Neskatoties uz tūkstošiem eksoplanētu, ko pēdējos gados atklājuši astronomi, galvenais izaicinājums ir noteikt, vai kāds no tiem ir apdzīvojams. Tā kā mēs nevaram tieši izpētīt šīs planētas, zinātnieki ir spiesti meklēt netiešas indikācijas. Tos sauc par biosarakstiem, kas sastāv no ķīmiskiem blakusproduktiem, kurus mēs saistām ar organisko dzīvi, kas parādās planētas atmosfērā.
Jauns NASA zinātnieku grupas pētījums ierosina jaunu metodi, kā meklēt potenciālās dzīvības pazīmes ārpus mūsu Saules sistēmas. Pēc viņu domām, galvenais ir izmantot bieži sastopamās vētru vēsu, mazu punduru zvaigznes. Šīs vētras ienes kosmosā milzīgus zvaigžņu materiāla un starojuma mākoņus, mijiedarbojoties ar eksoplanetu atmosfērām un radot biosignālus, kurus varētu atklāt.
Pētījums ar nosaukumu “Atmosfēras dzīves bākas no eksoplanetām apkārt G un K zvaigznēm” nesen parādījās Dabas zinātniskie ziņojumi. NASA Goddard kosmosa lidojumu centra vecākā astrofiziķa un Heliophysics Science Division (HSD) astrofiziķa Vladimira S. Airapetiana vadībā komandā bija dalībnieki no NASA Langley pētniecības centra, Science Systems and Applications Incorporated (SSAI) un Amerikas universitātes. .
Tradicionāli pētnieki ir meklējuši skābekļa un metāna pazīmes eksoplanetu atmosfērā, jo tie ir labi zināmi organisko procesu blakusprodukti. Laika gaitā šīs gāzes uzkrājas, sasniedzot daudzumus, kurus varēja noteikt, izmantojot spektroskopiju. Tomēr šī pieeja ir laikietilpīga un prasa, lai astronomi pavadītu dienas, mēģinot novērot spektrus no tālās planētas.
Bet, pēc Airapetian un viņa kolēģu domām, ir iespējams meklēt tīrākus parakstus potenciāli apdzīvojamās pasaulēs. Šī pieeja balstītos uz esošajām tehnoloģijām un resursiem, un tas prasītu ievērojami mazāk laika. Kā Airapetian paskaidroja NASA paziņojumā presei:
“Mēs meklējam molekulas, kas veidojas no dzīves pamatnosacījumiem - īpaši molekulārā slāpekļa, kas ir 78 procenti no mūsu atmosfēras. Šīs ir pamata molekulas, kas ir bioloģiski draudzīgas un kurām ir spēcīga infrasarkanā starojuma jauda, palielinot mūsu iespēju tās atklāt. ”
Izmantojot dzīvību uz Zemes kā paraugu, Airapetians un viņa komanda izstrādāja jaunu metodi, lai izskatītos vai parādītos ūdens tvaiku, slāpekļa un skābekļa gāzes blakusprodukti eksoplanetu atmosfērās. Īsts triks tomēr ir izmantot ekstrēmos kosmosa laika apstākļu veidus, kas notiek ar aktīvām punduru zvaigznēm. Šie notikumi, kas planētas atmosfēru pakļauj radiācijas pārrāvumiem, izraisa ķīmiskas reakcijas, kuras astronomi var izvēlēties.
Runājot par zvaigznēm, piemēram, mūsu sauli, G veida dzelteno punduri, šādi laika apstākļi ir bieži, kad viņi vēl ir jauni. Tomēr ir zināms, ka citas dzeltenās un oranžās zvaigznes paliek aktīvas miljardiem gadu, radot enerģētisku, lādētu daļiņu vētru. Un M tipa (sarkanā pundura) zvaigznes, visizplatītākais tips Visumā, paliek aktīvas visu mūžu, periodiski pakļaujot savas planētas mini uzliesmojumiem.
Kad tie sasniedz eksoplanetu, tie reaģē ar atmosfēru un izraisa slāpekļa (N2) un skābekļa (O²) gāzes ķīmisku disociāciju atsevišķos atomos, bet ūdens tvaikus - ūdeņradī un skābeklī. Sadalītie slāpekļa un skābekļa atomi tad izraisa ķīmisko reakciju kaskādi, kas rada hidroksilgrupu (OH), molekulārāku skābekli (O) un slāpekļa oksīdu (NO) - ko zinātnieki dēvē par “atmosfēras bākām”.
Kad zvaigžņu gaisma nonāk planētas atmosfērā, šīs bākas molekulas absorbē enerģiju un izstaro infrasarkano starojumu. Pārbaudot šī starojuma īpašos viļņu garumus, zinātnieki spēj noteikt, kādi ķīmiskie elementi ir klāt. Šo elementu signāla stiprums norāda arī uz atmosfēras spiedienu. Kopumā šie rādījumi ļauj zinātniekiem noteikt atmosfēras blīvumu un sastāvu.
Gadu desmitiem astronomi ir izmantojuši arī modeli, lai aprēķinātu, kā Zemes atmosfērā no skābekļa, kas ir pakļauts saules starojumam, veidojas ozons (O³). Izmantojot šo pašu modeli - un pārī to sasaistot ar laikapstākļiem kosmosā, kas sagaidāms no vēsām, aktīvām zvaigznēm - Airapetians un viņa kolēģi centās aprēķināt, cik daudz slāpekļa oksīda un hidroksilveida veidosies Zemei līdzīgā atmosfērā un cik daudz ozona tiks iznīcināta. .
