W ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci w naszej galaktyce odkryto tysiące planet pozasłonecznych. Według stanu na 28 lipca 2018 r. W 2814 układach planetarnych potwierdzono w sumie 3374 planet pozasłonecznych. Podczas gdy większość tych planet była gazowymi gigantami, coraz większa ich liczba ma charakter ziemski (tj. Skalisty) i stwierdzono, że krążą wokół odpowiednich stref mieszkalnych ich gwiazd (HZ).
Jednak, jak pokazuje przypadek Układu Słonecznego, strefa zagrożenia nie musi oznaczać, że planeta może utrzymać życie. Chociaż Wenus i Mars znajdują się odpowiednio na wewnętrznej i zewnętrznej krawędzi HZ Słońca, żadne z nich nie jest w stanie utrzymać życia na jej powierzchni. A ponieważ cały czas odkrywa się coraz więcej planet potencjalnie nadających się do zamieszkania, nowe badania sugerują, że nadszedł czas na dopracowanie naszej definicji stref nadających się do zamieszkania.
Badanie zatytułowane „Bardziej kompleksowa strefa mieszkalna do znajdowania życia na innych planetach” pojawiła się niedawno w Internecie. Badanie zostało przeprowadzone przez dr Ramsesa M. Ramireza, naukowca z Earth-Life Science Institute w Tokyo Institute of Technology. Od lat dr Ramirez bierze udział w badaniu światów potencjalnie zamieszkałych i zbudował modele klimatyczne, aby ocenić procesy, dzięki którym planety nadają się do zamieszkania.
Jak wskazał dr Ramirez w swoich badaniach, najbardziej ogólną definicją strefy nadającej się do zamieszkania jest okrągły obszar wokół gwiazdy, w którym temperatury powierzchni na orbitującym ciele byłyby wystarczające do utrzymania wody w stanie ciekłym. Samo to nie oznacza jednak, że planeta nadaje się do zamieszkania i należy wziąć pod uwagę dodatkowe względy, aby ustalić, czy życie naprawdę mogłoby tam istnieć. Jak dr Ramirez powiedział Space Magazine za pośrednictwem poczty elektronicznej:
„Najpopularniejszym wcieleniem HZ jest klasyczna HZ. Ta klasyczna definicja zakłada, że najważniejszymi gazami cieplarnianymi na planetach potencjalnie zamieszkałych są dwutlenek węgla i para wodna. Zakłada również, że zamieszkiwanie na takich planetach jest podtrzymywane przez cykl węglanowo-krzemianowy, jak ma to miejsce w przypadku Ziemi. Na naszej planecie cykl węglanowo-krzemianowy jest zasilany przez tektonikę płyt.
„Cykl węglanowo-krzemianowy reguluje transfer dwutlenku węgla między atmosferą, powierzchnią i wnętrzem Ziemi. Działa jak termostat planetarny w długich skalach czasowych i zapewnia, że w atmosferze nie ma zbyt dużo CO2 (planeta staje się zbyt gorąca) lub zbyt mało (planeta staje się zbyt zimna). Klasyczna HZ zakłada także (zwykle), że planety nadające się do zamieszkania posiadają całkowite zapasy wody (np. Całkowitą wodę w oceanach i morzach) podobną wielkością do tej na Ziemi. ”
Można to nazwać podejściem „nisko wiszących owoców”, w którym naukowcy szukali oznak nadających się do zamieszkania w oparciu o to, co my, ludzie, jesteśmy najbardziej zaznajomieni. Biorąc pod uwagę, że jedynym przykładem zamieszkiwania przez nas jest planeta Ziemia, badania egzoplanet koncentrowały się na poszukiwaniu planet, które są „podobne do Ziemi” pod względem składu (tj. Skalistego), orbity i wielkości.
Jednak w ostatnich latach ta definicja została zakwestionowana przez nowsze badania. W miarę jak badania egzoplanet odeszły od zwykłego wykrywania i potwierdzania istnienia ciał wokół innych gwiazd i zaczęły się charakteryzować, pojawiły się nowe formuły HZ, które próbowały uchwycić różnorodność potencjalnie zamieszkałych światów.
Jak wyjaśnił dr Ramirez, te nowsze formuły uzupełnia tradycyjne pojęcia HZ, biorąc pod uwagę, że planety nadające się do zamieszkania mogą mieć różne składy atmosferyczne:
„Na przykład rozważają wpływ dodatkowych gazów cieplarnianych, takich jak CH4 i H2, które zostały uznane za ważne dla wczesnych warunków na Ziemi i Marsie. Dodanie tych gazów powoduje, że strefa mieszkalna jest szersza niż to, co można przewidzieć w klasycznej definicji HZ. To świetnie, ponieważ planety, które prawdopodobnie znajdowały się poza strefą HZ, takie jak TRAPPIST-1h, mogą być teraz w jej obrębie. Argumentowano również, że planety o gęstej atmosferze CO2-CH4 w pobliżu zewnętrznej krawędzi HZ cieplejszych gwiazd mogą być zamieszkałe, ponieważ trudno jest utrzymać takie atmosfery bez obecności życia. ”
Jedno z takich badań przeprowadzili dr Ramirez i Lisa Kaltenegger, profesor nadzwyczajny w Carl Sagan Institute na Cornell University. Według artykułu, który wyprodukowali w 2017 roku, który ukazał się w Astrophysical Journal Letters,łowcy egzoplanet mogli znaleźć planety, które pewnego dnia stałyby się zamieszkalne w oparciu o aktywność wulkaniczną - które można by dostrzec dzięki obecności wodoru (H2) w ich atmosferze.
