Žvelgiant į ateitį, NASA ir kitos kosmoso agentūros deda dideles viltis į saulės spinduliuotės planetų tyrimų lauką. Per pastarąjį dešimtmetį žinomų egzoplanetų skaičius siekė vos 4000, o tikimasi rasti dar daug, kai tik bus pradėti naudoti naujos kartos teleskopai. Ir tiek daug tyrinėjamų egzoplanetų, tyrimų tikslai pamažu tolsta nuo atradimo proceso ir prie apibūdinimo.
Deja, mokslininkus vis dar vargina tai, kad tai, ką mes laikome „gyvenamąja zona“, yra grindžiama daugybe prielaidų. Siekdama išspręsti šią problemą, tarptautinė tyrėjų grupė neseniai paskelbė dokumentą, kuriame nurodė, kaip būsimi egzoplanetų tyrimai galėtų atrodyti ne tik Žemės analogų pavyzdžiai, kaip apgyvendinimo požymiai, ir laikytųsi išsamesnio požiūrio.
Straipsnis pavadinimu „Gyvenamosios zonos prognozės ir kaip jas išbandyti“ neseniai pasirodė internete ir buvo pateiktas kaip baltasis leidinys „Astro 2020“ dešimtmečio astronomijos ir astrofizikos tyrimui. Už jos esančiai komandai vadovavo Žemės gyvybės mokslo instituto (ELSI) ir Kosmoso mokslo instituto (SSI) tyrėjas Ramsesas M. Ramirezas, prie kurio prisijungė bendraautoriai ir bendraautoriai iš 23 universitetų ir institucijų.
Dekadalinio tyrimo tikslas - įvertinti anksčiau padarytą pažangą įvairiose tyrimų srityse ir nustatyti ateinančio dešimtmečio prioritetus. Iš esmės apklausa suteikia esminių gairių NASA, Nacionaliniam kosmoso fondui (NSF) ir Energetikos departamentui planuojant savo astronomijos ir astrofizikos tyrimų tikslus ateityje.
Šiuo metu daugelis šių tikslų yra sutelkti į egzoplanetų tyrimus, kurie ateinančiais metais bus naudingi diegiant naujos kartos teleskopus, tokius kaip Džeimso Webbo kosminis teleskopas (JWST) ir Plataus lauko infraraudonųjų spindulių teleskopas (WFIRST), taip pat antžemines observatorijas, tokias kaip Ypač didelis teleskopas (ELT), Trisdešimties metrų teleskopas ir Milžiniškas Magelano teleskopas (GMT).
Vienas iš svarbiausių egzoplanetos tyrimų prioritetų yra ieškoti planetų, kuriose galėtų egzistuoti nežemiškas gyvenimas. Šiuo atžvilgiu mokslininkai nurodo, kad planetos yra „potencialiai tinkamos gyventi“ (todėl vertos tolesnių stebėjimų), atsižvelgiant į tai, ar jos skrieja savo žvaigždžių gyvenamosiose zonose (HZ), ar ne. Dėl šios priežasties protinga pasidomėti, kas yra HZ apibrėžimas.
Kaip savo dokumente pažymėjo Ramirezas ir jo kolegos, viena pagrindinių egzoplanetų apgyvendinimo problemų yra padarytų prielaidų lygis. Norint jį suskaidyti, daugumoje HZ apibrėžimų daroma prielaida, kad paviršiuje yra vandens, nes tai yra vienintelis tirpiklis, kuris šiuo metu žinomas šeimininko gyvenimui. Tie patys apibrėžimai daro prielaidą, kad gyvenimui reikalinga tektoninio aktyvumo uolėta planeta, kuri skrieja aplink tinkamai ryškią ir šiltą žvaigždę.
Tačiau naujausi tyrimai sukėlė abejonių dėl daugelio šių prielaidų. Tai apima tyrimus, kurie rodo, kaip atmosferos deguonis savaime nereiškia gyvybės buvimo - ypač jei tas deguonis yra cheminės disociacijos, o ne fotosintezės rezultatas. Kiti tyrimai parodė, kaip deguonies dujų buvimas ankstyvaisiais planetos evoliucijos laikotarpiais galėtų užkirsti kelią pagrindinių gyvybės formų atsiradimui.