Lai to paveiktu, viņi izmantoja datus no NASA misijas Termosfēras jonosfēras mezosfēras enerģētiskās dinamikas (TIMED), kas gadiem ilgi pētīja bāku veidošanos Zemes atmosfērā. Konkrēti, viņi izmantoja datus no tā atmosfēras izklausīšanas, izmantojot platjoslas emisijas radiometrijas (SABRE) instrumentu, kas ļāva viņiem simulēt, kā šo bāku infrasarkanie novērojumi varētu parādīties eksoplanetu atmosfērā.
Kā Martins Mlynczak, SABER asociētais galvenais pētnieks NASA Langley pētniecības centrā un darba līdzautors, norādīja:
“Ņemot vērā to, ko mēs zinām par Zemes atmosfēras izstaroto infrasarkano starojumu, ideja ir aplūkot eksoplanetes un redzēt, kādus signālus mēs varam atklāt. Ja mēs atrodam eksoplanetu signālus gandrīz tādā pašā proporcijā kā Zemes, mēs varētu teikt, ka planēta ir labs kandidāts dzīvības uzņemšanai. ”
Viņi atklāja, ka intensīvu zvaigžņu vētru biežums bija tieši saistīts ar siltuma signālu, kas nāk no atmosfēras bākām, stiprumu. Jo vairāk vētru, jo vairāk tiek izveidotas bāksignālu molekulas, kas ģenerē pietiekami spēcīgu signālu, lai to varētu novērot no Zemes ar kosmosa teleskopu un balstītos tikai uz divām novērošanas stundām.
Viņi arī atklāja, ka šāda veida metode var atsijāt eksoplanetes, kurām nav Zemei līdzīga magnētiskā lauka, kas dabiski mijiedarbojas ar uzlādētām Saules daļiņām. Šāda lauka klātbūtne nodrošina to, ka planētas atmosfēra netiek atbrīvota, tāpēc tā ir būtiska apdzīvojamībai. Kā paskaidroja Airapetian:
“Planētai ir nepieciešams magnētiskais lauks, kas pasargā atmosfēru un aizsargā to no zvaigžņu vētrām un starojuma. Ja zvaigžņu vējš nav tik ekstrēms, lai saspiestu eksoplanētas magnētisko lauku tuvu tā virsmai, magnētiskais lauks novērš atmosfēras aizbēgšanu, tāpēc atmosfērā ir vairāk daļiņu un spēcīgāks infrasarkanais signāls. ”
Šis jaunais modelis ir nozīmīgs vairāku iemeslu dēļ. No vienas puses, tas parāda, kā pētījumi, kas ļāva veikt detalizētus Zemes atmosfēras pētījumus un to mijiedarbību ar kosmosa laikapstākļiem, tagad tiek izmantoti eksoplanētu izpētei. Tas ir arī aizraujoši, jo tas varētu ļaut veikt jaunus eksoplanētu apdzīvošanas pētījumus ap noteiktām zvaigžņu klasēm - sākot no daudzu veidu dzeltenām un oranžām zvaigznēm līdz vēsām, sarkanām punduru zvaigznēm.
Sarkanie punduri ir visizplatītākais zvaigžņu tips Visumā, tie veido 70% zvaigžņu spirālveida galaktikās un 90% elipsveida galaktikās. Vēl vairāk, pamatojoties uz nesenajiem atklājumiem, astronomi lēš, ka ļoti iespējams, ka sarkanajām punduru zvaigznēm ir klinšainas planētas. Pētnieku grupa arī paredz, ka nākamās paaudzes kosmosa instrumenti, piemēram, Džeimsa Veba kosmiskais teleskops, palielinās iespēju atrast apdzīvojamas planētas, izmantojot šo modeli.
Kā sacīja Vildads Danči, Goddard vecākais astrofiziķis un pētījuma līdzautors:
“Jaunas atziņas par eksoplanetu dzīves potenciālu ir kritiski atkarīgas no starpdisciplināriem pētījumiem, kuros tiek izmantoti dati, modeļi un paņēmieni no NASA Goddard četrām zinātnes nodaļām: heliofizika, astrofizika, planētu un Zemes zinātnes. Šis maisījums rada unikālus un spēcīgus jaunus eksoplanetu izpētes ceļus. ”
Līdz brīdim, kad mēs spējam tieši izpētīt eksoplanetes, jebkura attīstība, kas padara bioparakstus pamanāmākus un vieglāk uztveramus, ir neticami vērtīga. Nākamajos gados Project Blue un Breakthrough Starshot cer veikt pirmos tiešos Alpha Centauri sistēmas pētījumus. Bet pa to laiku uzlaboti modeļi, kas ļauj mums apsekot neskaitāmas citas zvaigznes, lai noteiktu potenciāli apdzīvojamas eksoplanetes, ir zelta krāsas!
Viņi ne tikai ievērojami uzlabos mūsu izpratni par to, cik izplatītas ir šādas planētas, bet arī var mūs norādīt vienas vai vairāku Zemes 2.0s virzienā!
