Když se podíváme do budoucnosti, NASA a další kosmické agentury mají velké naděje v oblasti výzkumu extra solární planety. V posledním desetiletí dosáhl počet známých exoplanet jen plachých 4 000 a očekává se, že po uvedení dalekohledů příští generace do provozu bude nalezeno mnohem více. A s tolika exoplanetami, které se mají studovat, se výzkumné cíle pomalu posunuly od procesu objevování k charakterizaci.
Vědci bohužel stále trápí skutečnost, že to, co považujeme za „obyvatelnou zónu“, podléhá mnoha předpokladům. Mezinárodní tým vědců, který se zabýval tímto problémem, nedávno zveřejnil dokument, ve kterém uvedl, jak by budoucí průzkumy exoplanet mohly vypadat za příklady analogů Země jako náznaky obývatelnosti a přijmout komplexnější přístup.
Příspěvek s názvem „Předpovědi o obyvatelné zóně a jejich testování“ se nedávno objevil online a byl předložen jako bílá kniha do Astro 2020 Decadal Survey o astronomii a astrofyzice. Tým za tím vedl Ramses M. Ramirez, výzkumný pracovník Institutu pro vědu o Zemi (ELSI) a Institut pro kosmickou vědu (SSI), ke kterému se připojili spoluautoři a spolupodepisovatelé z 23 univerzit a institucí.
Účelem dekadálního průzkumu je zvážit dosavadní pokrok v různých oblastech výzkumu a stanovit priority pro následující desetiletí. Průzkum jako takový poskytuje zásadní vedení NASA, Národní vesmírné nadaci (NSF) a ministerstvu energetiky, protože plánují své astronomické a astrofyzikální výzkumné cíle do budoucna.
V současnosti se mnoho z těchto cílů zaměřuje na studium exoplanet, které budou v příštích letech těžit z nasazení dalekohledů nové generace, jako jsou James Webb Space Telescope (JWST) a Širokoúhlý infračervený kosmický dalekohled (WFIRST), stejně jako pozemní observatoře jako Extremely Large Telescope (ELT), Thirty Meter Telescope a Giant Magellan Telescope (GMT).
Jednou z hlavních priorit výzkumu exoplanet je hledání planet, kde by mohl existovat mimozemský život. V tomto ohledu vědci označují planety za „potenciálně obyvatelné“ (a proto hodné následných pozorování) na základě toho, zda obíhají v obývatelných zónách svých hvězd (HZ). Z tohoto důvodu je rozumné podívat se na to, co se týká definice HZ.
Jak Ramirez a jeho kolegové uvedli ve své práci, jedním z hlavních problémů s obývatelností exoplanet je úroveň předpokladů, které jsou učiněny. Abychom to rozložili, většina definic HZ předpokládá přítomnost vody na povrchu, protože to je jediné rozpouštědlo, o kterém je v současnosti známo, že žije. Stejné definice předpokládají, že život vyžaduje skalní planetu s tektonickou aktivitou obíhající vhodně jasnou a teplou hvězdu.
Nedávný výzkum však zpochybnil mnoho z těchto předpokladů. To zahrnuje studie, které ukazují, jak atmosférický kyslík automaticky neznamená přítomnost života - zejména pokud je tento kyslík výsledkem chemické disociace, a nikoli fotosyntézy. Jiný výzkum ukázal, jak by přítomnost plynného kyslíku během raných období vývoje planety mohla zabránit vzniku základních forem života.
Byly také nedávno provedeny studie, které ukázaly, jak tektonika talířů nemusí být nezbytná pro vznik života, a že takzvané „vodní světy“ nemusí být schopny podporovat život (ale stále mohou). Kromě toho máte teoretickou práci, která naznačuje, že život se může vyvíjet v mořích metanu nebo amoniaku na jiných nebeských tělesech.
Klíčovým příkladem je Saturnův měsíc Titan, který se může pochlubit prostředím bohatým na prebiotické podmínky a organickou chemii - což někteří vědci považují za podporu exotických forem života. Vědci nakonec hledají známé biomarkery, jako je voda a oxid uhličitý, protože jsou spojeny s životem na Zemi, jediným známým příkladem planety nesoucí život.
Jak ale Ramirez vysvětlil časopisu Space Magazine e-mailem, toto myšlení (kde jsou analogy Země považovány za vhodné pro život) je stále plné problémů:
„Definice klasické obytné zóny je chybná, protože její konstrukce je založena hlavně na klimatických argumentech zaměřených na Zemi, které se mohou nebo nemusí vztahovat na jiné potenciálně obývatelné planety. Předpokládá například, že vícebarevné CO2 atmosféry mohou být podporovány na potenciálně obývatelných planetách poblíž vnějšího okraje obyvatelné zóny. Takové vysoké hladiny CO2 jsou však pro rostliny a zvířata Země toxické, a proto bez lepšího porozumění mezím života nevíme, jak rozumný je tento předpoklad.
