thumb|Ziemia widziana z kosmosu Planeta ziemiopodobna (także bliźniaczka Ziemi, planeta siostrzana Ziemi, druga Ziemia) – planeta, na której panują podobne warunki jak na Ziemi.

Spekulacje na temat planet ziemiopodobnych pojawiają się w nauce, filozofii, fantastyce naukowej i popkulturze. Zwolennicy kolonizacji kosmosu uważają taką planetę za nowy dom dla ludzkości, umożliwiający przetrwanie w razie katastrofy na Ziemi. Uważają również, że im bardziej podobna do Ziemi planeta, tym większa szansa istnienia na niej życia i cywilizacji.

Istnienie planet ziemiopodobnych było postulowane jeszcze zanim rozpoczęto badania planet pozasłonecznych. Zasada kopernikańska stwierdza, że warunki panujące na Ziemi nie są wyjątkowe, zatem planety podobne do Ziemi powinny występować dość często w nieskończonym Wszechświecie, podczas gdy według hipotezy rzadkiej Ziemi są one niezmierną rzadkością. Filozofowie zauważyli, że biorąc pod uwagę wielkość Wszechświata, bliźniaczka Ziemi musi gdzieś istnieć (np. eksperyment myślowy „Ziemia Bliźniacza”).

Niektóre teorie naukowe wskazują, że planety podobne do Ziemi mogły istnieć w przeszłości w Układzie Słonecznym. W przyszłości mogą zostać utworzone sztucznie, np. za pomocą terraformowania. Według hipotezy Wieloświata, planeta taka może być również odpowiednikiem samej Ziemi w innym Wszechświecie.

Postęp w technikach wykrywania planet pozasłonecznych zwiększa prawdopodobieństwo, że planeta ziemiopodobna może zostać odkryta w przyszłości w Drodze Mlecznej. Prace poświęcone częstości występowania takich planet i ich liczby w naszej Galaktyce dają wartości od jednej (Ziemia) do miliardów; ostatnie badania, oparte na rosnącym materiale obserwacyjnym sugerują, że są one dość liczne.

Niedawne odkrycia wpłynęły na pole badań astrobiologii, modele warunków pozwalających na istnienie życia i poszukiwania inteligencji pozaziemskiej. NASA i Instytut SETI zaproponowały kategoryzację nowo odkrytych planet za pomocą skali podobieństwa do Ziemi (ang. Earth Similarity Index, ESI) na podstawie masy, promienia i temperatury. Według tego wskaźnika najbardziej podobną do Ziemi spośród znanych nam egzoplanet jest Proxima Centauri b (ESI 0,87).

Historia

thumb|Rysunki Percivala Lowella ukazują Marsa jako suchą, ale możliwą do zamieszkania planetę Około 400 p.n.e. Filolaos z Tarentu postulował w swojej koncepcji Wszechświata, że dla zachowania równowagi, po przeciwnej niż Ziemia stronie „centralnego ognia” znajduje się Antychton (Przeciwziemia), stanowiący przeciwwagę dla naszej planety.

W okresie od 1858 do 1920 wielu ludzi, w tym naukowców, uważało Marsa za planetę bardzo podobną do Ziemi, jedynie suchszą i z cieńszą atmosferą. Ze względu na podobne nachylenie osi i pory roku, wydawało się prawdopodobnym istnienie marsjańskiej cywilizacji, która stworzyła kanały na Marsie. Takie teorie rozwijali m.in. astronomowie Giovanni Schiaparelli i Percival Lowell. Mars w fikcji był przedstawiany jako planeta podobna do Ziemi, o pustynnym krajobrazie. Obrazy i dane z sond wysłanych w ramach programów Mariner i Viking, wymusiły weryfikację tych wizji, prezentując martwy świat pokryty kraterami. Wiele porównań z Ziemią okazało się jednak trafnych. Przykładowo, hipoteza o istnieniu w przeszłości oceanu na Marsie, ma początki w misjach Vikingów i została spopularyzowana w latach osiemdziesiątych. Gdy istnienie wody okazało się prawdopodobne, powstanie życia na Marsie znów zaczęło być uważane za możliwe i wzrosło postrzegane podobieństwo Marsa do Ziemi.

Podobnie aż do lat sześćdziesiątych XX w. Wenus była uważana, również przez naukowców za cieplejszą wersję Ziemi z grubszą atmosferą. Co do panujących na niej warunków, istniały hipotezy, że jest gorąca, pustynna i zapylona lub wilgotna, z chmurami i oceanami. Wenus w fikcji była przedstawiana jako podobna do Ziemi, spekulowano też o istnieniu wenusjańskiej cywilizacji. Jednak gdy próbniki zebrały dane naukowe o planecie, wizje te okazały się fałszywe.

