A jövőre nézve a NASA és más űrügynökségek nagy reményeket támasztanak a Napenergián kívüli bolygók kutatásának területén. Az elmúlt évtizedben az ismert exoplanetek száma elérte a félénk 4000-et, és várhatóan sokkal többet találnak a következő generációs távcsövek üzembe helyezése után. És oly sok exoplanett tanulmányozása érdekében a kutatási célok lassan elmozdultak a felfedezés folyamatától és a jellemzés felé.
Sajnos a tudósokat még mindig sújtja az a tény, hogy amit „lakható zónának” tekintünk, sok feltevés vonatkozik. Ennek érdekében egy nemzetközi kutatócsoport nemrégiben publikált egy papírt, amelyben rámutatott arra, hogy a jövőbeli exoplanet-felmérések miként tekinthetnek a Föld-analóg példákon túl, mint a alkalmazhatóság jelét, és átfogóbb megközelítést alkalmaznak.
A „Habitable Zone ennások és azok tesztelésének címe” című könyv nemrégiben megjelent az interneten, és fehér könyvként benyújtották az Astro 2020 csillagászat és asztrofizika felmérésére. A mögötte álló csoportot Ramses M. Ramirez, a Föld-Élettudományi Intézet (ELSI) és az Űrtudományi Intézet (SSI) kutatója vezette, akihez 23 egyetem és intézmény társszerzői és aláírói csatlakoztak.
A dekadalis felmérés célja a korábban elért haladás mérlegelése a kutatás különféle területein és prioritások meghatározása a következő évtizedre. Mint ilyen, a felmérés kritikus útmutatást nyújt a NASA, a Nemzeti Űr Alapítvány (NSF) és az Energiaügyi Minisztérium számára, miközben megtervezik csillagászati és asztrofizikai kutatási céljaikat a jövőre nézve.
Jelenleg e célok közül sok az exoplanetek tanulmányozására összpontosít, amelyek az elkövetkező években profitálnak majd a következő generációs távcsövek, például a James Webb Űrtávcső (JWST) és a Széles körű infravörös távcső (WFIRST), valamint olyan földi obszervatóriumok, mint az Extremely Large Telescope (ELT), a Thirty Meter Teleszkóp és az Óriás Magellan Teleszkóp (GMT).
Az exoplanet kutatás egyik legfontosabb prioritása azon bolygók keresése, ahol földön kívüli élet létezhet. Ebben a tekintetben a tudósok a bolygót „potenciálisan életképessé” (és ezért érdemes nyomon követési megfigyelésekre) jelzik annak alapján, hogy a csillagok lakhatósági zónáin (HZ) kering-e vagy sem. Ezért érdemes megvizsgálni, mi történik a HZ meghatározásakor.
Amint Ramirez és kollégái a munkájukban rámutattak, az exoplanet bolygóval való életképesség egyik legfontosabb kérdése a feltevések feltételezése. A lebontáshoz a HZ-k legtöbb meghatározása feltételezi, hogy víz van a felszínen, mivel ez az egyetlen oldószer, amely jelenleg ismert a gazdaszervezet életében. Ugyanezek a definíciók feltételezik, hogy az élet megköveteli a tektonikus aktivitású sziklás bolygót, amely egy megfelelően fényes és meleg csillag körül kering.
A legfrissebb kutatások azonban kétségbe vonják ezen feltevések sokaságát. Ide tartoznak olyan tanulmányok, amelyek azt mutatják, hogy a légköri oxigén nem jelenti automatikusan az élet jelenlétét - különösen, ha az oxigén kémiai disszociáció, nem pedig fotoszintézis eredménye. Más kutatások kimutatták, hogy az oxigéngáz jelenléte a bolygó fejlődésének korai szakaszaiban megakadályozhatja az alapvető életformák kialakulását.
Ezenkívül nemrégiben készültek tanulmányok, amelyek kimutatták, hogy a lemez-tektonika miért nem feltétlenül szükséges az élet kialakulásához, és hogy az úgynevezett „vízvilágok” nem képesek támogatni az életet (de mégis képesek lennének). Mindemellett elméleti munkája van, amely arra utal, hogy az élet más égi testek metán- vagy ammónia-tengereiben alakulhat ki.
