Gledajući u budućnost, NASA i druge svemirske agencije polažu velike nade u područje istraživanja ekstra sunčevih planeta. U proteklom desetljeću broj poznatih egzoplaneta dostigao je tek 4000, a očekuje se da će se naći mnogo više nakon što se teleskopi nove generacije postave u uporabu. I s toliko mnogo egzoplaneta za proučavanje, ciljevi istraživanja polako su se odmaknuli od procesa otkrića i ka karakterizaciji.
Nažalost, znanstvenike i dalje muči činjenica da je ono što mi smatramo „naseljenom zonom“ podložno mnogim pretpostavkama. Baveći se time, međunarodni tim istraživača nedavno je objavio članak u kojem su naznačili kako bi buduća istraživanja egzoplaneta mogla izgledati izvan primjera analognosti Zemlji kao pokazatelja stambenosti i usvojiti sveobuhvatniji pristup.
Rad pod naslovom "Prognoze o prihvatljivoj zoni i kako ih testirati" nedavno se pojavio na mreži i podnio je kao bijelu knjigu u Dekadnom istraživanju astronomije i astrofizike Astro 2020. Tim koji je stajao predvodio je Ramses M. Ramirez, istraživač sa Instituta za znanost o Zemlji-život (ELSI) i Instituta za svemirske znanosti (SSI), kojem su se pridružili koautori i koautori s 23 sveučilišta i institucije.
Svrha dekadalnog istraživanja je razmotriti prethodno postignut napredak u različitim područjima istraživanja i odrediti prioritete za naredno desetljeće. Kao takvo, istraživanje pruža presudne smjernice NASA-i, Nacionalnoj svemirskoj zakladi (NSF) i Ministarstvu energetike dok planiraju svoje ciljeve istraživanja astronomije i astrofizike za budućnost.
Trenutno se mnogi od tih ciljeva usredotočuju na proučavanje egzoplaneta, što će imati koristi u nadolazećim godinama korištenjem teleskopa nove generacije poput James Webb svemirski teleskop (JWST) i Svemirski infracrveni svemirski teleskop (WFIRST), kao i zemaljska opservatorija poput ekstremno velikog teleskopa (ELT), tridesetmetarskog teleskopa i divovskog Magellanovog teleskopa (GMT).
Jedan od glavnih prioriteta egzoplanet istraživanja je traženje planeta na kojima bi mogao postojati izvanzemaljski život. S tim u vezi, znanstvenici određuju planete kao "potencijalno useljive" (i stoga su vrijedni praćenja) na temelju toga mogu li orbitirati unutar naseljenih zona zvijezda (HZ) ili ne. Iz tog razloga je razborito pogledati što ide u definiranje HZ-a.
Kao što su Ramirez i njegovi kolege naveli u svom radu, jedno od glavnih problema s egzistencijom egzoplaneta je razina pretpostavki koje se stvaraju. Da bi se razgradila, većina definicija HZ pretpostavlja prisutnost vode na površini, jer je to jedino otapalo za koje se trenutno zna da živi život. Te iste definicije pretpostavljaju da život zahtijeva stjenovitu planetu s tektonskom aktivnošću koja kruži oko odgovarajuće svijetle i tople zvijezde.
No, nedavna su istraživanja postavila sumnju u mnoge od tih pretpostavki. Ovo uključuje studije koje pokazuju kako atmosferski kisik ne znači automatski život, posebno ako je taj kisik rezultat kemijske disocijacije, a ne fotosinteza. Druga su istraživanja pokazala kako prisutnost plina za kisik tijekom ranih razdoblja evolucije planeta može spriječiti porast osnovnih životnih oblika.
Također, nedavno su objavljena istraživanja koja pokazuju kako tektonika ploča možda nije potreban za nastanak života i da takozvani "vodeni svjetovi" možda neće moći podržati život (ali još uvijek mogu). Povrh svega, imate teoretski rad koji sugerira da bi se život mogao razvijati u morima metana ili amonijaka na drugim nebeskim tijelima.
Ključni primjer ovdje je Saturnov Mjesec Titan, koji se može pohvaliti okruženjem bogatim prebiotičkim uvjetima i organskom kemijom - za koje neki znanstvenici misle da bi mogli poduprijeti egzotične oblike života. Na kraju, znanstvenici pretražuju poznate biomarkere poput vode i ugljičnog dioksida jer su povezani sa životom na Zemlji, jedinim poznatim primjerom planeta koji donosi život.
No, kako je Ramirez objasnio Space Magazinu putem e-pošte, ovaj način razmišljanja (gdje se analozi Zemlje smatraju prikladnim za život) još uvijek je prepun problema:
„Klasična definicija nastanjivih zona je pogrešna jer se njezina konstrukcija temelji na klimatskim argumentima usredotočenim na Zemlju koji mogu ili ne moraju biti primjenjivi na druge potencijalno naseljene planete. Na primjer, pretpostavlja se da se atmosferska atmosfera s više bara može podržati na potencijalno naseljenim planetima u blizini vanjskog ruba naseljene zone. Međutim, tako visoke razine CO2 toksične su za biljke i životinje na Zemlji, pa bez boljeg razumijevanja granica života ne znamo koliko je ta pretpostavka razumna.
