Κατά την αναζήτηση δυνητικά κατοικήσιμων εξωπλανητών, οι επιστήμονες αναγκάζονται να ακολουθήσουν την προσέγγιση των χαμηλών καρπών. Δεδομένου ότι η Γη είναι ο μόνος πλανήτης που γνωρίζουμε ότι είναι ικανός να υποστηρίξει τη ζωή, αυτή η αναζήτηση βασικά βασίζεται στην αναζήτηση πλανητών που μοιάζουν με τη Γη. Αλλά τι γίνεται αν η Γη δεν είναι το μέτρο για την κατοικησιμότητα που όλοι πιστεύουμε ότι είναι;
Αυτό ήταν το θέμα μιας βασικής διάλεξης που έγινε πρόσφατα στο Goldschmidt Geochemistry Congress, το οποίο πραγματοποιήθηκε από τις 18 έως τις 23 Αυγούστου, στη Βαρκελώνη της Ισπανίας. Εδώ, μια ομάδα ερευνητών που υποστηρίζονται από τη NASA εξήγησε πώς μια εξέταση του τι πηγαίνει στον καθορισμό κατοικήσιμων ζωνών (HZs) δείχνει ότι ορισμένοι εξωπλανήτες μπορεί να έχουν καλύτερες συνθήκες για να αναπτυχθεί η ζωή από ό, τι έχει η ίδια η Γη.
Η παρουσίαση βασίστηκε σε μια μελέτη με τίτλο «Μια περιορισμένη ζώνη κατοίκησης για πολύπλοκη ζωή», η οποία εμφανίστηκε στο τεύχος του Ιουνίου του 2019 Η Αστροφυσική Εφημερίδα. Η μελέτη διεξήχθη από ερευνητές από το Caltech, το Ινστιτούτο NASA Goddard για Διαστημικές Μελέτες, το Ινστιτούτο Αστροβιολογίας της NASA, το Μεταδιδακτορικό Πρόγραμμα της NASA, το Εικονικό Πλανητικό Εργαστήριο NExSS, το Ινστιτούτο Επιστήμης του Διαστήματος Μπλε Μαρμάρου και πολλά πανεπιστήμια.
Όπως δείχνουν στη μελέτη τους, τα HZ ορίζονται συνήθως ως το εύρος αποστάσεων από ένα αστέρι ξενιστή εντός του οποίου μπορεί να υπάρχει υγρό νερό στην επιφάνεια. Ωστόσο, αυτό δεν λαμβάνει υπόψη την ατμοσφαιρική δυναμική που απαιτείται για τη διασφάλιση της σταθερότητας του κλίματος - η οποία περιλαμβάνει ανατροφοδότηση ανθρακικού-πυριτικού άλατος για τη διατήρηση της θερμοκρασίας της επιφάνειας εντός ενός συγκεκριμένου εύρους.
Δεδομένου ότι είναι διαθέσιμες μόνο έμμεσες μέθοδοι για τη μέτρηση των συνθηκών σε απομακρυσμένους εξωπλανήτες, οι αστρονόμοι βασίζονται σε εξελιγμένα μοντέλα πλανητικού κλίματος και εξέλιξης. Κατά τη διάρκεια της παρουσίασης της σύνθεσής τους αυτής της προσέγγισης κατά τη διάρκεια της βασικής διάλεξης, η Δρ Stephanie Olson του Πανεπιστημίου του Σικάγου (συν-συγγραφέας της μελέτης) περιέγραψε την αναζήτηση για τον εντοπισμό των καλύτερων περιβαλλόντων για τη ζωή στους εξωπλανήτες:
«Η αναζήτηση της ζωής της NASA στο Σύμπαν επικεντρώνεται στους λεγόμενους πλανήτες της Ζώνης Κατοίκησης, οι οποίοι είναι κόσμοι που έχουν τη δυνατότητα για υγρούς ωκεανούς. Όμως δεν είναι όλοι οι ωκεανοί εξίσου φιλόξενοι - και ορισμένοι ωκεανοί θα είναι καλύτεροι τόποι διαμονής από άλλους λόγω των παγκόσμιων τρόπων κυκλοφορίας τους.
«Η δουλειά μας στοχεύει στον εντοπισμό των ωκεανών του εξωπλανήτη που έχουν τη μεγαλύτερη ικανότητα να φιλοξενούν παγκόσμια άφθονη και ενεργή ζωή. Η ζωή στους ωκεανούς της Γης εξαρτάται από την ανύψωση (ανοδική ροή) που επιστρέφει θρεπτικά συστατικά από τα σκοτεινά βάθη του ωκεανού στα ηλιόλουστα τμήματα του ωκεανού όπου ζει η φωτοσυνθετική ζωή. Πιο ανοξείδωτο σημαίνει περισσότερη τροφοδοσία θρεπτικών ουσιών, που σημαίνει περισσότερη βιολογική δραστηριότητα. Αυτές είναι οι προϋποθέσεις που πρέπει να αναζητήσουμε σε εξωπλανήτες ».
Για χάρη της μελέτης τους, η Olsen και οι συνάδελφοί της μοντελοποίησαν ποιες συνθήκες θα μπορούσαν να είναι σε διάφορα είδη εξωπλανητών χρησιμοποιώντας λογισμικό ROCKE-3D. Αυτό το μοντέλο γενικής κυκλοφορίας (GCM) αναπτύχθηκε από το Ινστιτούτο Goddard for Space Studies (GISS) της NASA για να μελετήσει διαφορετικά σημεία στην ιστορία της Γης και άλλων επίγειων πλανητών του Ηλιακού Συστήματος (όπως ο Ερμής, η Αφροδίτη και ο Άρης).
