Raugoties nākotnē, NASA un citas kosmosa aģentūras ļoti cer uz ārpus Saules planētas veikto pētījumu jomu. Pēdējā desmitgadē zināmo eksoplanetu skaits ir sasniedzis tikai kautrīgu - 4000, un ir paredzams, ka daudz ko citu atradīs pēc nākamās paaudzes teleskopu nodošanas ekspluatācijā. Tā kā ir tik daudz eksoplanētu, lai pētītu, pētniecības mērķi lēnām ir attālinājušies no atklāšanas procesa un uz raksturošanu.
Diemžēl zinātniekus joprojām nomoka fakts, ka tas, ko mēs uzskatām par “apdzīvojamu zonu”, ir atkarīgs no daudziem pieņēmumiem. Risinot to, starptautiska pētnieku grupa nesen publicēja rakstu, kurā viņi norādīja, kā turpmākie eksoplanētu apsekojumi varētu izskatīties ārpus Zemes analogajiem piemēriem kā apdzīvojamības pazīmes, un izmantot visaptverošāku pieeju.
Papīrs ar nosaukumu “Apdzīvojamās zonas prognozes un kā tos pārbaudīt” nesen parādījās tiešsaistē un tika iesniegts kā balts papīrs Astro 2020 gadu desmitgades apsekojumam par astronomiju un astrofiziku. Komandu aiz tās vadīja Zemes dzīvības zinātnes institūta (ELSI) un Kosmosa zinātnes institūta (SSI) pētnieks Ramses M. Ramirez, kuram pievienojās līdzautori un līdzautori no 23 universitātēm un institūcijām.
Dekadaliskās aptaujas mērķis ir apsvērt iepriekš sasniegto dažādās pētniecības jomās un noteikt nākamās desmitgades prioritātes. Kā tāds apsekojums sniedz būtiskas norādes NASA, Nacionālajam kosmosa fondam (NSF) un Enerģētikas departamentam, plānojot savus astronomijas un astrofizikas pētījumu mērķus nākotnē.
Pašlaik daudzi no šiem mērķiem ir vērsti uz eksoplanetu izpēti, kas nākamajos gados gūs labumu no tādas nākamās paaudzes teleskopu izvietošanas kā Džeimsa Veba kosmiskais teleskops (JWST) un Plaša lauka infrasarkano staru teleskops (WFIRST), kā arī uz zemes bāzētās observatorijas, piemēram, īpaši lielais teleskops (ELT), trīsdesmit metru teleskops un Milzu Magelāna teleskops (GMT).
Viena no eksoplanētu izpētes galvenajām prioritātēm ir meklēt planētas, kur varētu pastāvēt ārpuszemes dzīve. Šajā ziņā zinātnieki apzīmē planētas kā “potenciāli apdzīvojamas” (un tāpēc tās ir vērts veikt turpmākus novērojumus), pamatojoties uz to, vai tās riņķo orbītā savu zvaigžņu apdzīvojamās zonās (HZ). Šī iemesla dēļ ir saprātīgi aplūkot HZ definīciju.
Kā Ramirezs un viņa kolēģi norādīja savā dokumentā, viens no galvenajiem eksoplanetu apdzīvojamības jautājumiem ir izdarīto pieņēmumu līmenis. Lai to sadalītu, lielākajā daļā HZ definīciju tiek pieņemts, ka uz virsmas ir ūdens, jo tas ir vienīgais šķīdinātājs, kas pašlaik ir zināms saimnieka dzīvībai. Šīs pašas definīcijas pieņem, ka dzīvībai nepieciešama klinšaina planēta ar tektonisku aktivitāti, kas riņķo ap piemēroti spilgtu un siltu zvaigzni.
Tomēr jaunākie pētījumi ir radījuši šaubas par daudziem no šiem pieņēmumiem. Tas ietver pētījumus, kas norāda, kā atmosfēras skābeklis automātiski nenozīmē dzīvības klātbūtni - īpaši, ja skābeklis ir ķīmiskas disociācijas, nevis fotosintēzes rezultāts. Citi pētījumi ir parādījuši, kā skābekļa gāzes klātbūtne planētas attīstības agrīnajos periodos varētu novērst pamata dzīvības formu rašanos.
Turklāt nesen ir veikti pētījumi, kas parādīja, kā plātņu tektonika, iespējams, nav nepieciešama dzīvības rašanās brīdim, un ka tā saucamās “ūdens pasaules”, iespējams, nespēj atbalstīt dzīvību (bet tomēr varētu). Turklāt jums ir teorētisks darbs, kas liek domāt, ka dzīvība varētu attīstīties metāna vai amonjaka jūrās uz citiem debess ķermeņiem.
