Batas atas kasar di sini adalah bintang massa matahari dua.
Namun, ada satu efek lagi yang perlu kita khawatirkan: Bisakah kita memiliki cukup CO2 di atmosfer bahkan memiliki fotosintesis? Meskipun hampir tidak reaktif seperti oksigen, karbon dioksida juga dapat dihilangkan dari atmosfer. Ini karena efek seperti pelapukan silikat seperti CO2 + CaSiO3 -> CaCO3 + SiO2. Sementara efek ini lambat, mereka membangun dengan rentang waktu geologis. Ini berarti kita tidak dapat memiliki planet lama karena mereka akan memiliki semua CO gratis mereka2 terkunci ke permukaan. Keseimbangan ini dieksplorasi dalam sebuah makalah yang diterbitkan pada tahun 2009 dan menetapkan bahwa, untuk planet massa Bumi, CO bebas2 akan kelelahan jauh sebelum bintang induknya bahkan mencapai fase raksasa merah!
Jadi kita diharuskan memiliki bintang bermassa rendah yang berevolusi secara perlahan untuk memiliki cukup waktu untuk mengembangkan atmosfer yang tepat, tetapi jika mereka berevolusi secara perlahan, maka tidak ada CO yang cukup2 tetap pergi untuk mendapatkan atmosfer! Kami terjebak dengan Catch 22 yang nyata. Satu-satunya cara untuk membuat ini layak lagi adalah dengan menemukan cara untuk memperkenalkan jumlah CO baru yang cukup2 ke atmosfer tepat saat zona layak huni mulai menyapu.
Untungnya, ada beberapa repositori CO yang cukup besar2 terbang saja! Komet sebagian besar terdiri dari karbon monoksida beku dan karbon dioksida. Menabrak beberapa dari mereka ke dalam sebuah planet akan memperkenalkan CO yang cukup2 untuk berpotensi memulai fotosintesis (setelah debu mengendap). Lakukan itu beberapa ratus ribu tahun sebelum planet memasuki zona layak huni, tunggu sepuluh juta tahun, dan kemudian planet itu berpotensi dihuni selama satu miliar tahun lagi.
Pada akhirnya skenario ini akan masuk akal, tetapi bukan investasi pribadi yang baik karena Anda sudah mati jauh sebelum Anda dapat memperoleh manfaatnya. Strategi jangka panjang untuk bertahan hidup dari spesies yang hidup di angkasa mungkin, tapi bukan perbaikan cepat untuk menjatuhkan koloni dan pos-pos terdepan.