Be to, neseniai atlikti tyrimai parodė, kad plokštelektonikai gali būti nereikalingi gyvybei atsirasti, ir kad vadinamieji „vandens pasauliai“ gali nepalaikyti gyvybės (bet vis tiek galėtų). Be to, jūs turite teorinį darbą, kuris rodo, kad gyvenimas galėtų vystytis metano ar amoniako jūrose ant kitų dangaus kūnų.
Pagrindinis pavyzdys yra Saturno mėnulio titanas, kuris gali pasigirti aplinka, kurioje gausu prebiotinių sąlygų ir organinės chemijos - kuri, kai kurių mokslininkų manymu, galėtų palaikyti egzotiškas gyvybines formas. Galų gale mokslininkai ieško žinomų biomarkerių, tokių kaip vanduo ir anglies dioksidas, nes jie yra siejami su gyvybe Žemėje, vieninteliu žinomu gyvybės nešančios planetos pavyzdžiu.
Tačiau kaip el. Paštu „Ramirez“ paaiškino „Space Magazine“, ši mąstysena (kai Žemės analogai laikomi tinkamais gyvybei) vis dar kupina problemų:
„Klasikinė gyvenamosios zonos apibrėžtis yra ydinga, nes jos konstrukcija daugiausia grindžiama į Žemę nukreiptais klimatologiniais argumentais, kurie gali būti arba negali būti taikomi kitoms potencialiai gyvenamoms planetoms. Pavyzdžiui, daroma prielaida, kad kelių barų CO2 atmosferą galima palaikyti potencialiai gyvenamose planetose, esančiose netoli gyvenamosios zonos išorinio krašto. Tačiau toks aukštas CO2 kiekis yra toksiškas Žemės augalams ir gyvūnams, todėl geriau nesuprasdami gyvenimo ribų, nežinome, kokia pagrįsta ši prielaida.
„Klasikinis HZ taip pat daro prielaidą, kad CO2 ir H2O yra pagrindinės šiltnamio efektą sukeliančios dujos, palaikančios potencialiai gyvenamas planetas, tačiau pastaraisiais metais atlikus keletą tyrimų buvo sukurti alternatyvūs HZ apibrėžimai, naudojant skirtingus šiltnamio efektą sukeliančių dujų derinius, įskaitant tuos, kurie, nors ir palyginti nedideli Žemėje, gali būti svarbu kitoms potencialiai gyvenamoms planetoms. “
Ankstesniame tyrime dr. Ramirez parodė, kaip gali sukelti metano ir vandenilio dujų buvimas
Laimei, šie apibrėžimai turės galimybę būti išbandyti dėka naujos kartos teleskopų. Mokslininkai ne tik galės išbandyti kai kurias ilgalaikes prielaidas, kuriomis grindžiami HZ,
„Naujos kartos teleskopai galėtų išbandyti gyvenamąją zoną ieškodami numatomo atmosferos CO2 slėgio padidėjimo, kuo toliau nuo potencialiai tinkamų gyventi planetų. Tai taip pat patikrintų, ar karbonato-silikato ciklas, kuris, daugelio manymu, leido mūsų planetai gyventi didelę jos istorijos dalį, yra universalus procesas, ar ne. “
Šiame procese silikato uolienos virsta anglies uolienomis, veikiant oro sąlygoms ir erozijai, o anglies uolienos paverčiamos silikato uolienomis, atliekant vulkaninį ir geologinį aktyvumą. Šis ciklas užtikrina ilgalaikį Žemės atmosferos stabilumą, išlaikant CO2 lygį per tam tikrą laiką. Tai taip pat iliustruoja, kaip vanduo ir plokštelinė tektonika yra gyvybiškai svarbūs, kaip mes ją žinome.
Tačiau tokio tipo ciklas gali egzistuoti tik planetose, turinčiose žemę, kuri veiksmingai pašalina „vandens pasaulius“. Manoma, kad šios egzoplanetos, kurios gali būti paplitusios aplink M tipo (raudonosios nykštukės) žvaigždes, sudaro iki 50% vandens masės. Esant tokiam vandens kiekiui ant jų paviršių, „vandens pasauliai“ greičiausiai turi tankius ledo sluoksnius ties jų šerdies ir mantijos sritimi, taip užkertant kelią hidroterminiam aktyvumui.
Tačiau, kaip jau buvo pažymėta, yra keletas tyrimų, kurie rodo, kad šios planetos vis dar galėtų būti gyvenamosios vietos. Nors vandens gausa užkirstų kelią uolienų absorbcijai anglies dioksidu ir slopintų vulkaninį aktyvumą, modeliavimas parodė, kad šios planetos vis tiek galėjo cikliuoti anglį tarp atmosferos ir vandenyno, taip palaikydamos stabilų klimatą.