A legfontosabb példa erre a Saturn hold Titan, amely olyan környezettel büszkélkedhet, amely gazdag prebiotikus körülmények között és szerves kémiában - amely egyes tudósok szerint támogatni tudja az egzotikus életformákat. Végül a tudósok olyan ismert biomarkereket keresnek, mint a víz és a szén-dioxid, mert ezek kapcsolódnak a földi élethez, amely az élethordozó bolygó egyetlen ismert példája.
De amint Ramirez e-mailben elmagyarázta a Space Magazine-nak, ez a gondolkodásmód (ahol a Föld-analógokat tartják életre alkalmasnak) továbbra is problémákkal teli:
„A klasszikus lakható övezet meghatározása hibás, mivel annak felépítése elsősorban a Föld-központú éghajlati érveken alapszik, amelyek alkalmazhatók vagy nem alkalmazhatók más potenciálisan lakható bolygókra. Például feltételezi, hogy a több bar-es szén-dioxid-légkör támaszkodhat a potenciálisan lakható bolygókon a lakhatósági zóna külső széle közelében. Az ilyen magas szén-dioxid-szint azonban mérgező a földi növényekre és állatokra, és így az élet határainak jobb megértése nélkül nem tudjuk, mennyire ésszerű ez a feltételezés.
„A klasszikus HZ azt is feltételezi, hogy a CO2 és a H2O jelentik az üvegházhatást okozó gázokat, amelyek fenntartják a potenciálisan lakható bolygót, ám az utóbbi években számos tanulmány kidolgozott alternatív HZ meghatározásokat üvegházhatású gázok különböző kombinációinak felhasználásával, beleértve azokat, amelyek bár a Földön viszonylag csekélyek, fontos más potenciálisan lakható bolygók számára. ”
Egy korábbi tanulmányban Dr. Ramirez megmutatta, hogy a metán és a hidrogén gázok jelenléte is okozhatja
Szerencsére ezeknek a meghatározásoknak lehetősége lesz tesztelésre, köszönhetően a következő generációs távcsöveknek. A tudósok nem csak azoknak a régóta fennálló feltételezéseknek a tesztelésére képesek, amelyekre a HZ-k alapulnak,
„A következő generációs távcsövek kipróbálhatják a lakhatósági zónát úgy, hogy megvizsgálják a légköri CO2 nyomás becsült növekedését, minél távolabb vannak a potenciálisan lakható bolygók a csillagoktól. Ez azt is megvizsgálná, hogy a karbonát-szilikát-ciklus, amely sokan úgy vélik, hogy bolygónk a történelem nagy részében életképes maradt, egyetemes folyamat, vagy sem. ”
Ebben a folyamatban a szilikát kőzeteket időjárási és eróziós folyamatok révén szén kőzetekké alakítják, míg a szén kőzeteket vulkanikus és geológiai aktivitás révén szilikát kőzetekké alakítják. Ez a ciklus biztosítja a Föld légkörének hosszú távú stabilitását azáltal, hogy az CO2-szintet egy időben egységesen tartja. Azt is bemutatja, hogy a víz és a lemeztektonika elengedhetetlenek az élethez, amint azt tudjuk.
Ez a fajta ciklus azonban csak a bolygókon létezhet, amelyeknek földje van, ami ténylegesen kizárja a „vízvilágokat”. Ezeknek az exoplaneteknek - amelyek lehetnek általánosak az M típusú (vörös törpe) csillagok körül - úgy gondolják, hogy a víz tömegük 50% -áig terjedjen. Ha a vízmennyiség felületükön található, a „vízvilágok” valószínűleg sűrű jégrétegekkel rendelkeznek a mag-köpeny határán, ezáltal megakadályozva a hidrotermikus aktivitást.
De amint már megjegyeztük, van néhány kutatás, amely azt jelzi, hogy ezek a bolygók továbbra is életképesek lehetnek. Noha a víz bősége megakadályozná a szén-dioxid abszorpcióját a sziklákban és elnyomná a vulkáni aktivitást, a szimulációk kimutatták, hogy ezek a bolygók továbbra is ciklust foroghatnak a légkör és az óceán között, így az éghajlat stabil marad.