Właściwości i kryteria Zazwyczaj przyjmuje się, że planeta ziemiopodobna będzie planetą skalistą. Istnieją analizy naukowe poświęcone możliwości odnalezienia planet tego typu. Często przyjmuje się inne kryteria takie jak rozmiar planety, typ gwiazdy (gwiazda typu słonecznego), odległość planety od gwiazdy, stabilność orbity, nachylenie osi, rotacja, podobna geografia, istnienie oceanów, właściwe warunki klimatyczne, silna magnetosfera, czy nawet obecność złożonych form życia (możliwość konwergencji i parelelizmu ewolucyjnego). Jeżeli istnieje złożone życie, lasy mogą pokrywać znaczną część powierzchni lądów. Jeżeli istnieją istoty rozumne, na planecie mogą znajdować się miasta. Niektóre z tych cech mogą być jednak mało prawdopodobne, ponieważ wynikają z dziejów Ziemi. Przykładowo, ziemska atmosfera nie zawsze była bogata w tlen. Jego obecność jest biosygnaturą wynikającą z obecności fotosyntetyzujących form życia. Również cechy wynikające z oddziaływania Księżyca (takie jak pływy) mogą także stanowić rzadkość we Wszechświecie.

Rozmiar mały|300px|Porównanie wielkości planet układu TRAPPIST-1 i planet grupy ziemskiej w Układzie Słonecznym. Wielkość jest często uważana za wskaźnik podobieństwa do Ziemi, planety o podobnym rozmiarze są najprawdopodobniej skaliste i mogą utrzymać dostatecznie grubą atmosferę. Do obliczenia wskaźnika ESI używa się masy i promienia.

Obecnie znanych jest bardzo wiele planet o rozmiarach podobnych do Ziemi lub niewiele większych. Poniższa tabela wymienia wybrane planety i księżyce o rozmiarze najbardziej zbliżonym do ziemskiego: Nazwa Masa() Promień() Uwagi Kepler-186f 1,5 1,2 Krąży w ekosferze czerwonego karłaProxima Centauri b ≥1,3 1,1 ± 0,3 W ekosferze czerwonego karła Kepler-20f < 14,3 1,03 Nieco większa i prawdopodobnie bardziej masywna TRAPPIST-1f 0,7 1,0 Krąży w ekosferze bardzo słabego czerwonego karła Ziemia 1 1 TRAPPIST-1e 0,6 0,9 Krąży w ekosferze bardzo słabego czerwonego karła Wenus 0,815 0,949 Trochę mniejsza, z drastycznym efektem cieplarnianym TRAPPIST-1d 0,4 0,8 Krąży blisko gwiazdy, z odpowiednią atmosferą może być ziemiopodobna Kepler-20e < 3,08 0,87 Mniejsza Kepler-42b < 2,9 0,78 Mniejsza, krąży zbyt blisko gwiazdy aby utrzymać ciekłą wodę Mars 0,107 0,533 Sporo mniejszy Ganimedes 0,025 0,413 Sporo mniejszy Tytan 0,0225 0,404 Sporo mniejszy

To porównanie wskazuje, że sam rozmiar niewiele mówi o panujących na powierzchni warunkach. Równie ważna jest temperatura: Wenus, Kepler-42b, czy planety układu Kepler-20 (odkryte w 2011) są bardzo gorące; Mars, Ganimedes i Tytan są zbyt zimne. Na planetach o podobnym rozmiarze mogą więc panować skrajnie różne warunki. Masy znanych księżyców są bardzo małe w porównaniu do Ziemi, a dokładny pomiar mas planet pozasłonecznych jest bardzo trudny. Mimo to, odkrycie planet zbliżonych rozmiarem do Ziemi jest ważne, gdyż wskazuje na częstość występowania planet ziemiopodobnych. Jednym z pierwszych kroków do odkrycia planety prawdziwie podobnej do Ziemi może być sporządzenie listy planet o podobnym rozmiarze, a następnie porównanie ich temperatur.

Planeta skalista mały|upright|Powierzchnia Tytana (zdjęcie z próbnika Huygens), w pewnym stopniu podobna do ziemskich obszarów zalewowych. Innym często podawanym kryterium jest konieczność, by bliźniaczka Ziemi była planetą skalistą. Jej powierzchnia powinna posiadać podobne właściwości geologiczne, lub przynajmniej powinna mieć podobny skład jak ziemska. Najlepszymi znanymi przykładami są tu Mars i Tytan. Mimo istnienia podobnych form terenu i kształtujących je procesów, istnieją znaczące różnice, jak temperatura, zawartość i stan skupienia wody (w obu przypadkach dominuje stały).

Wiele form terenu i minerałów obecnych na Ziemi powstało na skutek oddziaływania z wodą (np. glina i skały osadowe) lub działalności form życia (np. wapień oraz węgiel), oddziaływania z atmosferą i wulkanizmu. Planeta prawdziwie ziemiopodobna musiałaby uformować się w wyniku podobnych procesów.

