Annak ellenére, hogy a csillagászok az utóbbi években felfedezték az exoplanetatok ezreit, komoly kihívást jelent annak meghatározása, vajon ezek közül bármelyik lakható-e vagy sem. Mivel ezeket a bolygókat nem tudjuk közvetlenül tanulmányozni, a tudósok kénytelenek keresni közvetett indikációkat. Ezeket bioszámjegyeknek nevezzük, amelyek olyan kémiai melléktermékekből állnak, amelyeket a bolygó légkörében megjelenő organikus élethez társítunk.
A NASA tudósok egy csoportja által készített új tanulmány új módszert javasol a Naprendszerünkön kívüli élet lehetséges jeleinek felkutatására. Azt javasolják, hogy a legfontosabb az, hogy kihasználják a hűvös, fiatal törpe csillagok gyakori csillagviharjait. Ezek a viharok hatalmas csillagokból és sugárzásból származó felhőket dobnak az űrbe, kölcsönhatásba lépve az exoplanet légkörével, és olyan biológiai aláírásokat hozva létre, amelyek kimutathatók.
A „Az élet légköri jelzőfényei a G és K csillagok körüli exoplanetekből” című tanulmány nemrégiben jelent meg a Természettudományos jelentések. Vladimir S. Airapetian, a NASA Goddard Űrrepülési Központ Heliophysics Science Division (HSD) vezető asztrofizikus vezetésében, a NASA Langley Kutatóközpontja, a Science Systems and Applications Incorporated (SSAI) és az Amerikai Egyetem tagjai voltak. .
A kutatók hagyományosan az oxigén és a metán jeleit kutatták az exoplanet légkörében, mivel ezek a szerves folyamatok jól ismert melléktermékei. Idővel ezek a gázok felhalmozódnak, elérve azokat a mennyiségeket, amelyek spektroszkópiával kimutathatók voltak. Ez a megközelítés azonban időigényes és megköveteli, hogy a csillagászok napokat töltsenek egy távoli bolygó spektrumainak megfigyelésére.
De Airapetian és munkatársai szerint lehetséges a durvabb aláírások keresése a potenciálisan lakható világokban. Ez a megközelítés a meglévő technológiára és erőforrásokra támaszkodna, és lényegesen kevesebb időt igényel. Amint Airapetian egy NASA sajtóközleményében kifejtette:
„Olyan molekulákat keresünk, amelyek az élet alapvető előfeltételeiből állnak - különösképpen a molekuláris nitrogénből, amely légkörünk 78% -a. Ezek olyan alapvető molekulák, amelyek biológiailag barátságosak és erős infravörös sugárzó erővel bírnak, növelve ezáltal a felismerésük esélyét. "
A földi élet mintájaként felhasználva Airapetian és csapata új módszert dolgozott ki a vízgőz, a nitrogén és az oxigén gáz melléktermékeinek megfigyelésére az exoplanetek légkörében. Az igazi trükk azonban az, hogy kihasználjuk a szélsőséges űrjárási események előnyeit, amelyek az aktív törpős csillagokkal fordulnak elő. Ezek az események, amelyek a bolygó légkörét kiteszik a sugárzásnak, kémiai reakciókat okoznak, amelyeket az űrhajósok választhatnak.
Mikor olyan csillagokról van szó, mint a Nap, egy G-típusú sárga törpe, az ilyen időjárási események gyakoriak, amikor még fiatalok. Más sárga és narancssárga csillagokról azonban ismert, hogy milliárd éven keresztül aktívak maradnak, és energiás, töltött részecskék viharát idézik elő. És az M-típusú (vörös törpe) csillagok, amelyek az univerzumban a leggyakoribb típusok, aktív marad egész élettartama alatt, periodikusan kitéve a bolygóikat mini fáklyáknak.
Amikor ezek elérik az exoplanetot, reagálnak a légkörrel, és a nitrogén (N2) és az oxigén (O2) gázok kémiai disszociációját okozzák egyetlen atomra, a vízgőz pedig hidrogénné és oxigénné. A lebontott nitrogén- és oxigénatomok ezután kémiai reakciók sorozatát idézik elő, amelyek hidroxil- (OH), több molekuláris oxigént (O) és nitrogén-oxidot (NO) eredményeznek - amit a tudósok „légköri jeleknek” hívnak.
Amikor a csillagfény eléri a bolygó légkörét, ezek a jeladó molekulák elnyelik az energiát és infravörös sugárzást bocsátanak ki. A sugárzás adott hullámhosszának megvizsgálásával a tudósok meg tudják határozni, hogy mely kémiai elemek vannak jelen. Ezen elemek jelerőssége a légköri nyomást is jelzi. Összességében ezek a leolvasások lehetővé teszik a tudósok számára, hogy meghatározzák a légkör sűrűségét és összetételét.
