Παρά τις χιλιάδες εξωπλανήτες που έχουν ανακαλυφθεί από τους αστρονόμους τα τελευταία χρόνια, ο καθορισμός του κατά πόσον κάποιος από αυτούς είναι κατοικήσιμος ή όχι είναι μια μεγάλη πρόκληση. Δεδομένου ότι δεν μπορούμε να μελετήσουμε αυτούς τους πλανήτες άμεσα, οι επιστήμονες αναγκάζονται να αναζητήσουν έμμεσες ενδείξεις. Αυτές είναι γνωστές ως βιογραφίες, οι οποίες αποτελούνται από τα χημικά υποπροϊόντα που συνδέουμε με τη βιολογική ζωή που εμφανίζεται στην ατμόσφαιρα ενός πλανήτη.
Μια νέα μελέτη από μια ομάδα επιστημόνων της NASA προτείνει μια νέα μέθοδο αναζήτησης για πιθανά σημάδια ζωής πέρα από το Ηλιακό μας Σύστημα. Το κλειδί, προτείνουν, είναι να επωφεληθούν από συχνές αστρικές καταιγίδες από δροσερά, νεαρά νάνα αστέρια. Αυτές οι καταιγίδες εκτοξεύουν τεράστια σύννεφα αστρικού υλικού και ακτινοβολίας στο διάστημα, αλληλεπιδρώντας με ατμόσφαιρες εξωπλανητών και παράγοντας βιογραφίες που θα μπορούσαν να ανιχνευθούν.
Η μελέτη, με τίτλο "Atmospheric Beacons of Life from Exoplanets Around G and K Stars", εμφανίστηκε πρόσφατα στο Επιστημονικές εκθέσεις για τη φύση. Με επικεφαλής τον Vladimir S. Airapetian, ανώτερο αστροφυσικό με το Heliophysics Science Division (HSD) στο NASA Goddard Space Flight Center, η ομάδα περιελάμβανε μέλη από το ερευνητικό κέντρο Langley της NASA, το Science Systems and Applications Incorporated (SSAI) και το Αμερικανικό Πανεπιστήμιο .
Παραδοσιακά, οι ερευνητές έχουν αναζητήσει σημάδια οξυγόνου και μεθανίου σε ατμόσφαιρες εξωπλανήτη, καθώς αυτά είναι γνωστά υποπροϊόντα οργανικών διεργασιών. Με την πάροδο του χρόνου, αυτά τα αέρια συσσωρεύονται, φτάνοντας σε ποσότητες που θα μπορούσαν να ανιχνευθούν χρησιμοποιώντας φασματοσκοπία. Ωστόσο, αυτή η προσέγγιση είναι χρονοβόρα και απαιτεί από τους αστρονόμους να περάσουν μέρες προσπαθώντας να παρατηρήσουν φάσματα από έναν μακρινό πλανήτη.
Ωστόσο, σύμφωνα με τον Airapetian και τους συναδέλφους του, είναι δυνατό να αναζητήσουμε υπογραφές που θα μπορούσαν να κατοικήσουν σε δυνητικά κατοικήσιμους κόσμους. Αυτή η προσέγγιση θα βασίζεται στην υπάρχουσα τεχνολογία και τους πόρους και θα πάρει πολύ λιγότερο χρόνο. Όπως εξήγησε η Airapetian σε δελτίο τύπου της NASA:
«Αναζητούμε μόρια που σχηματίζονται από θεμελιώδεις προϋποθέσεις στη ζωή - συγκεκριμένα μοριακό άζωτο, το οποίο είναι το 78% της ατμόσφαιρας μας. Αυτά είναι βασικά μόρια που είναι βιολογικά φιλικά και έχουν ισχυρή ισχύ εκπομπής υπερύθρων, αυξάνοντας την πιθανότητα να τα εντοπίσουμε ».
Χρησιμοποιώντας τη ζωή στη Γη ως πρότυπο, ο Airapetian και η ομάδα του σχεδίασαν μια νέα μέθοδο για να δουν ή να υποδείξουν υποπροϊόντα υδρατμών, αζώτου και αερίου οξυγόνου σε εξωπλανήτες. Το πραγματικό τέχνασμα, ωστόσο, είναι να επωφεληθείτε από τα είδη των ακραίων διαστημικών καιρικών γεγονότων που συμβαίνουν με ενεργά νάνους αστέρια. Αυτά τα γεγονότα, τα οποία εκθέτουν τις πλανητικές ατμόσφαιρες σε εκρήξεις ακτινοβολίας, προκαλούν χημικές αντιδράσεις που μπορούν να διαλέξουν οι αστρονόμοι.