Temperatura Istnieje wiele czynników, które wpływają na temperaturę planety, a zatem wiele możliwości oszacowania temperatury w sytuacji, gdy warunki atmosferyczne są nieznane. Dla planet pozbawionych atmosfer jest stosowana temperatura równowagowa. Jeśli planeta ma atmosferę, zakłada się obecność efektu cieplarnianego. Można też zmierzyć temperaturę powierzchni. Na każdą z tych temperatur wpływa klimat, który zależy od orbity i rotacji (lub obrotu synchronicznego) planety, wprowadzając do równania dalsze zmienne.

Temperatury Wenus Ziemia Kepler-22b Mars Globalnatemperaturarównowagowa 307 K34 °C 255 K−18 °C 262 K−11 °C 206 K−67 °C poziom e.c.jak na Wenus 737 K464 °C poziom e.c.jak na Ziemi 288 K15 °C 295 K22 °C poziom e.c.jak na Marsie 210 K−63 °C Obrótsynchroniczny Prawie Nie Nie wiadomo Nie Globalnealbedo Bonda 0,9 0,29 Nie wiadomo 0,25 Źródła:

Gwiazda typu słonecznego

Innym kryterium uznania planety za ziemiopodobną jest okrążanie przez nią gwiazdy podobnej do Słońca pod względem fotometrycznym i typu widmowego. Skład chemiczny planety wokół bliźniaka Słońca o podobnej zawartości metali może być zbliżony do składu Ziemi. Ponadto, kryterium to eliminuje ekstremalne właściwości i zmienność, które mogą charakteryzować inne typy gwiazd.

Mimo że odkryto planety okrążające gwiazdy podobne do Słońca, większość to gazowe olbrzymy i superziemie; wiele układów planetarnych bardzo odbiega budową od naszego.

Kepler-22, macierzysta gwiazda Kepler-22b jest nieco mniejsza i chłodniejsza od Słońca.

Typ gwiazdy nie zawsze wskazuje na cechy okrążających ją planet. Mars i Wenus obiegają tę samą gwiazdę co Ziemia, ale różnią się od naszej planety składem i innymi właściwościami.

Woda na powierzchni i cykl hydrologiczny mały|400px|Woda pokrywa 70% powierzchni Ziemi i jest niezbędna dla wszystkich znanych form życia. mały|Kepler-22b, krążąca w ekosferze gwiazdy typu słonecznego, może być najbardziej obiecującym pozasłonecznym kandydatem do odkrycia ciekłej wody na powierzchni, choć jest o wiele większa od Ziemi, a jej skład pozostaje nieznany.

Pojęcie ekosfery (lub „strefy ciekłej wody”) definiuje region, gdzie woda może istnieć w stanie ciekłym na powierzchni planety, na podstawie właściwości Ziemi i Słońca. Według tego modelu, Ziemia orbituje mniej więcej w środku ekosfery. Jest to jedyna znana planeta, na której istnieją znaczące akweny. Wenus znajduje się po gorącej stronie ekosfery, a Mars po chłodnej; żadna z tych planet nie posiada obecnie zbiorników wodnych. Pozasłoneczne planety lub księżyce znajdujące się w ekosferze mogą jednak mieć akweny podobne do ziemskich. Oprócz zbiorników wodnych (oceanów i jezior), dla uznania planety za rzeczywiście ziemiopodobną niezbędne byłyby też lądy (planeta oceaniczna pozbawiona lądów nie byłaby ziemiopodobna).

Twierdzi się, że planeta prawdziwie ziemiopodobna musi nie tylko zajmować podobną pozycję w swoim układzie planetarnym, ale też okrążać podobną gwiazdę i mieć w przybliżeniu kolistą orbitę. Według tych kryteriów, najlepszym kandydatem jest Kepler-22b, który jest jednak sporo większy od Ziemi, a jego skład i budowa są nieznane. Również nasz Układ Słoneczny uczy, że planety w ekosferze wcale nie muszą być „ziemiopodobne”.

Planety o znaczącym stopniu podobieństwa do Ziemi mogą być znalezione przy użyciu mniej ścisłych kryteriów. W pewnych warunkach, np. przy silnym efekcie cieplarnianym, wysokim ciśnieniu lub grawitacji, planeta mogłaby utrzymać oceany i jeziora znajdując się poza klasycznie zdefiniowaną ekosferą. Tytan, znajdujący się daleko poza ekosferą, jest jedynym oprócz Ziemi ciałem w Układzie Słonecznym z cieczą na powierzchni, choć są to węglowodory, a nie woda. W innych układach planetarnych mogą istnieć światy podobne do Ziemi, jednak o suchej lub zlodowaciałej powierzchni pomimo istnienia pary wodnej w atmosferze, wód gruntowych lub podziemnych oceanów, o powierzchni porównywalnej do ziemskich pustyń lub obszarów polarnych.

Kandydaci w Układzie Słonecznym