Τις τελευταίες δεκαετίες, χιλιάδες επιπλέον ηλιακοί πλανήτες έχουν ανακαλυφθεί στον γαλαξία μας. Από τις 28 Ιουλίου 2018, έχουν επιβεβαιωθεί συνολικά 3.374 πλανήτες εκτός ηλιακής ενέργειας σε 2.814 πλανητικά συστήματα. Ενώ η πλειονότητα αυτών των πλανητών ήταν γίγαντες φυσικού αερίου, ένας αυξανόμενος αριθμός έχει επίγεια φύση (δηλ. Βραχώδης) στη φύση και βρέθηκε να βρίσκεται σε τροχιά στις αντίστοιχες κατοικήσιμες ζώνες των αστεριών τους (HZ).
Ωστόσο, όπως δείχνει η περίπτωση του Ηλιακού Συστήματος, τα ΗΖ δεν είναι απαραίτητα σημαίνει ότι ένας πλανήτης μπορεί να υποστηρίξει τη ζωή. Παρόλο που η Αφροδίτη και ο Άρης βρίσκονται στο εσωτερικό και το εξωτερικό άκρο του HZ του Ήλιου (αντίστοιχα), κανένα δεν μπορεί να στηρίξει τη ζωή στην επιφάνειά του. Και με τους πιθανούς κατοικήσιμους πλανήτες να ανακαλύπτονται συνεχώς, μια νέα μελέτη δείχνει ότι ίσως είναι καιρός να βελτιώσουμε τον ορισμό μας για κατοικήσιμες ζώνες.
Η μελέτη, με τίτλο «Μια πιο ολοκληρωμένη κατοικήσιμη ζώνη για εύρεση ζωής σε άλλους πλανήτες», εμφανίστηκε πρόσφατα στο διαδίκτυο. Η μελέτη διεξήχθη από τον Δρ. Ramses M. Ramirez, ερευνητικό επιστήμονα με το Earth-Life Science Institute στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Τόκιο. Εδώ και χρόνια, ο Δρ Ramirez συμμετέχει στη μελέτη δυνητικά κατοικήσιμων κόσμων και έχει δημιουργήσει κλιματικά μοντέλα για την αξιολόγηση των διαδικασιών που καθιστούν τους πλανήτες κατοικήσιμους.
Όπως έδειξε ο Δρ Ramirez στη μελέτη του, ο πιο γενικός ορισμός μιας κατοικήσιμης ζώνης είναι η κυκλική περιοχή γύρω από ένα αστέρι όπου οι θερμοκρασίες της επιφάνειας σε ένα περιστρεφόμενο σώμα θα ήταν αρκετές για τη διατήρηση του νερού σε υγρή κατάσταση. Ωστόσο, αυτό από μόνο του δεν σημαίνει ότι ένας πλανήτης είναι κατοικήσιμος, και πρέπει να ληφθούν υπόψη πρόσθετες εκτιμήσεις για να καθοριστεί εάν η ζωή θα μπορούσε πραγματικά να υπάρχει εκεί. Όπως είπε ο Δρ Ramirez στο Space Magazine μέσω email:
«Η πιο δημοφιλής ενσάρκωση του HZ είναι η κλασική HZ. Αυτός ο κλασικός ορισμός προϋποθέτει ότι τα πιο σημαντικά αέρια του θερμοκηπίου στους δυνητικά κατοικήσιμους πλανήτες είναι το διοξείδιο του άνθρακα και οι υδρατμοί. Υποθέτει επίσης ότι η βιωσιμότητα σε αυτούς τους πλανήτες διατηρείται από τον κύκλο ανθρακικού-πυριτικού άλατος, όπως συμβαίνει στην περίπτωση της Γης. Στον πλανήτη μας, ο κύκλος ανθρακικού-πυριτικού οξέος τροφοδοτείται από τεκτονική πλάκας.
«Ο κύκλος ανθρακικού-πυριτικού ρυθμίζει τη μεταφορά διοξειδίου του άνθρακα μεταξύ της ατμόσφαιρας, της επιφάνειας και του εσωτερικού της Γης. Λειτουργεί ως πλανητικός θερμοστάτης σε μεγάλα χρονικά διαστήματα και διασφαλίζει ότι δεν υπάρχει πολύ CO2 στην ατμόσφαιρα (ο πλανήτης γίνεται πολύ ζεστός) ή πολύ λίγος (ο πλανήτης γίνεται πολύ κρύος). Το κλασικό HZ επίσης (τυπικά) υποθέτει ότι οι κατοικήσιμοι πλανήτες διαθέτουν συνολικά αποθέματα νερού (π.χ. συνολικό νερό στους ωκεανούς και τις θάλασσες) παρόμοιο σε μέγεθος με αυτό στη Γη. "
Αυτό είναι αυτό που μπορεί να αναφερθεί ως η προσέγγιση «χαμηλών κρεμώντων φρούτων», όπου οι επιστήμονες έχουν αναζητήσει σημάδια κατοίκησης με βάση αυτό που εμείς ως άνθρωποι είμαστε πιο εξοικειωμένοι. Δεδομένου ότι το μόνο παράδειγμα που έχουμε για τη βιωσιμότητα είναι ο πλανήτης Γη, οι μελέτες εξωπλανητών έχουν επικεντρωθεί στην εύρεση πλανητών που είναι "σαν τη Γη" σε σύνθεση (δηλ. Βραχώδεις), τροχιά και μέγεθος.