„Klasični HZ također pretpostavlja da su CO2 i H2O ključni staklenički plinovi koji održavaju potencijalno planete za život, ali nekoliko je studija posljednjih godina razvilo alternativne definicije HZ koristeći različite kombinacije stakleničkih plinova, uključujući i one koje bi, iako su na Zemlji relativno male, mogle biti važan za ostale potencijalno useljive planete. "
U prethodnoj studiji, dr. Ramirez je pokazao kako prisutnost metana i plina vodika također može uzrokovati
Srećom, ove će se definicije imati priliku testirati, zahvaljujući primjeni teleskopa nove generacije. Ne samo da će znanstvenici moći testirati neke dugogodišnje pretpostavke na kojima se temelje HZ-ovi,
„Teleskopi sljedeće generacije mogli bi testirati nastanjivu zonu pretraživanjem predviđenog povećanja atmosferskog tlaka CO2 dalje od planeta udaljenog od potencijalno naseljenih planeta. Ovo bi također testiralo je li karbonatno-silikatni ciklus, za koji mnogi vjeruju da je naš planet održao veći dio povijesti, univerzalni proces ili ne. "
U ovom se procesu silikatne stijene pretvaraju u ugljične stijene vremenskim prilikama i erozijom, dok se ugljične stijene pretvaraju u silikatne stijene vulkanskom i geološkom aktivnošću. Ovaj ciklus osigurava dugoročnu stabilnost Zemljine atmosfere održavanjem razine CO2 dosljednim tijekom vremena. Također ilustrira kako su voda i ploče tektonika bitni za život onakav kakav znamo.
Međutim, ova vrsta ciklusa može postojati samo na planetama sa zemljom, što učinkovito isključuje "vodene svjetove". Smatra se da su ove egzoplanete - koje su uobičajene oko zvijezda M tipa (crveni patuljak) - do 50% vode po masi. S ovom količinom vode na njihovim površinama, "vodeni svjetovi" će vjerojatno imati guste slojeve leda na granici jezgrenog plašta i na taj način spriječiti hidrotermalnu aktivnost.
Ali kao što je već napomenuto, postoje neka istraživanja koja pokazuju kako bi ti planeti i dalje mogli biti useljivi. Iako bi obilje vode spriječilo apsorpciju ugljičnog dioksida u stijenama i umanjilo vulkansku aktivnost, simulacije su pokazale da ti planeti i dalje mogu kretati ugljik između atmosfere i oceana, održavajući klimu stabilnom.
Ako postoje tipovi okeanskih svjetova, kaže dr. Ramirez, znanstvenici bi ih mogli otkriti kroz njihovu planetarnu gustoću i atmosferu pod visokim tlakom. A tu su i materijali raznih stakleničkih plinova, koji nisu uvijek pokazatelj toplije planetarne atmosfere, ovisno o vrsti zvijezde.
"Iako metan zagrijava naš planet, otkrili smo da metan zapravo hladi površine nastanjivih zona planeta u orbiti oko zvijezda crvenih patuljaka!" On je rekao. "Ako je to slučaj, visoke količine atmosferskog metana na takvim planetima mogu značiti smrznute uvjete koji su možda neprikladni za život domaćina. To ćemo moći primijetiti u planetarnim spektrima. "
Kada je riječ o crvenim patuljcima, rasprava vodi hoće li planeti koji okružuju ove zvijezde uspjeti održati atmosferu ili ne. U posljednjih nekoliko godina učinjeno je više otkrića koja ukazuju na to da su stjenovite, prizemno zatvorene planete česte oko zvijezda crvenih patuljaka, te da orbitiraju unutar svojih ZZ zvijezda.
Međutim, naknadna istraživanja pojačala su teoriju da će nestabilnost zvijezda crvenih patuljaka vjerojatno rezultirati solarnim bljeskalicama koje bi uklonile bilo koji naš planet iz njihove atmosfere. I na kraju, Ramirez i njegovi kolege ističu mogućnost da bi se životni planeti mogli naći u orbiti oko onoga što se (donedavno) smatralo malo vjerojatnim kandidatom.
To bi bile glavne zvijezde tipa A - poput Siriusa A, Altaira i Vege - za koje se smatralo da su previše svijetle i tople da bi bile pogodne za stanovanje. Rekao je dr. Ramirez ovu mogućnost:
"Također me zanima otkrivanje da li postoji život na obitavajućim zonama planeta u orbiti oko A-zvijezda. Ne postoji mnogo objavljenih procjena planetarne naseljenosti A zvijezda, ali neke arhitekture sljedeće generacije planiraju ih promatrati. Uskoro ćemo saznati više o prikladnosti A-zvijezda za život. "
Konačno, studije poput ove, koje dovode u pitanje definiciju "stambene zone", bit će korisne kada će misije nove generacije započeti sa znanstvenim operacijama. Svojim instrumentima veće rezolucije i osjetljivijim instrumentima moći će testirati i potvrditi mnoga predviđanja koja su postavili znanstvenici.
Ovi će testovi također potvrditi da li bi život mogao postojati vani samo onako kako znamo ili također izvan parametara za koje smatramo da su "slični Zemlji". No, kako je dodao Ramirez, studija koju su on i njegovi kolege proveli također naglašava koliko je važno da i dalje ulažemo u naprednu tehnologiju teleskopa:
„Naš rad također naglašava važnost kontinuiranog ulaganja u naprednu tehnologiju teleskopa. Moramo biti u mogućnosti pronaći i karakterizirati što više naseljenih zona planeta ako želimo povećati svoje šanse za pronalaženje života. Ipak se nadam da će naš rad nadahnuti ljude da sanjaju tek sljedećih 10 godina. Doista vjerujem da će s vremenom nastupiti misije koje će biti daleko sposobnije od svega onoga što trenutno projektiramo. Naši trenutni napori samo su početak mnogo predanijeg zalaganja za našu vrstu. "
Sastanak Dekadnog istraživanja 2020. zajedno organizira Odbor za fiziku i astronomiju i Odbor za svemirske studije Nacionalne akademije znanosti, a uslijedit će izvješće koje će se objaviti za otprilike dvije godine.
