A földön kívüli életet támogatni képes világok keresésekor a tudósok jelenleg az „alacsony függesztésű gyümölcs” megközelítésre támaszkodnak. Mivel csak egy olyan feltételről tudunk, amelyek mellett az élet virágozhat - azaz mi van itt a Földön -, érdemes olyan világokat keresni, amelyekben ugyanazok a feltételek vannak. Ezek közé tartozik a csillag lakható zónájában való elhelyezkedés, stabil légkör és a folyékony víz fenntartása a felszínen.
Mindeddig a tudósok olyan módszerekre támaszkodtak, amelyek nagyon megnehezítik a vízgőz észlelését a szárazföldi bolygók atmoszférájában. De a NASA Goddard Űrkutatási Intézetének (GISS) Yuka Fujii vezetésével készített új tanulmánynak köszönhetően ez várhatóan megváltozik. Egy új, háromdimenziós modell felhasználásával, amely figyelembe veszi a globális keringési mintákat, ez a tanulmány azt is jelzi, hogy az életképes exoplanetek sokkal gyakoribbak lehetnek, mint gondoltuk.
A „NIR által vezérelt, szimmetrikusan forgó, mérsékelt szárazföldi exoplanetok népszerű felső légköre” című tanulmány nemrégiben jelent meg a Az asztrofizikai folyóirat. A kutatócsoportban Dr. Fujii mellett, aki szintén a Tokiói Technológiai Intézet Föld-élettudományi Intézetének tagja, Anthony D. Del Genio (GISS) és David S. Amundsen (GISS és a Columbia University) szerepel.
Egyszerűen fogalmazva: a folyékony víz nélkülözhetetlen az élethez, amint azt ismertük. Ha egy bolygónak nincs elég meleg légköre ahhoz, hogy elegendő ideig folytassa folyékony vizet a felszínén (milliárd év nagyságrendjén), akkor valószínűtlen, hogy az élet képes megjelenni és fejlődni. Ha egy bolygó túl távol van a csillagától, a felszíni víz lefagy; Ha túl közel van, a felszíni víz elpárolog, és elveszik a térben.
Míg korábban már az exoplanetek atmoszférájában vizet fedeztek fel, minden esetben a bolygók hatalmas gáz óriások voltak, amelyek csillagokhoz nagyon közel álltak. (más néven: „Forró Jupiter”). Ahogyan Fujii és kollégái kimutatták tanulmányukban:
„Habár a H2O szignatúrákat detektálták a forró Jupiter légkörében, a mérsékelt szárazföldi bolygókban a molekuláris szignálok, köztük a H2O kimutatása rendkívül kihívást jelent a kis bolygó sugara és a kis léptékű magasság miatt (az alacsonyabb hőmérséklet és feltehetőleg nagyobb átlag miatt) molekuláris tömeg)."
A földi (vagyis a sziklás) exoplanetek esetében a korábbi tanulmányokat arra kényszerítették, hogy egydimenziós modellekre támaszkodjanak a víz jelenlétének kiszámításához. Ez a hidrogénveszteség méréséből állt, ahol a sztratoszférában lévő vízgőz az ultraibolya sugárzásnak kitett hidrogénre és oxigénre bontódik. A hidrogén tér elvesztésének sebességének mérésével a tudósok megbecsülik a felszínen még mindig jelen lévő folyékony víz mennyiségét.
Mint azonban Dr. Fujii és munkatársai kifejtik, az ilyen modellek számos feltevésre támaszkodnak, amelyeket nem lehet megválaszolni, ideértve a hő és a vízgőzpára globális szállítását, valamint a felhők hatásait. Alapvetően a korábbi modellek azt jósolták, hogy ahhoz, hogy a vízgőz eljusson a sztratoszférába, ezen exoplanetek hosszú távú felszíni hőmérséklete 66 ° C-nál (150 ° F) magasabbnak kell lennie, mint amit a Földön tapasztalunk.
Ezek a hőmérsékletek erős konvektív viharokat okozhatnak a felületen. Ezeknek a viharoknak azonban nem lehet oka a víz eljutása a sztratoszférába, amikor a lassan forgó bolygók nedves üvegházhatású állapotba kerülnek - ahol a vízgőz fokozza a hőt. Azok a bolygók, amelyek szomszédos csillagukhoz közel keringnek, ismert, hogy lassan forognak, vagy hogy árapályokba vannak zárva a bolygóikkal, ezáltal valószínűtlenvé válnak a konvektív viharok.
Ez nagyon gyakran fordul elő olyan földi bolygók esetében, amelyek kis tömegű, rendkívül hűvös, M típusú (vörös törpe) csillagok körül helyezkednek el. Ezeknek a bolygóknak a távolsága a fogadó csillaghoz azt jelenti, hogy a gravitációs befolyása elég erős lesz ahhoz, hogy lelassítsák vagy teljesen megállítsák a forgásukat. Amikor ez megtörténik, vastag felhők képződnek a bolygó nappali oldalán, védve a csillag nagy részének fényétől.
A csoport úgy találta, hogy bár ez megőrizheti a nappali hűtést és megakadályozhatja a vízgőz növekedését, a közeli infravörös sugárzás (NIR) mennyisége elegendő hőt szolgáltathat ahhoz, hogy a bolygó nedves üvegházhatású állapotba kerüljön. Ez különösen igaz az M-típusú és más hűvös törpék csillagokra, amelyekről ismert, hogy többet termelnek a NIR útján. Amint ez a sugárzás felmelegíti a felhőket, a vízgőz emelkedik a sztratoszférába.