Ωστόσο, τα τελευταία χρόνια αυτός ο ορισμός έχει αμφισβητηθεί από νεότερες μελέτες. Καθώς η έρευνα του εξωπλανήτη απομακρύνθηκε από την απλή ανίχνευση και επιβεβαίωση της ύπαρξης σωμάτων γύρω από άλλα αστέρια και μετατράπηκε σε χαρακτηρισμό, έχουν προκύψει νεότερα σκευάσματα HZ που προσπάθησαν να συλλάβουν την ποικιλομορφία των δυνητικά κατοικήσιμων κόσμων.
Όπως εξήγησε ο Δρ Ramirez, αυτές οι νεότερες συνθέσεις έχουν συγχαρώ τις παραδοσιακές έννοιες των HZs θεωρώντας ότι οι κατοικήσιμοι πλανήτες μπορεί να έχουν διαφορετικές ατμοσφαιρικές συνθέσεις:
«Για παράδειγμα, θεωρούν την επίδραση επιπρόσθετων αερίων θερμοκηπίων, όπως το CH4 και το H2, και τα δύο θεωρήθηκαν σημαντικά για πρώιμες συνθήκες τόσο στη Γη όσο και στον Άρη. Η προσθήκη αυτών των αερίων καθιστά την κατοικήσιμη ζώνη ευρύτερη από αυτήν που θα προβλεπόταν από τον κλασικό ορισμό HZ. Αυτό είναι υπέροχο, επειδή πλανήτες που πιστεύεται ότι βρίσκονται έξω από το HZ, όπως το TRAPPIST-1h, μπορεί τώρα να βρίσκονται μέσα σε αυτό. Έχει επίσης υποστηριχθεί ότι πλανήτες με πυκνή ατμόσφαιρα CO2-CH4 κοντά στην εξωτερική άκρη του HZ θερμότερων αστεριών μπορεί να κατοικούνται επειδή είναι δύσκολο να διατηρηθούν τέτοιες ατμόσφαιρες χωρίς την παρουσία ζωής. "
Μία τέτοια μελέτη διεξήχθη από τους Dr. Ramirez και Lisa Kaltenegger, αναπληρωτή καθηγητή στο Ινστιτούτο Carl Sagan στο Πανεπιστήμιο Cornell. Σύμφωνα με ένα έγγραφο που παρήγαγαν το 2017, το οποίο εμφανίστηκε στο Astrophysical Journal Γράμματα,οι κυνηγοί εξωπλανητών θα μπορούσαν να βρουν πλανήτες που μια μέρα θα γίνουν κατοικήσιμοι με βάση την παρουσία ηφαιστειακής δραστηριότητας - ο οποίος θα μπορούσε να διακριθεί μέσω της παρουσίας αερίου υδρογόνου (H2) στην ατμόσφαιρα τους.
Αυτή η θεωρία είναι μια φυσική επέκταση της αναζήτησης για συνθήκες «σαν τη Γη», η οποία θεωρεί ότι η ατμόσφαιρα της Γης δεν ήταν πάντα όπως είναι σήμερα. Βασικά, οι πλανητικοί επιστήμονες θεωρούν ότι πριν από δισεκατομμύρια χρόνια, η πρώιμη ατμόσφαιρα της Γης είχε άφθονη παροχή αερίου υδρογόνου (H2Λόγω της ηφαιστειακής υπεροχής και της αλληλεπίδρασης μεταξύ μορίων υδρογόνου και αζώτου σε αυτήν την ατμόσφαιρα, αυτό που κράτησε τη Γη αρκετά ζεστή για να αναπτυχθεί η ζωή.
Στην περίπτωση της Γης, αυτό το υδρογόνο τελικά δραπέτευσε στο διάστημα, το οποίο πιστεύεται ότι ισχύει για όλους τους επίγειους πλανήτες. Ωστόσο, σε έναν πλανήτη όπου υπάρχουν επαρκή επίπεδα ηφαιστειακής δραστηριότητας, η παρουσία αερίου υδρογόνου στην ατμόσφαιρα θα μπορούσε να διατηρηθεί, επιτρέποντας έτσι ένα φαινόμενο θερμοκηπίου που θα διατηρούσε τις επιφάνειές τους ζεστές. Από αυτή την άποψη, η παρουσία αερίου υδρογόνου στην ατμόσφαιρα ενός πλανήτη θα μπορούσε να επεκτείνει το HZ ενός αστεριού.
