Při hledání potenciálně obývatelných exoplanet jsou vědci nuceni zaujmout nízko visící ovoce. Protože Země je jedinou planetou, o které víme, že je schopna podporovat život, toto hledání v podstatě sestupuje k hledání planet, které jsou „podobné Zemi“. Ale co když Země není měřicí tyčinkou pro obyvatelnost, o které si všichni myslíme, že je?
To byla přednáška hlavní přednášky, která byla nedávno uskutečněna na kongresu Goldschmidt Geochemistry, který se konal od 18. do 23. srpna v španělské Barceloně. Zde tým vědců podporovaných NASA vysvětlil, jak zkoumání toho, co jde do definování obyvatelných zón (HZ), ukazuje, že některé exoplanety mohou mít lepší podmínky pro to, aby život prospíval, než má Země sama.
Prezentace vycházela ze studie „Omezená obytná zóna pro komplexní život“, která se objevila v červnovém čísle 2019 Astrofyzikální deník. Studii provedli vědci z Caltechu, Goddardova institutu NASA Goddard Institute pro kosmická studia, NASA Astrobiology Institute, Postdoktorského programu NASA, Virtuální planetární laboratoře NExSS, Vědeckého institutu Blue Marble Space Institute a několika univerzit.
Jak ukazují ve své studii, HZ jsou běžně definovány jako rozsah vzdáleností od hostitelské hvězdy, v níž může na povrchu existovat kapalná voda. To však nebere v úvahu atmosférickou dynamiku, která je nezbytná k zajištění klimatické stability - která zahrnuje zpětnou vazbu uhličitan-křemičitany k udržení povrchových teplot v určitém rozmezí.
Protože jsou k dispozici pouze nepřímé metody k měření toho, jaké jsou podmínky na vzdálených exoplanetách, astronomové se spoléhají na sofistikované modely pro planetární klima a vývoj. V průběhu prezentace jejich syntézy tohoto přístupu během hlavní přednášky popsala Dr. Stephanie Olsonová z Chicagské univerzity (spoluautorka studie) hledání s cílem identifikovat nejlepší prostředí pro život na exoplanetách:
„Hledání NASA ve vesmíru je zaměřeno na tzv. Planety Habitable Zone, což jsou světy, které mají potenciál pro tekuté vodní oceány. Ale ne všechny oceány jsou stejně pohostinné - a některé oceány budou díky svému globálnímu oběhu lépe žít než jiné.
„Naše práce byla zaměřena na identifikaci exoplanetových oceánů, které mají největší kapacitu pro hostování globálně bohatého a aktivního života. Život v oceánech Země závisí na vzestupu (vzestupném toku), který vrací živiny z temných hlubin oceánu do sluncem osvětlených částí oceánu, kde žije fotosyntetický život. Více vychýlení znamená více vstřebávání živin, což znamená více biologické aktivity. To jsou podmínky, které musíme hledat na exoplanetách. “
Pro účely studia Olsen a její kolegové modelovali, jaké podmínky by pravděpodobně byly na různých druzích exoplanet pomocí softwaru ROCKE-3D. Tento obecný model oběhu (GCM) byl vyvinut Goddardovým institutem pro vesmírná studia NASA (GISS), aby studoval různé body v historii Země a dalších pozemských planetách sluneční soustavy (jako Merkur, Venuše a Mars).
Tento software lze také použít k simulaci toho, jaké by byly klima a mořská stanoviště na různých typech exoplanet. Po modelování různých možných exoplanet (na základě více než 4000, které byly dosud objeveny), byli schopni určit, které druhy exoplanet jsou s největší pravděpodobností vyvíjet a udržovat prosperující biosféry.
To spočívalo v použití oceánského cirkulačního modelu, který identifikoval, které exoplanety by měly nejúčinnější upwelling, a tak mohly udržovat oceány v pohostinných podmínkách. Zjistili, že planety s vyšší atmosférickou hustotou, pomalejšími rychlostmi rotace a přítomností kontinentů dávají vyšší míru růstu.
Hlavním důvodem je skutečnost, že Země nemusí být optimálně obyvatelná vzhledem k poměrně rychlé rychlosti rotace. "Je to překvapivý závěr," řekl Dr. Olson, "ukazuje nám, že podmínky na některých exoplanetách s příznivými vzory cirkulace oceánu by mohly být vhodnější pro podporu života, který je hojnější nebo aktivnější než život na Zemi."
Toto je jakási dobrá zpráva / špatná zpráva. Na jedné straně rozruší iluzi, že Země je standard, podle kterého lze měřit další potenciálně obývatelné exoplanety. Na druhé straně to naznačuje, že život může být v našem vesmíru hojnější, než by naznačovaly předchozí konzervativní odhady.
Jak ale Olsen naznačil, vždy bude existovat mezera mezi životem a tím, co jsme zjistitelní kvůli omezením v naší technologii. Tato studie je proto důležitá v tom, že povzbuzuje astronomy, aby své úsilí zaměřili na podskupinu exoplanet, která bude pravděpodobně upřednostňovat „velké, globálně aktivní biosféry, ve kterých bude život nejsnadněji detekovatelný - a kde budou detekce nejvýznamnější“.
To bude možné v nadcházejícím desetiletí díky rozmístění dalekohledů nové generace, jako je James Webb Space Telescope (JWST), které astronomové očekávají, že budou nápomocni při charakterizaci atmosfér a povrchových prostředí exoplanet. Jiné dalekohledy, které jsou stále na rýsovacím prkně, by mohly jít ještě dále - částečně díky takovým studiím.
"V ideálním případě bude tato práce informovat o designu dalekohledu, aby bylo zajištěno, že budoucí mise budou mít budoucí mise," řekl Dr. Olson, "jako například navrhované koncepce dalekohledů LUVOIR nebo HabEx; nyní víme, co hledat, takže musíme začít hledat “.
Pokud jde o hledání důkazů o životě mimo naši sluneční soustavu (nebo uvnitř ní), vědět, co hledat, může být ještě důležitější, než mít ty sofistikovanější nástroje, jak to udělat. V příštích letech budou mít astronomové výhodu nejmodernější technologie a vylepšených metod, přičemž pomocí všeho, co jsme se dosud naučili, najdou důkazy o jiném životě, než je ten náš.