Galvenais piemērs šeit ir Saturna mēness Titāns, kas lepojas ar vidi, kas ir bagāta ar prebiotiskiem apstākļiem un organisko ķīmiju - kuru daži zinātnieki domā, ka tā varētu atbalstīt eksotiskas dzīvības formas. Noslēgumā zinātnieki meklē zināmus biomarķierus, piemēram, ūdeni un oglekļa dioksīdu, jo tie ir saistīti ar dzīvību uz Zemes, kas ir vienīgais zināmais dzīvību nesošās planētas piemērs.
Bet kā Ramirezs paskaidroja kosmosa žurnālam pa e-pastu, šis domāšanas veids (kur Zemes analogi tiek uzskatīti par piemērotiem dzīvībai) joprojām ir pilns ar problēmām:
“Klasiskā apdzīvojamās zonas definīcija ir kļūdaina, jo tās uzbūve galvenokārt balstās uz uz Zemes orientētus klimatoloģiskos argumentos, kas var būt vai nav piemērojami citām potenciāli apdzīvojamām planētām. Piemēram, tiek pieņemts, ka daudzbāru CO2 atmosfēru var atbalstīt potenciāli apdzīvojamās planētās netālu no apdzīvojamās zonas ārējās malas. Tomēr tik augsts CO2 līmenis ir toksisks Zemes augiem un dzīvniekiem, un tāpēc, labāk neizprotot dzīves robežas, mēs nezinām, cik pamatots ir šis pieņēmums.
“Klasiskajā HZ arī tiek pieņemts, ka CO2 un H2O ir galvenās siltumnīcefekta gāzes, kas uztur potenciāli apdzīvojamas planētas, taču pēdējos gados vairākos pētījumos ir izstrādātas alternatīvas HZ definīcijas, izmantojot dažādas siltumnīcefekta gāzu kombinācijas, ieskaitot tādas, kuras, kaut arī uz Zemes ir samērā nelielas, varētu būt svarīgi citām potenciāli apdzīvojamām planētām. ”
Iepriekšējā pētījumā Dr. Ramirezs parādīja, kā var izraisīt arī metāna un ūdeņraža klātbūtne
Par laimi, pateicoties nākamās paaudzes teleskopu izvietošanai, šīs definīcijas būs iespēja pārbaudīt. Zinātnieki ne tikai varēs pārbaudīt dažus no seniem pieņēmumiem, uz kuriem balstās HZ,
“Nākamās paaudzes teleskopi varētu pārbaudīt apdzīvojamo zonu, meklējot prognozēto atmosfēras CO2 spiediena palielināšanos, jo tālāk no potenciālajām apdzīvojamajām planētām atrodas to zvaigznes. Tas arī pārbaudītu, vai karbonātu-silikātu cikls, kas, pēc daudzu domām, ir ļāvis mūsu planētai apmesties lielā tās vēstures daļā, ir universāls process vai nav. ”
Šajā procesā silikāta ieži tiek pārvērsti oglekļa iežos, pateicoties atmosfēras iedarbībai un erozijai, bet oglekļa ieži tiek pārvērsti silikāta iežos, veicot vulkānisko un ģeoloģisko aktivitāti. Šis cikls nodrošina Zemes atmosfēras ilgtermiņa stabilitāti, saglabājot CO2 līmeni nemainīgu laika gaitā. Tas arī parāda, kā ūdens un plākšņu tektonika ir būtiska dzīvībai, kā mēs to zinām.
Tomēr šāda veida cikls var pastāvēt tikai uz planētām, kurām ir zeme, kas faktiski izslēdz “ūdens pasaules”. Tiek uzskatīts, ka šīs eksoplanetes - kas var būt izplatītas ap M veida (sarkanā pundura) zvaigznēm - ir līdz 50% ūdens masas. Ar šo ūdens daudzumu uz to virsmām “ūdens pasaulēm”, iespējams, ir blīvi ledus slāņi uz to serdes un mantijas robežas, tādējādi novēršot hidrotermisko aktivitāti.
Bet, kā jau minēts, ir daži pētījumi, kas norāda, ka šīs planētas joprojām varētu būt apdzīvojamas. Kaut arī ūdens pārpilnība neļaus ogļskābo gāzi absorbēt klintīs un nomāc vulkānisko aktivitāti, simulācijas ir parādījušas, ka šīs planētas joprojām varētu cirkulēt oglekli starp atmosfēru un okeānu, tādējādi saglabājot stabilu klimatu.