Σύμφωνα με τον Ramirez, υπάρχει επίσης ο παράγοντας του χρόνου, ο οποίος συνήθως δεν λαμβάνεται υπόψη κατά την αξιολόγηση των HZ. Με λίγα λόγια, τα αστέρια εξελίσσονται με την πάροδο του χρόνου και εκπέμπουν διάφορα επίπεδα ακτινοβολίας ανάλογα με την ηλικία τους. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να αλλάξει πού φτάνει το HZ ενός αστεριού, το οποίο μπορεί να μην περιλαμβάνει έναν πλανήτη που μελετάται αυτή τη στιγμή. Όπως εξήγησε ο Ramirez:
«[Δεν] έχει αποδειχθεί ότι οι νάνοι Μ (πραγματικά δροσερά αστέρια) είναι τόσο φωτεινοί και ζεστοί όταν σχηματίζονται για πρώτη φορά που μπορούν να αποξηρανθούν νέοι πλανήτες που αργότερα αποφασίζονται να είναι στο κλασικό HZ. Αυτό υπογραμμίζει το σημείο ότι μόνο και μόνο επειδή ένας πλανήτης βρίσκεται επί του παρόντος στην κατοικήσιμη ζώνη, αυτό δεν σημαίνει ότι είναι πραγματικά κατοικήσιμος (πόσο μάλλον κατοικημένος). Πρέπει να είμαστε σε θέση να προσέξουμε αυτές τις περιπτώσεις.
Τέλος, υπάρχει το ζήτημα του τι είδους αστρονόμοι αστρονομικών συστημάτων έχουν παρατηρήσει στο κυνήγι εξωπλανητών. Ενώ πολλές έρευνες έχουν εξετάσει κίτρινο αστέρι νάνου τύπου G (που είναι ο Ήλιος μας), πολλή έρευνα έχει επικεντρωθεί στα αστέρια τύπου Μ (κόκκινος νάνος) αργά λόγω της μακροζωίας τους και του γεγονότος ότι πίστευαν ότι ήταν τα περισσότερα πιθανό μέρος για να βρείτε βραχώδεις πλανήτες που περιστρέφονται γύρω από τα αστέρια τους.
«Ενώ οι περισσότερες προηγούμενες μελέτες έχουν επικεντρωθεί σε συστήματα ενός αστεριού, πρόσφατες εργασίες δείχνουν ότι οι κατοικήσιμοι πλανήτες μπορεί να βρεθούν σε συστήματα δυαδικών αστεριών ή ακόμη και σε συστήματα ερυθρού γίγαντα ή λευκού νάνου, οι δυνητικά κατοικήσιμοι πλανήτες μπορούν επίσης να λάβουν τη μορφή ερήμων κόσμων ή ακόμη και ωκεανών κόσμων που είναι πολύ πιο υγρό από τη Γη », λέει ο Ramirez. «Τέτοιες διατυπώσεις όχι μόνο επεκτείνουν σημαντικά τον χώρο παραμέτρων των δυνητικά κατοικήσιμων πλανητών για αναζήτηση, αλλά μας επιτρέπουν να φιλτράρουμε τους κόσμους που είναι πιο (και λιγότερο) πιο πιθανό να φιλοξενήσουν τη ζωή».
Στο τέλος, αυτή η μελέτη δείχνει ότι το κλασικό HZ δεν είναι το μόνο εργαλείο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να εκτιμήσει την πιθανότητα εξωγήινης ζωής. Ως εκ τούτου, ο Ramirez συνιστά στο μέλλον, οι αστρονόμοι και οι κυνηγοί εξωπλανητών να συμπληρώνουν το κλασικό HZ με τις πρόσθετες σκέψεις που εγείρονται από αυτές τις νεότερες διατυπώσεις. Με αυτόν τον τρόπο, μπορεί να είναι σε θέση να μεγιστοποιήσουν τις πιθανότητές τους να βρουν ζωή κάποια μέρα.
«Συνιστώ στους επιστήμονες να δώσουν πραγματική προσοχή στα πρώτα στάδια των πλανητικών συστημάτων, διότι αυτό βοηθά στον προσδιορισμό της πιθανότητας ότι ένας πλανήτης που βρίσκεται σήμερα στην κατοικήσιμη ζώνη αξίζει πραγματικά να μελετηθεί περαιτέρω για περισσότερα στοιχεία της ζωής», είπε. «Προτείνω επίσης να χρησιμοποιούνται οι διάφοροι ορισμοί HZ σε συνδυασμό, ώστε να μπορούμε να προσδιορίσουμε καλύτερα ποιοι πλανήτες είναι πιο πιθανό να φιλοξενήσουν τη ζωή. Με αυτόν τον τρόπο μπορούμε να ταξινομήσουμε αυτούς τους πλανήτες και να καθορίσουμε σε ποιον να περάσουμε το μεγαλύτερο μέρος του χρόνου και της ενέργειας του τηλεσκοπίου μας. Στην πορεία θα δοκιμάζαμε επίσης πόσο έγκυρη είναι η έννοια HZ, συμπεριλαμβανομένου του καθορισμού του πόσο καθολικός είναι ο κύκλος ανθρακικού-πυριτικού άλατος σε κοσμική κλίμακα. "