Αυτό το λογισμικό μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την προσομοίωση του κλίματος και των ενδιαιτημάτων των ωκεανών σε διαφορετικούς τύπους εξωπλανητών. Μετά τη μοντελοποίηση μιας ποικιλίας πιθανών εξωπλανητών (με βάση τους πάνω από 4000 που έχουν ανακαλυφθεί μέχρι σήμερα), κατάφεραν να προσδιορίσουν ποια είδη εξωπλανητών είναι πιο πιθανό να αναπτυχθούν και να διατηρηθούν ακμάζουσες βιόσφαιρες.
Αυτό συνίστατο στη χρήση ενός μοντέλου κυκλοφορίας των ωκεανών που εντόπισε ποιοι εξωπλανήτες θα είχαν την πιο αποτελεσματική ανύψωση και έτσι θα μπορούσαν να διατηρήσουν τους ωκεανούς με φιλόξενες συνθήκες. Αυτό που βρήκαν ήταν ότι οι πλανήτες με υψηλότερη ατμοσφαιρική πυκνότητα, βραδύτεροι ρυθμοί περιστροφής και η παρουσία ηπείρων αποδίδουν υψηλότερους ρυθμούς διόρθωσης.
Μια σημαντική απομάκρυνση από αυτό είναι ότι η Γη μπορεί να μην είναι βιώσιμη κατοικήσιμη, δεδομένου του μάλλον γρήγορου ρυθμού περιστροφής της. «Αυτό είναι ένα εκπληκτικό συμπέρασμα», είπε ο Δρ Olson, «μας δείχνει ότι οι συνθήκες σε ορισμένους εξωπλανήτες με ευνοϊκά πρότυπα κυκλοφορίας των ωκεανών θα μπορούσαν να ταιριάζουν καλύτερα για να υποστηρίξουν μια ζωή που είναι πιο άφθονη ή πιο ενεργή από τη ζωή στη Γη».
Αυτό είναι ένα είδος καλών ειδήσεων / κακών ειδήσεων. Αφενός, καταστρέφει την ψευδαίσθηση ότι η Γη είναι το πρότυπο με το οποίο μπορούν να μετρηθούν άλλοι δυνητικά κατοικήσιμοι εξωπλανήτες. Από την άλλη πλευρά, δείχνει ότι η ζωή μπορεί να είναι πιο άφθονη στο Σύμπαν μας από τις προηγούμενες συντηρητικές εκτιμήσεις.
Όμως, όπως ανέφερε ο Olsen, θα υπάρχει πάντα ένα χάσμα μεταξύ της ζωής και εκείνου που μπορεί να εντοπιστεί από εμάς, λόγω των περιορισμών στην τεχνολογία μας. Αυτή η μελέτη είναι επομένως σημαντική, καθώς ενθαρρύνει τους αστρονόμους να κατευθύνουν τις προσπάθειές τους προς το υποσύνολο των εξωπλανητών που πιθανότατα θα ευνοήσουν τις «μεγάλες, παγκόσμια ενεργές βιόσφαιρες όπου η ζωή θα είναι ευκολότερη να ανιχνευθεί –και όπου οι μη ανιχνεύσεις θα είναι πιο σημαντικές».
Αυτό θα είναι δυνατό την επόμενη δεκαετία χάρη στην ανάπτυξη τηλεσκοπίων επόμενης γενιάς όπως το Διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST), την οποία οι αστρονόμοι αναμένουν να βοηθήσουν στο χαρακτηρισμό της ατμόσφαιρας και του επιφανειακού περιβάλλοντος των εξωπλανητών. Άλλα τηλεσκόπια, τα οποία βρίσκονται ακόμα στον πίνακα σχεδίασης, θα μπορούσαν να προχωρήσουν ακόμη περισσότερο - χάρη εν μέρει σε μελέτες όπως αυτή.
«Ιδανικά, αυτό το έργο θα ενημερώσει τη σχεδίαση τηλεσκοπίου για να διασφαλίσει ότι οι μελλοντικές αποστολές», δήλωσε ο Δρ Olson, «όπως οι προτεινόμενες έννοιες τηλεσκοπίου LUVOIR ή HabEx, έχουν τις σωστές δυνατότητες. τώρα ξέρουμε τι να ψάξουμε, οπότε πρέπει να αρχίσουμε να ψάχνουμε ».
Όσον αφορά την αναζήτηση αποδεικτικών στοιχείων για τη ζωή πέρα από το Ηλιακό μας Σύστημα (ή μέσα σε αυτό) το να γνωρίζουμε τι να αναζητήσουμε μπορεί να είναι ακόμη πιο σημαντικό από το να έχουμε τα πιο εξελιγμένα εργαλεία για να το κάνουμε. Τα επόμενα χρόνια, οι αστρονόμοι θα έχουν το πλεονέκτημα της τεχνολογίας αιχμής και των βελτιωμένων μεθόδων, χρησιμοποιώντας όλα όσα έχουμε μάθει μέχρι στιγμής για να βρούμε στοιχεία για τη ζωή εκτός από τη δική μας.
