Meklējot potenciāli apdzīvojamas eksoplanetes, zinātnieki ir spiesti izvēlēties pieeju zemu nokareniem augļiem. Tā kā Zeme ir vienīgā planēta, par kuru mēs zinām, kas spēj atbalstīt dzīvību, šī meklēšana galvenokārt notiek, meklējot planētas, kas ir “Zemei līdzīgas”. Bet ko tad, ja Zeme nav tā apmešanās spēja, par kuru mēs visi domājam, ka tā ir?
Tas bija galvenās lekcijas temats, kas nesen notika Goldschmidt ģeoķīmijas kongresā, kas notika no 18. līdz 23. augustam Barselonā, Spānijā. Šeit NASA atbalstīto pētnieku grupa izskaidroja, kā, pārbaudot to, kas nonāk apdzīvojamo zonu (HZ) noteikšanā, redzams, ka dažām eksoplanetām var būt labāki apstākļi, lai dzīve varētu zelt, nekā ir pašai Zemei.
Prezentācijas pamatā bija pētījums ar nosaukumu “Ierobežota apdzīvojamā zona kompleksai dzīvei”, kas parādījās 2019. gada jūnija numurā Astrofizikas žurnāls. Pētījumu veica pētnieki no Caltech, NASA Goddard kosmosa pētījumu institūta, NASA Astrobioloģijas institūta, NASA pēcdoktorantūras programmas, NExSS virtuālās planētu laboratorijas, Zilā marmora kosmosa zinātnes institūta un vairākām universitātēm.
Kā viņi norāda savā pētījumā, HZ parasti definē kā attālumu diapazonu no saimnieka zvaigznes, kurā virspusē var atrasties šķidrs ūdens. Tomēr tas neņem vērā atmosfēras dinamiku, kas nepieciešama klimata stabilitātes nodrošināšanai, kas ietver atgriezenisko saiti par karbonāta-silikāta virsmu temperatūras uzturēšanu noteiktā diapazonā.
Tā kā ir pieejamas tikai netiešas metodes, lai noteiktu, kādi apstākļi ir līdzīgi eksoplanetām, astronomi paļaujas uz sarežģītiem planētas klimata un evolūcijas modeļiem. Prezentācijas laikā iepazīstinot ar šīs pieejas sintēzi, Dr Stephanie Olson no Čikāgas universitātes (pētījuma līdzautore) aprakstīja meklēšanu, lai eksoplanetu dzīvē noteiktu labāko dzīves vidi:
“NASA dzīvības meklējumi Visumā ir vērsti uz tā saucamajām Habitable Zone planētām, kas ir pasaules, kurām ir šķidru ūdens okeānu potenciāls. Bet ne visi okeāni ir vienlīdz viesmīlīgi, un daži okeāni būs labākas dzīves vietas nekā citi to globālās aprites modeļa dēļ.
“Mūsu darba mērķis ir identificēt eksoplanetu okeānus, kuriem ir vislielākās iespējas uzņemt globāli bagātīgo un aktīvo dzīvi. Dzīve Zemes okeānos ir atkarīga no augšupejas (augšupējas plūsmas), kas barības vielas no okeāna tumšajiem dziļumiem atdod okeāna saules apspīdētajās daļās, kur dzīvo fotosintētiskā dzīve. Lielāks dzīves līmenis nozīmē lielāku barības vielu daudzumu, kas nozīmē lielāku bioloģisko aktivitāti. Šie ir apstākļi, kas mums jāmeklē eksoplanetu laikā ”.
Pētījuma nolūkos Olsena un viņas kolēģi modelēja, kādi apstākļi, iespējams, būs dažāda veida eksoplanetēs, izmantojot programmatūru ROCKE-3D. Šo vispārējās cirkulācijas modeli (GCM) izstrādāja NASA Goddard kosmosa pētījumu institūts (GISS), lai izpētītu dažādus Zemes un citu Saules sistēmas sauszemes planētu (piemēram, Merkūra, Venēras un Marsa) vēstures punktus.
Šo programmatūru var izmantot arī, lai modelētu, kāds ir klimats un okeāna biotopi dažādu veidu eksoplanetu veidos. Pēc dažādu iespējamo eksoplanetu modelēšanas (balstoties uz vairāk nekā 4000, kas līdz šim ir atklāti), viņi varēja noteikt, kuri eksoplanetu veidi visdrīzāk attīstīs un uztur plaukstošas biosfēras.
Tas sastāvēja no okeāna cirkulācijas modeļa izmantošanas, kas identificēja, kurām eksoplanetām būtu visefektīvākā augšējā vide un tādējādi būtu iespējams uzturēt okeānus ar viesmīlīgiem apstākļiem. Viņi atrada, ka planētas ar augstāku atmosfēras blīvumu, lēnāku rotācijas ātrumu un kontinentu klātbūtni rada augstāku augšstāvošanās ātrumu.
Lielākā no tām ir tā, ka Zeme, iespējams, nav optimāli apdzīvojama, ņemot vērā tās diezgan ātro rotācijas ātrumu. "Šis ir pārsteidzošs secinājums," sacīja doktors Olsons, "tas mums parāda, ka apstākļi dažās eksoplanetes ar labvēlīgiem okeāna cirkulācijas modeļiem varētu būt labāk piemēroti dzīvības atbalstam, kas ir daudz bagātīgāka vai aktīvāka nekā dzīvība uz Zemes."
Tā ir laba vai slikta ziņa. No vienas puses, tas sagrauj ilūziju, ka Zeme ir standarts, pēc kura var izmērīt citas potenciāli apdzīvojamās eksoplanetes. No otras puses, tas norāda, ka mūsu Visumā dzīve var būt daudz bagātīgāka, nekā norādītu iepriekšējās konservatīvās aplēses.
Bet kā norādīja Olsens, vienmēr pastāvēs plaisa starp dzīvi un to, ko mēs varam atklāt, mūsu tehnoloģijas ierobežojumu dēļ. Šis pētījums tāpēc ir nozīmīgs ar to, ka tas mudina astronomus virzīt savus centienus uz eksoplanetu apakškopu, kas, visticamāk, atbalstīs “lielas, globāli aktīvas biosfēras, kurās dzīvi būs visvieglāk atklāt un kur neatklāšana būs visnozīmīgākā”.
Tas būs iespējams nākamajā desmitgadē, pateicoties tādas paaudzes teleskopu izvietošanai kā Džeimsa Veba kosmiskais teleskops (JWST), kuru astronomi sagaida, ka tas palīdzēs eksoplanētu atmosfēras un virsmas vides raksturošanā. Citi teleskopi, kas joprojām atrodas uz rasēšanas tāfeles, varētu iet vēl tālāk - daļēji pateicoties tādiem pētījumiem kā šis.
"Ideālā gadījumā šis darbs informēs teleskopa dizainu, lai nodrošinātu, ka turpmākajām misijām," sacīja Dr Olsons, "tādām kā ierosinātajām LUVOIR vai HabEx teleskopa koncepcijām ir pareizās iespējas; tagad mēs zinām, ko meklēt, tāpēc mums jāsāk meklēt ”.
Kad runa ir par dzīves pierādījumu meklēšanu ārpus mūsu Saules sistēmas (vai tās iekšienē), zināt, ko meklēt, varētu būt pat daudz svarīgāk nekā vismodernāko instrumentu veikšanai. Turpmākajos gados astronomi iegūs progresīvas tehnoloģijas un uzlabotas metodes, izmantojot visu, ko līdz šim esam iemācījušies, lai atrastu dzīves pierādījumus, kas nav mūsu pašu.