A csillagászok évtizedek óta használnak egy modellt annak kiszámítására is, hogy az ózon (O 3) hogyan alakul ki a Föld légkörében a napsugárzásnak kitett oxigénből. Ugyanezen modell alkalmazásával - és párosítva azt a hűvös, aktív csillagoktól várható űrjárási időjárási eseményekkel - Airapetian és kollégái arra törekedtek, hogy kiszámítsák, mennyi nitrogén-monoxid és hidroxil képződne egy földszerű légkörben, és mennyi az ózon elpusztulna. .
Ennek megvalósításához a NASA Termoszféra Ionoszféra Mezoszféra Energetikai Dinamika (TIMED) missziójának adatait vették igénybe, amely évek óta vizsgálja a jelek képződését a Föld légkörében. Pontosabban, a légkör hangzásából származó adatokat használták szélessávú emissziós radiométer (SABRE) eszköz segítségével, amely lehetővé tette számukra, hogy szimulálják, hogy ezeknek a jeleknek az infravörös megfigyelései hogyan jelenhetnek meg az exoplanet légkörében.
Mint Martin Mlynczak, a SABER munkatársa a NASA Langley Kutatóközpontjának fő kutatója és a cikk társszerzője, a következőket mondta:
„Figyelembe véve azt, amit tudunk a Föld légköre által kibocsátott infravörös sugárzásról, az ötlet az, hogy nézzünk meg az exoplanetokon és nézzük meg, hogy milyen jeleket érzékelhetünk. Ha az exoplanet jeleit közel azonos arányban találjuk meg, mint a Földé, akkor azt mondhatjuk, hogy a bolygó jó jelöltet kínál az élet befogadására. "
Azt találták, hogy az intenzív csillagviharok gyakorisága közvetlenül kapcsolódik a légköri jelekből származó hőjelek erősségéhez. Minél több vihar fordul elő, annál több beacon-molekula jön létre, és olyan erős jelet generál, amelyet a Földről egy űrteleszkóp segítségével meg lehet figyelni, és mindössze két órás megfigyelési idő alapján.
Megállapították azt is, hogy ez a fajta módszer eltávolíthatja az Föld-szerű mágneses teret nem tartalmazó exoplanetokat, amelyek természetesen kölcsönhatásba lépnek a Nap töltött részecskéivel. Egy ilyen mező jelenléte biztosítja azt, hogy a bolygó légkörét nem távolítsák el, ezért elengedhetetlen a tartózkodáshoz. Amint Airapetian kifejtette:
„A bolygónak mágneses mezőre van szüksége, amely védi a légkört és megóvja a bolygót a csillagviharoktól és a sugárzástól. Ha a csillagszél nem annyira szélsőséges, hogy az exoplanet mágneses mezőjét a felületéhez közel összenyomja, akkor a mágneses mező megakadályozza a légköri menekülést, így több részecske van a légkörben, és erősebb eredő infravörös jel van. "
Ez az új modell több okból is jelentős. Egyrészt megmutatja, hogy a Föld légkörének és az űrjárási időjárási viszonyoknak részletes vizsgálatát lehetővé tevő kutatások most kerülnek az exoplanetek kutatására. Izgalmas azért is, mert lehetővé teheti az exoplanet alkalmazhatóságának új tanulmányait bizonyos csillagosztályok körül - kezdve a sokféle sárga és narancssárga csillagot a hűvös, vörös törpe csillagokig.
A vörös törpék a leggyakoribb csillagtípusok az univerzumban: a csillagok 70% -át spirális galaxisokban, 90% -át az elliptikus galaxisokban képviselik. Sőt, a közelmúltbeli felfedezések alapján a csillagászok becslései szerint a vörös törpe csillagok valószínűleg sziklás bolygók rendszerével rendelkeznek. A kutatócsoport azt is várja, hogy a következő generációs űrműszerek, mint például a James Webb Űrtávcső, növelik annak a valószínűségét, hogy ezt a modellt használva elférnek bolygók.
Mint mondta William Danchi, a Goddard vezető asztrofizikus és a tanulmány társszerzője:
„Az exoplanetek életképességének új felismerése kritikusan függ az interdiszciplináris kutatásoktól, amelyekben az adatokat, modelleket és technikákat felhasználják a NASA Goddard négy tudományos részlege: heliofizika, asztrofizika, bolygó- és földtudomány. Ez a keverék egyedi és erőteljes új utat hoz létre az exoplanet kutatáshoz. ”
Addig, amíg képesek vagyunk az exoplanetek közvetlen tanulmányozására, hihetetlenül értékes minden olyan fejlemény, amely a bioszférákat jobban észrevehetővé és könnyebben észlelhetővé teszi. Az elkövetkező években a Blue Project és a Breakthrough Starshot reméli, hogy elvégzi az Alpha Centauri rendszer első közvetlen tanulmányait. Időközben a továbbfejlesztett modellek, amelyek lehetővé teszik számunkra számtalan más csillag felmérését a potenciálisan életképes exoplanetok számára, aranyszínűek!
Nemcsak jelentősen javítják megértésünket az ilyen bolygók gyakoriságáról, hanem csak egy vagy több Föld 2.0 irányába mutathatnak bennünket!