Ennek megoldására Fujii és csapata háromdimenziós általános cirkulációs modellekre (GCM) támaszkodott, amelyek tartalmazzák a légköri cirkulációt és az éghajlat heterogenitását. Modelljük kedvéért a csapat egy bolygóval indult, amelynek Föld-szerű légköre volt, és teljes egészében óceánok borították. Ez lehetővé tette a csapat számára, hogy világosan megértse, hogy a különféle csillagtípusoktól való távolságváltozások befolyásolják a bolygók felületének körülményeit.
Ezek a feltevések lehetővé tették a csapat számára, hogy világosan megértse, hogy a csillagok sugárzási távolságának és típusának megváltoztatása hogyan befolyásolta a sztratoszféra vízgőzének mennyiségét. Ahogyan Dr. Fujii egy NASA sajtóközleményben kifejtette:
„Egy olyan modell alkalmazásával, amely valósághűbben szimulálja a légköri viszonyokat, felfedeztünk egy új eljárást, amely ellenőrzi az exoplanetek lakhatóságát, és útmutatást nyújt a további tanulmányozásra alkalmas jelöltek azonosításában. Megállapítottuk, hogy fontos szerepet játszik a csillag által kibocsátott sugárzás típusa és annak hatása. az exoplanet légköri keringésével jár, hogy megteremtse a nedves üvegházhatást. ”
Végül a csapat új modellje bebizonyította, hogy mivel az alacsony tömegű csillagok fényük nagy részét NIR hullámhosszon bocsátják ki, a nedves üvegházhatást okozó állapotban állhat, ha a bolygók körül keringnek. Ennek eredményeként a felületük körülményei összehasonlíthatók lennének azzal, amit a Föld tapasztal a trópusokon, ahol forró és nedves a meleg és száraz helyett.
Ráadásul modelljük jelezte, hogy a NIR által vezérelt folyamatok fokozatosan növelik a nedvességet a sztratoszférában, oly mértékben, hogy a csillagokhoz közelebb keringő exoplanetek életképesek maradhatnak. A potenciális alkalmazhatóság felmérésének ezen új megközelítése lehetővé teszi a csillagászoknak, hogy szimulálják a bolygó atmoszférájának keringését és a keringés sajátosságait, amit az egydimenziós modellek nem tudnak megtenni.
A jövőben a csapat azt tervezi, hogy felmérje, hogy a bolygójellemzők változásai - például a gravitáció, méret, légköri összetétel és a felületi nyomás - befolyásolhatják a vízgőz-keringést és az alkalmazhatóságot. Ez a bolygók keringési mintázatait figyelembe vevő háromdimenziós modelljével együtt lehetővé teszi a csillagászok számára, hogy pontosabban meghatározzák a távoli bolygók potenciális alkalmazhatóságát. Amint Anthony Del Genio jelezte:
„Amíg megismerjük a csillag hőmérsékletét, megbecsülhetjük, hogy a csillagukhoz közeli bolygók nedves üvegházhatású állapotban vannak-e. A jelenlegi technológiát a határértékre állítják, hogy kis mennyiségű vízgőzt észleljenek az exoplanet légkörében. Ha elegendő víz van a kimutatáshoz, ez valószínűleg azt jelenti, hogy a bolygó nedves üvegház állapotban van. ”
Amellett, hogy az asztronomikusoknak átfogóbb módszert kínálnak az exoplanet életképességének meghatározására, ez a tanulmány jó hír az exoplanet vadászok számára is, akik abban reménykednek, hogy az M-típusú csillagok környékén lakható bolygót találjanak. Az alacsony tömegű, ultrahűvös, M típusú csillagok a leggyakoribb csillagok az univerzumban, amelyek a Tejút összes csillagának körülbelül 75% -át teszik ki. Annak ismerete, hogy képesek támogatni az életképes egzoplanetokat, nagymértékben növeli a valószínűségeket.
Ezenkívül ez a tanulmány nagyon jó hír, tekintettel a közelmúltbeli kutatások sokaságára, amely komoly kétségeket vetett fel az M-típusú csillagok azon képességében, hogy befogadható bolygókkal rendelkezzenek. Ezt a kutatást a sok szárazföldi bolygóra reagálva végezték el, amelyeket az elmúlt években felfedeztek a közeli vörös törpék körül. Felfedték azt, hogy általában a vörös törpe csillagok túl sok fáklyát tapasztalnak meg, és megszabadíthatják légkörük bolygóikat.
Ide tartoznak a 7 bolygó TRAPPIST-1 rendszere (amelyek közül három a csillag lakható övezetében helyezkedik el) és a Naprendszerhez legközelebbi exoplanet, a Proxima b. Az M-típusú csillagok körül felfedezett Föld-szerű bolygók száma és a csillagok természetes élettartama ezzel párhuzamosan arra vezette, hogy az asztrofizikai közösségben sokan arra gondolják, hogy a vörös törpe csillagok lehetnek a legvalószínűbb helyek az életképes exoplanetek megjelenésére.
Ezzel a legfrissebb tanulmánnyal, amely azt jelzi, hogy ezek a bolygók végül is lakhatóak lehetnek, úgy tűnik, hogy a labda ténylegesen visszatért az udvarukba!