Όταν πρόκειται για αστέρια όπως ο Ήλιος μας, ένας κίτρινος νάνος τύπου G, τέτοια καιρικά φαινόμενα είναι κοινά όταν είναι ακόμη νέοι. Ωστόσο, άλλα κίτρινα και πορτοκαλί αστέρια είναι γνωστό ότι παραμένουν ενεργά για δισεκατομμύρια χρόνια, παράγοντας καταιγίδες ενεργητικών, φορτισμένων σωματιδίων. Και τα αστέρια τύπου Μ (κόκκινος νάνος), ο πιο κοινός τύπος στο Σύμπαν, παραμένουν ενεργά καθ 'όλη τη διάρκεια της ζωής τους, περιορίζοντας περιοδικά τους πλανήτες τους σε μίνι φωτοβολίδες.
Όταν αυτά φτάσουν σε έναν εξωπλανήτη, αντιδρούν με την ατμόσφαιρα και προκαλούν τη χημική διάσταση του αζώτου (N2) και του αερίου οξυγόνου (O2) σε μεμονωμένα άτομα, και υδρατμών σε υδρογόνο και οξυγόνο. Τα διασπασμένα άτομα αζώτου και οξυγόνου προκαλούν στη συνέχεια μια σειρά χημικών αντιδράσεων που παράγουν υδροξύλιο (ΟΗ), περισσότερο μοριακό οξυγόνο (Ο) και νιτρικό οξείδιο (ΟΧΙ) - αυτό που οι επιστήμονες αναφέρονται ως «ατμοσφαιρικοί φάροι».
Όταν το αστέρι χτυπά την ατμόσφαιρα ενός πλανήτη, αυτά τα μόρια του φάρου απορροφούν την ενέργεια και εκπέμπουν υπέρυθρη ακτινοβολία. Εξετάζοντας τα συγκεκριμένα μήκη κύματος αυτής της ακτινοβολίας, οι επιστήμονες είναι σε θέση να προσδιορίσουν ποια χημικά στοιχεία υπάρχουν. Η ισχύς σήματος αυτών των στοιχείων είναι επίσης ένδειξη ατμοσφαιρικής πίεσης. Συνολικά, αυτές οι αναγνώσεις επιτρέπουν στους επιστήμονες να καθορίσουν την πυκνότητα και τη σύνθεση μιας ατμόσφαιρας.
Για δεκαετίες, οι αστρονόμοι χρησιμοποίησαν επίσης ένα μοντέλο για να υπολογίσουν πώς σχηματίζεται το όζον (O³) στην ατμόσφαιρα της Γης από οξυγόνο που εκτίθεται σε ηλιακή ακτινοβολία. Χρησιμοποιώντας το ίδιο μοντέλο - και συνδυάζοντάς το με διαστημικά καιρικά φαινόμενα που αναμένονται από δροσερά, ενεργά αστέρια - ο Airapetian και οι συνεργάτες του προσπάθησαν να υπολογίσουν πόσο θα σχηματίσουν το νιτρικό οξείδιο και το υδροξύλιο σε μια γήινη ατμόσφαιρα και πόσο όζον θα καταστραφεί .
Για να το επιτύχουν, συμβουλεύτηκαν δεδομένα από την αποστολή Thermosphere Ionosphere Mesosphere Energetics Dynamics (TIMED) της NASA, η οποία μελετά εδώ και χρόνια τη δημιουργία φάρων στην ατμόσφαιρα της Γης. Συγκεκριμένα, χρησιμοποίησαν δεδομένα από το Sounding of the Atmosphere χρησιμοποιώντας το όργανο Broadband Emission Radiometry (SABER), το οποίο τους επέτρεψε να προσομοιώσουν πώς οι υπέρυθρες παρατηρήσεις αυτών των φάρων θα μπορούσαν να εμφανιστούν σε ατμόσφαιρες εξωπλανήτη.
Όπως αναφέρει ο Martin Mlynczak, ο κύριος ερευνητής του SABER στο ερευνητικό κέντρο Langley της NASA και συν-συγγραφέας της εφημερίδας, ανέφερε:
«Λαμβάνοντας όσα γνωρίζουμε για την υπέρυθρη ακτινοβολία που εκπέμπεται από την ατμόσφαιρα της Γης, η ιδέα είναι να κοιτάξουμε τους εξωπλανήτες και να δούμε τι είδους σήματα μπορούμε να ανιχνεύσουμε. Εάν εντοπίσουμε σήματα εξωπλανητών σχεδόν στην ίδια αναλογία με τη Γη, θα μπορούσαμε να πούμε ότι ο πλανήτης είναι ένας καλός υποψήφιος για τη φιλοξενία της ζωής. "
Αυτό που βρήκαν ήταν ότι η συχνότητα των έντονων αστρικών καταιγίδων σχετίζεται άμεσα με τη δύναμη των σημάτων θερμότητας που προέρχονται από τους ατμοσφαιρικούς φάρους. Όσο περισσότερες καταιγίδες συμβαίνουν, τόσο περισσότερα μόρια φάρων δημιουργούνται, δημιουργώντας ένα σήμα αρκετά ισχυρό ώστε να μπορεί να παρατηρηθεί από τη Γη με ένα διαστημικό τηλεσκόπιο και βασισμένο σε μόλις δύο ώρες χρόνου παρατήρησης.