Jei egzistuotų šių tipų vandenynų pasauliai, sako dr. Ramirezas, mokslininkai galėtų juos aptikti per mažesnį planetų tankį ir aukšto slėgio atmosferą. Ir tada yra įvairių šiltnamio efektą sukeliančių dujų, kurios ne visada rodo šiltesnę planetų atmosferą, priklausomai nuo žvaigždės tipo.
"Nors metanas šildo mūsų planetą, mes nustatėme, kad metanas iš tikrųjų vėsina gyvenamųjų zonų planetų, besisukančių aplink raudonąsias nykštukines žvaigždes, paviršius!" jis pasakė. „Tokiu atveju didelis atmosferos metano kiekis tokiose planetose gali reikšti užšalusias sąlygas, kurios galbūt nėra tinkamos gyventi. Mes galėsime tai pastebėti planetų spektruose. “
Kalbant apie raudonuosius nykštukus, kyla diskusijos, ar planetos, kurios skrieja aplink šias žvaigždes, galėtų palaikyti atmosferą. Per pastaruosius kelerius metus buvo padaryta daugybė atradimų, leidžiančių manyti, kad akmenuotos, potvynio atrakcionuotos planetos yra paplitusios aplink raudonas nykštukines žvaigždes ir kad jos skrieja aplink atitinkamas žvaigždžių HZ.
Tačiau vėlesni tyrimai sustiprino teoriją, kad raudonųjų nykštukinių žvaigždžių nestabilumas greičiausiai sukels saulės spindulius, kurie pašalins visas jų atmosferą skriejančias planetas. Galiausiai Ramirezas ir jo kolegos iškelia galimybę, kad galėtų būti aptinkamos gyvenamosios planetos, kurios skrieja aplink tai, kas (iki šiol) buvo laikoma mažai tikėtina kandidate.
Tai būtų pagrindinės sekos A tipo žvaigždės - tokios kaip „Sirius A“, „Altair“ ir „Vega“ -, kurios, kaip manyta, buvo per šviesios ir karštos, kad tiktų gyventi. Pasak dr. Ramirez apie šią galimybę:
„Man taip pat įdomu išsiaiškinti, ar gyvybė gyvena gyvenamųjų zonų planetose, skriejančiose aplink A žvaigždes. Nebuvo paskelbta daug A žvaigždės planetų pritaikomumo vertinimų, tačiau kai kurios naujos kartos architektūros planuoja juos stebėti. Netrukus sužinosime daugiau apie A žvaigždžių tinkamumą gyvenimui. “
Galiausiai tokie tyrimai kaip šis, kurie abejoja „gyvenamosios zonos“ apibrėžimu, bus naudingi, kai naujos kartos misijos pradės mokslo operacijas. Didesnės skiriamosios gebos ir jautresniais instrumentais jie galės išbandyti ir patvirtinti daugelį prognozių, kurias padarė mokslininkai.
Šie bandymai taip pat patvirtins, ar gyvybė galėjo egzistuoti tik ten, kur mes ją žinome, ar ne tik už parametrų, kuriuos laikome „panašių į žemę“. Tačiau, kaip pridūrė Ramirezas, jo ir jo kolegų atliktas tyrimas taip pat pabrėžia, kaip svarbu toliau investuoti į pažangias teleskopų technologijas:
„Mūsų darbe taip pat pabrėžiama nuolatinių investicijų į pažangias teleskopų technologijas svarba. Turime sugebėti surasti ir apibūdinti kuo daugiau gyvenamųjų zonų planetų, jei norime maksimaliai išnaudoti savo galimybes susirasti gyvybę. Tačiau taip pat tikiuosi, kad mūsų leidinys įkvėps žmones svajoti ne tik apie kitus 10 metų. Aš tikrai tikiu, kad galiausiai įvyks misijų, kurios bus kur kas pajėgesnės už viską, ką šiuo metu planuojame. Dabartinės mūsų pastangos yra tik daug atsidavusių mūsų rūšių bandymo pradžia. “
2020 m. Dešimtmečio tyrimo susitikimą kartu rengs Fizikos ir astronomijos taryba ir Nacionalinės mokslų akademijos Kosmoso studijų valdyba. Po jo bus paskelbta ataskaita, kuri bus paskelbta maždaug po dvejų metų.