Ja pastāv šāda veida okeāna pasaules, saka Dr. Ramirezs, zinātnieki varētu tos atklāt caur zemāko planētu blīvumu un augsta spiediena atmosfēru. Un tad ir jautājums par dažādām siltumnīcefekta gāzēm, kas atkarībā no zvaigznes veida ne vienmēr norāda uz siltāku planētas atmosfēru.
"Lai arī metāns sasilda mūsu planētu, mēs atklājām, ka metāns faktiski atdzesē apdzīvojamās zonas planētu virsmas, kas riņķo ap sarkanām punduru zvaigznēm!" viņš teica. “Ja tas tā ir, liels atmosfēras metāna daudzums uz šādām planētām varētu nozīmēt sasalušus apstākļus, kas, iespējams, nav piemēroti dzīves uzņemšanai. To varēsim novērot planētu spektros. ”
Runājot par sarkanajiem punduriem, notiek debates par to, vai planētas, kas riņķo ap šīm zvaigznēm, spēs uzturēt atmosfēru. Dažos pēdējos gados ir veikti vairāki atklājumi, kas liek domāt, ka klinšainās, paisuma un bēguma planētas ir izplatītas ap sarkanajām punduru zvaigznēm un ka tās riņķo savu zvaigžņu attiecīgajos HZ.
Tomēr turpmāki pētījumi ir pastiprinājuši teoriju, ka sarkano punduru zvaigžņu nestabilitāte, iespējams, izraisīs saules signālraķetes, kas noņem visas planētas, kas riņķo ap to atmosfēru. Visbeidzot, Ramirezs un viņa kolēģi min iespēju, ka varētu atrast apdzīvojamas planētas, kas riņķo ap to, kas (vēl nesen) tika uzskatīts par maz ticamu kandidātu.
Tās būtu galvenās secības A tipa zvaigznes - piemēram, Sirius A, Altair un Vega - kuras tika uzskatītas par pārāk gaišām un karstām, lai tās būtu piemērotas apdzīvošanai. Dr Ramirez sacīja par šo iespēju:
“Es arī esmu ieinteresēts noskaidrot, vai dzīvība pastāv uz apdzīvojamās zonas planētām, kas riņķo ap A-zvaigznēm. Par A-zvaigžņu planētu apdzīvojamību nav publicēts daudz, taču dažas nākamās paaudzes arhitektūras plāno tos novērot. Drīz uzzināsim vairāk par A-zvaigžņu piemērotību dzīvei. ”
Galu galā tādi pētījumi kā šis, kas apšauba “apdzīvojamās zonas” definīciju, būs noderīgi, kad nākamās paaudzes misijas sāks zinātniskās operācijas. Izmantojot savus augstākas izšķirtspējas un jutīgākus instrumentus, viņi varēs pārbaudīt un apstiprināt daudzas zinātnieku izteiktās prognozes.
Šie testi arī apstiprinās, vai dzīve tur var pastāvēt tikai tad, ja to zinām, vai arī ārpus parametriem, kurus mēs uzskatām par “Zemei līdzīgiem”. Bet, kā piebilda Ramirezs, viņa un viņa kolēģu veiktais pētījums arī uzsver, cik svarīgi ir turpināt ieguldīt uzlabotajā teleskopa tehnoloģijā:
“Mūsu rakstā arī uzsvērts, cik svarīgi ir turpināt ieguldījumus progresīvā teleskopu tehnoloģijā. Mums ir jāspēj atrast un raksturot pēc iespējas vairāk apdzīvojamu zonu planētu, ja vēlamies maksimizēt savas iespējas atrast dzīvību. Tomēr es arī ceru, ka mūsu raksts iedvesmo cilvēkus sapņot tikai par nākamajiem 10 gadiem. Es patiešām ticu, ka galu galā būs misijas, kas būs daudz spējīgākas nekā jebkas, ko mēs šobrīd plānojam. Mūsu pašreizējie centieni ir tikai sākums daudz apņēmīgākiem centieniem attiecībā uz mūsu sugām. ”
2020. gada desmitgades apsekojuma sanāksmi kopīgi rīko Fizikas un astronomijas valde un Nacionālās zinātņu akadēmijas Kosmosa pētījumu padome, un tai sekos ziņojums, kas tiks izdots aptuveni divus gadus pēc šī brīža.