„Klasický HZ také předpokládá, že CO2 a H2O jsou klíčovými skleníkovými plyny, které udržují potenciálně obyvatelné planety, ale několik studií v posledních letech vyvinulo alternativní definice HZ pomocí různých kombinací skleníkových plynů, včetně těch, které by mohly být na Zemi relativně malé důležité pro další potenciálně obyvatelné planety. “
V předchozí studii Dr. Ramirez ukázal, jak může způsobit přítomnost metanu a vodíku
Naštěstí budou mít tyto definice příležitost otestovat díky rozmístění dalekohledů nové generace. Vědci budou nejen schopni testovat některé z dlouhodobých předpokladů, na nichž jsou založeny HZ,
"Dalekohledy nové generace by mohly vyzkoušet obyvatelnou zónu tím, že budou hledat předvídané zvýšení atmosférického tlaku CO2 dále, než jsou potenciálně obyvatelné planety od svých hvězd." Také by se otestovalo, zda je cyklus uhličitan-křemičitan, což je mnoho lidí, kteří věřili, že naše planeta je po většinu své historie obyvatelná, univerzálním procesem nebo ne. “
V tomto procesu jsou křemičitanové horniny přeměněny na uhlíkové horniny prostřednictvím zvětrávání a eroze, zatímco uhlíkové horniny jsou přeměňovány na křemičitanové horniny díky vulkanické a geologické činnosti. Tento cyklus zajišťuje dlouhodobou stabilitu zemské atmosféry udržováním hladin CO2 v průběhu času. To také ukazuje, jak jsou voda a talířová tektonika pro život nezbytná, jak ji známe.
Tento typ cyklu však může existovat pouze na planetách, které mají půdu, která účinně vylučuje „vodní světy“. Tyto exoplanety - které mohou být běžné u hvězd typu M (červený trpaslík) - jsou považovány za až 50% hmotnostních vody. S tímto množstvím vody na jejich povrchu „vodní světy“ pravděpodobně budou mít na své hranici jádra a plášťu husté vrstvy ledu, čímž se zabrání hydrotermální aktivitě.
Jak již bylo uvedeno, existuje určitý výzkum, který naznačuje, že tyto planety by mohly být stále obyvatelné. I když hojnost vody by zabránila absorpci oxidu uhličitého horninami a potlačila vulkanickou aktivitu, simulace ukázaly, že tyto planety by stále mohly cyklizovat uhlík mezi atmosférou a oceánem, a tak udržovaly klima stabilní.
Pokud tyto typy oceánských světů existují, říká Dr. Ramirez, vědci by je mohli odhalit díky jejich nižší planetární hustotě a vysokotlaké atmosféře. A pak jsou tu různé skleníkové plyny, které nejsou vždy známkou teplejších planetárních atmosfér, v závislosti na typu hvězdy.
"Ačkoliv metan zahřívá naši planetu, zjistili jsme, že metan skutečně ochlazuje povrchy planet obyvatelných zón obíhajících kolem červených trpaslíků!" řekl. "Pokud tomu tak je, vysoká množství atmosférického metanu na takových planetách by mohla znamenat zmrzlé podmínky, které jsou možná nevhodné pro život hostitele." Budeme to schopni pozorovat v planetárních spektrech. “
Když už mluvíme o červených trpaslících, debatuje se o tom, zda by planety, které obíhají kolem těchto hvězd, dokázaly udržet atmosféru. V posledních několika letech bylo objeveno několik objevů, které naznačují, že skalnaté, přílivově uzamčené planety jsou běžné u červených trpaslíků a že obíhají uvnitř příslušných HZ svých hvězd.
Následující výzkum však posílil teorii, že nestabilita červených trpaslíků bude pravděpodobně mít za následek sluneční erupce, která by zbavila jakékoli planety obíhající kolem jejich atmosféry. Nakonec Ramirez a jeho kolegové zvyšují možnost, že by bylo možné najít obyvatelné planety obíhající to, co bylo (donedávna) považováno za nepravděpodobného kandidáta.
Byly by to hvězdy hlavní sekvence typu A - jako Sirius A, Altair a Vega - které byly považovány za příliš jasné a horké na to, aby byly vhodné pro obyvatelnost. Ramirez řekl o této možnosti:
"Mám také zájem zjistit, zda existuje život na planetách obyvatelných zón obíhajících kolem hvězd A." Dosud nebylo publikováno mnoho hodnocení planetární obývatelnosti A-star, ale některé architektury nové generace je plánují dodržovat. Brzy se dozvíme více o vhodnosti hvězd A pro život. “
Studie jako je tato, které zpochybňují definici „obyvatelné zóny“, se nakonec hodí, až budou mise příští generace zahájeny vědecké operace. S jejich citlivějšími nástroji s vyšším rozlišením a citlivějšími schopnostmi budou moci testovat a validovat mnoho předpovědí, které učinili vědci.
Tyto testy také potvrdí, zda život může existovat pouze tam, jak jej známe, nebo také mimo parametry, které považujeme za „podobné Zemi“. Jak ale dodal Ramirez, studie, kterou provedl spolu se svými kolegy, zdůrazňuje, jak důležité je, abychom pokračovali v investování do pokročilé technologie dalekohledu:
„Náš dokument také zdůrazňuje význam pokračujících investic do pokročilé technologie dalekohledů. Pokud chceme maximalizovat naše šance na nalezení života, musíme být schopni najít a charakterizovat co nejvíce obyvatelných zón planety. Doufám však také, že náš dokument inspiruje lidi k tomu, aby sní jen o dalších 10 let. Opravdu věřím, že nakonec budou existovat mise, které budou mnohem schopnější než cokoli, co v současné době navrhujeme. Naše současné úsilí je pouze začátkem mnohem odhodlanější snahy o náš druh. “
Schůzku Decadal Survey 2020 pořádají společně Rada fyziky a astronomie a Rada vesmírných studií Národní akademie věd, po níž bude následovat zpráva, která bude vydána zhruba za dva roky.