Διαπίστωσαν επίσης ότι αυτό το είδος μεθόδου μπορεί να εξαλείψει εξωπλανήτες που δεν διαθέτουν μαγνητικό πεδίο σαν τη Γη, που φυσικά αλληλεπιδρά με φορτισμένα σωματίδια από τον Ήλιο. Η παρουσία ενός τέτοιου πεδίου διασφαλίζει ότι η ατμόσφαιρα ενός πλανήτη δεν απογυμνώνεται και, επομένως, είναι απαραίτητη για την κατοικησιμότητα. Όπως εξήγησε η Airapetian:
«Ένας πλανήτης χρειάζεται ένα μαγνητικό πεδίο, το οποίο προστατεύει την ατμόσφαιρα και προστατεύει τον πλανήτη από αστρικές καταιγίδες και ακτινοβολία. Εάν οι αστρικοί άνεμοι δεν είναι τόσο ακραίοι ώστε να συμπιέσουν το μαγνητικό πεδίο ενός εξωπλανήτη κοντά στην επιφάνειά του, το μαγνητικό πεδίο αποτρέπει την ατμοσφαιρική διαφυγή, επομένως υπάρχουν περισσότερα σωματίδια στην ατμόσφαιρα και ένα ισχυρότερο υπέρυθρο σήμα που προκύπτει. "
Αυτό το νέο μοντέλο είναι σημαντικό για διάφορους λόγους. Από τη μία πλευρά, δείχνει πώς η έρευνα που επέτρεψε λεπτομερείς μελέτες της ατμόσφαιρας της Γης και πώς αλληλεπιδρά με τον διαστημικό καιρό γίνεται τώρα στη μελέτη των εξωπλανητών. Είναι επίσης συναρπαστικό, διότι θα μπορούσε να επιτρέψει νέες μελέτες σχετικά με τη βιωσιμότητα του εξωπλανήτη γύρω από ορισμένες κατηγορίες αστεριών - που κυμαίνονται από πολλούς τύπους κίτρινων και πορτοκαλί αστεριών έως δροσερά, κόκκινα αστέρια νάνων.
Οι κόκκινοι νάνοι είναι ο πιο συνηθισμένος τύπος αστεριού στο Σύμπαν, αντιπροσωπεύοντας το 70% των αστεριών στους σπειροειδείς γαλαξίες και το 90% στους ελλειπτικούς γαλαξίες. Επιπλέον, με βάση πρόσφατες ανακαλύψεις, οι αστρονόμοι εκτιμούν ότι τα κόκκινα αστέρια νάνων είναι πολύ πιθανό να έχουν συστήματα από βραχώδεις πλανήτες. Η ερευνητική ομάδα προβλέπει επίσης ότι τα διαστημικά όργανα επόμενης γενιάς όπως το Διαστημικό Τηλεσκόπιο James Webb θα αυξήσουν την πιθανότητα εύρεσης κατοικήσιμων πλανητών χρησιμοποιώντας αυτό το μοντέλο.
Όπως δήλωσε ο William Danchi, ανώτερος αστροφυσικός και συν-συγγραφέας της Goddard:
«Οι νέες γνώσεις σχετικά με τις δυνατότητες ζωής στους εξωπλανήτες εξαρτώνται αποφασιστικά από τη διεπιστημονική έρευνα στην οποία δεδομένα, μοντέλα και τεχνικές χρησιμοποιούνται από τα τέσσερα επιστημονικά τμήματα της NASA Goddard: την ηλιοφυσική, την αστροφυσική, τις πλανητικές και τις γήινες επιστήμες. Αυτό το μείγμα παράγει μοναδικά και ισχυρά νέα μονοπάτια για έρευνα εξωπλανητών. "
Μέχρι τη στιγμή που είμαστε σε θέση να μελετήσουμε άμεσα τους εξωπλανήτες, κάθε εξέλιξη που καθιστά τις βιογραφίες πιο διακριτές και ευκολότερες στον εντοπισμό είναι απίστευτα πολύτιμη. Τα επόμενα χρόνια, το Project Blue και το Breakthrough Starshot ελπίζουν να πραγματοποιήσουν τις πρώτες άμεσες μελέτες του συστήματος Alpha Centauri. Ωστόσο, στο μεταξύ, τα βελτιωμένα μοντέλα που μας επιτρέπουν να εξετάζουμε αμέτρητα άλλα αστέρια για τους δυνητικά κατοικήσιμους εξωπλανήτες είναι χρυσά!
Όχι μόνο θα βελτιώσουν σε μεγάλο βαθμό την κατανόησή μας σχετικά με το πόσο συνηθισμένοι είναι αυτοί οι πλανήτες, αλλά θα μπορούσαν να μας κατευθύνουν προς την κατεύθυνση μιας ή περισσοτέρων Earth 2.0s!