Ha léteznek ilyen óceáni világok - mondja Dr. Ramirez, a tudósok az alsó bolygósűrűségükön és a nagynyomású légkörükön keresztül tudnák őket felismerni. És akkor a különféle üvegházhatású gázok kérdése, amelyek a csillag típusától függően nem mindig jelzik a melegebb bolygó atmoszférát.
"Noha a metán felmelegíti bolygónkat, azt tapasztaltuk, hogy a metán valójában lehűti a vörös törp csillagok körüli körüli körzetben élő lakható zónák bolygóinak felületét!" ő mondta. „Ha ez a helyzet, akkor az ilyen bolygók magas légköri metánmennyisége fagyott feltételeket jelenthet, amelyek valószínűleg alkalmatlanok az élet elhelyezésére. Ezt megfigyelhetjük a bolygóspektrumokban. ”
A vörös törpékről beszélve felmerül a vita arról, hogy az e csillagokat keringő bolygók képesek-e fenntartani a légkört. Az elmúlt években számos felfedezés történt, amelyek arra utalnak, hogy a sziklás, árapályon elzárt bolygók gyakoriak a vörös törpe csillagok körül, és a csillagok megfelelő HZ-jén keringnek.
A későbbi kutatások azonban megerősítették azt az elméletet, miszerint a vörös törpe csillagok instabilitása valószínűleg olyan napsugárzó fáklyákat eredményez, amelyek megszabadítják a légkörük körül keringő bolygókat. Végül Ramirez és kollégái felvetették annak a lehetőségét, hogy olyan élő bolygók találhatók, amelyek körül keringnek (amit a közelmúltig) valószínűtlen jelöltnek tartottak.
Ezek lennének az A-típusú fő sorozatú csillagok - mint például a Sirius A, az Altair és a Vega -, amelyeket túl fényesnek és melegnek tartottak ahhoz, hogy alkalmasak legyenek az életképességre. Dr. Ramirez elmondta ezt a lehetőséget:
"Azt is érdekli, hogy megtudja, létezik-e élet az A-csillagokat keringő lakható övezetek bolygóin. Az A-csillag bolygóinak alkalmazhatóságát nem sok közzétették, de néhány következő generációs építészet tervezi ezeket megfigyelni. Hamarosan többet megtudhatunk az A-csillagok életképességéről. ”
Végül az ilyen tanulmányok, amelyek megkérdőjelezik a „lakható övezet” meghatározását, hasznosak lesznek, amikor a következő generációs missziók elkezdenek tudományos műveleteket. Nagyobb felbontású és érzékenyebb műszereikkel képesek lesznek tesztelni és validálni a tudósok sok előrejelzését.
Ezek a tesztek azt is megerősítik, hogy az élet csak akkor létezhetne-e ott, ahogyan tudjuk, vagy azon túl, amelyek a „Föld-szerűnek” tartott paramétereken túl vannak-e. De amint Ramirez hozzátette, a kollégákkal végzett tanulmány rávilágít arra is, hogy mennyire fontos, hogy továbbra is fektessenünk a fejlett távcsövek technológiájába:
„Dokumentumunk hangsúlyozza a fejlett távcső-technológiába történő folyamatos beruházás fontosságát is. Annak érdekében, hogy maximalizáljuk életünk esélyeit, képesnek kell lennünk arra, hogy megtaláljuk és jellemezze a lehető legtöbb élőhelyi bolygót. Remélem azonban, hogy a cikk inspirálja az embereket, hogy csak a következő 10 évben álmodjanak. Nagyon hiszem, hogy végül lesznek olyan küldetések, amelyek sokkal képesek lesznek, mint bármi, amit jelenleg tervezünk. Jelenlegi erőfeszítéseink csak a kezdete egy fajunkkal szembeni sokkal elkötelezettebb törekvésnek. ”
A 2020-as évtizedes felmérés ülését a Fizikai és Csillagászat Igazgatósága és a Nemzeti Tudományos Akadémia Űrkutatási Tanácsa együttesen szervezi, és ezt egy jelentés követi, amely közel két év múlva jelenik meg.
