Od czasu potwierdzenia pierwszej egzoplanety w 1992 r. Astronomowie znaleźli tysiące światów poza naszym Układem Słonecznym. W związku z coraz większą liczbą odkryć cały czas badania egzoplanet zaczęły powoli zmieniać się z odkrywania egzoplanet na charakterystykę egzoplanet. Zasadniczo naukowcy szukają teraz określenia składu egzoplanet, aby ustalić, czy mogą podtrzymywać życie.
Kluczową częścią tego procesu jest ustalenie, ile wody istnieje na egzoplanetach, co jest niezbędne dla życia, jakie znamy. Podczas ostatniej konferencji naukowej zespół naukowców przedstawił nowe badania, które wskazują, że woda będzie prawdopodobnie głównym składnikiem tych egzoplanet, które są od dwóch do czterech razy większe od Ziemi. Odkrycia te będą miały poważne implikacje, jeśli chodzi o poszukiwanie życia poza naszym Układem Słonecznym.
Badanie było przedmiotem prezentacji zatytułowanej „Interpretacja modelu wzrostu rozkładu wielkości planet”, która odbyła się podczas konferencji Goldschmidt 2018 w Bostonie. Podczas sesji zatytułowanej „Rola ekstremalnej atmosfery ucieczki przed gorącymi egzoplanetami” zespół przedstawił odkrycia wskazujące, że światy wodne mogą być bardziej powszechne niż wcześniej sądzono.
Ustalenia te oparto na danych z Kosmiczny Teleskop Keplera i Gaia misję, którą przeanalizował międzynarodowy zespół naukowców kierowany przez dr Li Zenga - badacza z Wydziału Nauk o Ziemi i Planetarnych Uniwersytetu Harvarda. Jak wskazali, Kepler misja dokładnie zmierzyła promienie ponad 4000 kandydatów na egzoplanetę, a także ich okresy orbitalne i inne parametry.
Tych kandydatów na egzoplanetę można podzielić na dwie kategorie wielkości: te, które mają promień Ziemi 1,5 razy większy, i te, których średnia średnica wynosi około 2,5 promienia Ziemi. W połączeniu z masą i ostatnimi pomiarami promienia z Gaia misji, zespół był w stanie opracować model wewnętrznej struktury tych planet. Podczas gdy uważa się, że planety należące do pierwszej kategorii są skaliste, ogólnie uważa się, że te ostatnie wahają się od super-Ziemi do gazowych gigantów wielkości Neptuna.
Jednak zgodnie z modelem opracowanym przez Li i jego współpracowników wiele potwierdzonych egzoplanet, które są od dwóch do czterech razy większych od Ziemi, mogą w rzeczywistości być światami wodnymi. Na tych planetach około 50% masy składa się z wody, podczas gdy woda stanowi zaledwie 0,2% masy Ziemi. Jak wyjaśnił dr Zeng w trakcie prezentacji:
„To była wielka niespodzianka, gdy uświadomiłem sobie, że musi być tak wiele światów wodnych… Przyjrzeliśmy się, jak masa odnosi się do promienia, i opracowaliśmy model, który mógłby wyjaśnić ten związek. Model wskazuje, że te egzoplanety, których promień wynosi około x 1,5 promienia Ziemi, są zwykle planetami skalistymi (zwykle o masie x5 masy Ziemi), podczas gdy te o promieniu x2,5 promienia Ziemi (o masie około x10 Ziemi) to prawdopodobnie światy wodne ”.
Jednak gdy weźmie się pod uwagę charakterystykę orbitalną tych planet (tj. To, jak blisko krążą wokół swoich gwiazd), pojawia się bardzo interesujący obraz. Jak wyjaśnił Li, te „wodne światy” to nie tyle skaliste planety, które są pokryte głębokimi oceanami, ale zupełnie nowy rodzaj planety, dla którego nie ma odpowiednika w Układzie Słonecznym.
„To woda, ale nie tak powszechnie spotykana tutaj na Ziemi. Oczekuje się, że temperatura ich powierzchni będzie w zakresie od 200 do 500 stopni Celsjusza - powiedział. „Ich powierzchnia może być spowita w atmosferze zdominowanej przez parę wodną, z warstwą ciekłej wody pod spodem. Idąc głębiej, można się spodziewać, że woda ta zamieni się w lody wysokociśnieniowe, zanim dotrzemy do stałego skalistego jądra. Piękno modelu polega na tym, że wyjaśnia on, w jaki sposób kompozycja odnosi się do znanych faktów na temat tych planet. ”
Być może jeszcze bardziej zaskakujące było to, jak powszechne wydają się te planety. Według ich badań Li i jego koledzy wskazali, że około 35% wszystkich znanych egzoplanet większych od Ziemi powinno być bogatych w wodę. Co więcej, wysuwają hipotezę, że prawdopodobnie uformowali się w sposób podobny do rdzenia gazowych gigantów - skalistego rdzenia otoczonego warstwami lotnego materiału zestalonego pod ciśnieniem.
Oczywiście odkrycie to ma znaczące implikacje, jeśli chodzi o poszukiwanie życia poza naszym Układem Słonecznym. Do tej pory pomysł, że woda jest niezbędna do życia, jak wiemy, był przesądzony przez naukowców. Ale jeśli to badanie jest poprawne, to wydaje się, że woda jest o wiele bardziej obfita na egzoplanetach niż poprzednio i może być przeszkodą w życiu takim, jakie znamy.
Jeśli rzeczywiście światy wodne składają się z gorących, parujących atmosfer i gęstych warstw lodu bliżej ich rdzeni, życie na tych światach byłoby trudne. Zasadniczo ekstremalne upały i brak dostępu do wystarczającego światła słonecznego, aktywności hydrotermalnej i mas lądowych stworzyłyby dość nieprzyjazne środowisko. Niemniej jednak badanie oferuje pewne intrygujące możliwości, jeśli chodzi o charakteryzowanie egzoplanet i sprawdzanie, co tam jest.
Patrząc w przyszłość, Li i jego koledzy mają nadzieję, że nowo wprowadzony na rynek Tranzytowa satelita do badań Exoplanet (TESS) znajdzie o wiele więcej tych wodnych światów. Następnie pojawią się teleskopy naziemne - i wkrótce zostaną one wprowadzone na rynek Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) - które zapewnią pomiary spektroskopowe, które pomogą naukowcom scharakteryzować skład i atmosferę tych planet.
Jak powiedziała profesor Sara Seager, profesor nauk planetarnych w Massachusetts Institute of Technology (MIT) i zastępca dyrektora naukowego misji TESS:
„To niesamowite, że enigmatyczne egzoplanety średniego rozmiaru mogą być światami wodnymi z ogromną ilością wody. Mamy nadzieję, że obserwacje atmosfery w przyszłości - w atmosferze gęstej pary - mogą poprzeć lub obalić nowe odkrycia. ”
W międzyczasie wciąż istnieje wiele skalistych światów, które można zbadać pod kątem oznak życia!