Teoria ta jest naturalnym rozszerzeniem poszukiwań warunków „podobnych do Ziemi”, które uważają, że atmosfera Ziemi nie zawsze była taka, jak jest dzisiaj. Zasadniczo planetolodzy twierdzą, że miliardy lat temu wczesna atmosfera ziemska miała obfite zapasy wodoru (H2) z powodu odgazowania wulkanu i interakcji między cząsteczkami wodoru i azotu w tej atmosferze utrzymywała Ziemię w cieple wystarczająco długo, aby życie mogło się rozwijać.
W przypadku Ziemi wodór ostatecznie uciekł w przestrzeń kosmiczną, co uważa się za przypadek wszystkich planet ziemskich. Jednak na planecie, na której występuje wystarczający poziom aktywności wulkanicznej, obecność wodoru w atmosferze mogłaby zostać utrzymana, umożliwiając w ten sposób efekt cieplarniany, który utrzymywałby ciepło ich powierzchni. Pod tym względem obecność wodoru w atmosferze planety mogłaby zwiększyć strefę HZ gwiazdy.
Według Ramireza istnieje również czynnik czasu, który zwykle nie jest brany pod uwagę przy ocenie stref zagrożenia. Krótko mówiąc, gwiazdy ewoluują w czasie i emitują różne poziomy promieniowania w zależności od ich wieku. Ma to wpływ na zmianę zasięgu HZ gwiazdy, co może nie obejmować planety, która jest obecnie badana. Jak wyjaśnił Ramirez:
„Wykazano, że krasnoludy M (naprawdę chłodne gwiazdy) są tak jasne i gorące, gdy po raz pierwszy formują się, że mogą wysuszyć wszelkie młode planety, które później zostaną określone jako klasyczne HZ. Podkreśla to fakt, że fakt, iż planeta znajduje się obecnie w strefie nadającej się do zamieszkania, nie oznacza, że faktycznie nadaje się do zamieszkania (nie mówiąc o zamieszkaniu). Powinniśmy być w stanie uważać na te przypadki.
Wreszcie pojawia się kwestia tego, jakie rodzaje astronomów obserwowali układ gwiezdny podczas poszukiwania egzoplanet. Podczas gdy w wielu badaniach badano żółtą gwiazdę karła typu G (jakim jest nasze Słońce), wiele badań koncentrowało się ostatnio na gwiazdach typu M (czerwony karzeł) ze względu na ich długowieczność i fakt, że uważali ją za najbardziej miejsce, w którym można znaleźć planety skaliste krążące wokół stref gwiazdowych ich gwiazd.
„Podczas gdy większość wcześniejszych badań koncentrowała się na układach jednogwiazdkowych, ostatnie prace sugerują, że planety nadające się do zamieszkania można znaleźć w układach podwójnych gwiazd, a nawet w układach czerwonych olbrzymów lub białych karłów, planety potencjalnie nadające się do życia mogą również przybrać formę światów pustynnych, a nawet światów oceanicznych, które są znacznie bardziej wilgotne niż Ziemia ”- mówi Ramirez. „Takie sformułowania nie tylko znacznie rozszerzają przestrzeń parametrów potencjalnie zamieszkałych planet w poszukiwaniu, ale pozwalają nam odfiltrować światy, które najbardziej (i najmniej) prawdopodobnie będą gospodarzem życia”.
Ostatecznie badanie to pokazuje, że klasyczna HZ nie jest jedynym narzędziem, które można wykorzystać do oceny możliwości życia pozaziemskiego. W związku z tym Ramirez zaleca, aby w przyszłości astronomowie i łowcy egzoplanet uzupełniali klasyczną strefę zagrożenia o dodatkowe względy podniesione przez te nowsze formuły. Czyniąc to, mogą po prostu zmaksymalizować swoje szanse na znalezienie życia pewnego dnia.
„Zalecam, aby naukowcy zwracali szczególną uwagę na wczesne etapy układów planetarnych, ponieważ pomaga to określić prawdopodobieństwo, że planeta, która obecnie znajduje się w dzisiejszej strefie życia, jest rzeczywiście warta dalszych badań w celu uzyskania dalszych dowodów życia” - powiedział. „Polecam także, aby różne definicje HZ były używane łącznie, abyśmy mogli jak najlepiej określić, które planety prawdopodobnie będą gospodarzem życia. W ten sposób możemy uszeregować te planety i określić, na których z nich spędzimy większość czasu i energii naszego teleskopu. Po drodze sprawdzilibyśmy również, jak ważna jest koncepcja HZ, w tym określić, jak uniwersalny jest cykl węglanowo-krzemianowy w skali kosmicznej. ”
