Що стосується пошуку світів, які могли б підтримати позаземний спосіб життя, вчені в даний час покладаються на підхід «низько висячих фруктів». Оскільки ми знаємо лише одну сукупність умов, за яких може процвітати життя - тобто те, що ми маємо тут, на Землі - є сенс шукати світи, які мають ці самі умови. До них належать розміщення в зоні проживання зорі, стабільна атмосфера та можливість утримання рідкої води на поверхні.
До цих пір вчені покладалися на методи, які ускладнюють виявлення водяної пари в атмосфері земних планет. Але завдяки новому дослідженню під керівництвом Юки Фуджі з Інституту космічних досліджень Годдарда НАСА (GISS), яке, можливо, скоро зміниться. Використовуючи нову тривимірну модель, яка враховує глобальні схеми обігу, це дослідження також вказує на те, що житлові екзопланети можуть бути більш поширеними, ніж ми думали.
Нещодавно з'явилося дослідження під назвою "Вологі атмосфери, керовані NIR, синхронно обертаються середньоземними екзопланети" Астрофізичний журнал. Окрім доктора Фуджі, який також є членом Інституту науки про земне життя в Токійському технологічному інституті, до складу дослідницької групи ввійшли Ентоні Д. Дель Геніо (GISS) та Девід С. Амундсен (GISS та Колумбійський університет).
Простіше кажучи, рідка вода важлива для життя, як ми її знаємо. Якщо планета не має достатньо теплої атмосфери, щоб підтримувати рідку воду на своїй поверхні протягом достатньої кількості часу (порядку мільярдів років), то навряд чи життя зможе зароджуватися та розвиватися. Якщо планета занадто віддалена від своєї зірки, її поверхневі води замерзнуть; якщо вона занадто близько, її поверхнева вода випарується і втратиться в космос.
Поки вода була виявлена в атмосфері екзопланет раніше, у всіх випадках планети були величезними газовими гігантами, які орбітали дуже близько до своїх зірок. (він же "гарячі юпітери"). Як заявляють Фуджі та її колеги у своєму дослідженні:
"Хоча підписи H2O були виявлені в атмосфері гарячих Юпітерів, виявлення молекулярних підписів, у тому числі H2O, на помірних планетах земної кулі є надзвичайно складним через малий планетарний радіус та малу висоту масштабу (через нижчу температуру та, мабуть, більший середній молекулярна вага)."
Якщо мова йде про наземні (тобто скелясті) екзопланети, попередні дослідження були змушені розраховувати на одновимірні моделі, щоб обчислити наявність води. Це полягало в вимірюванні втрат водню, коли водяна пара в стратосфері розпадається на водень і кисень від впливу ультрафіолетового випромінювання. Вимірюючи швидкість, з якою водень втрачається в космосі, вчені оцінювали б кількість рідкої води, яка все ще присутня на поверхні.
Однак, як пояснюють доктор Фуджі та її колеги, такі моделі покладаються на кілька припущень, які неможливо вирішити, включаючи глобальний транспорт тепла та водяної пари, а також вплив хмар. По суті, попередні моделі передбачали, що для того, щоб водяна пара досягала стратосфери, довготривала поверхнева температура на цих екзопланетах повинна була бути на 66 ° C (150 ° F) вище, ніж у нас на Землі.
Ці температури можуть створити потужні конвективні бурі на поверхні. Однак ці бурі не можуть бути причиною того, що вода досягає стратосфери, коли мова йде про повільно обертаються планети, що надходять у вологий парниковий стан - де водяна пара посилює тепло. Відомо, що планети, які навколо орбіти близько до своїх батьківських зірок, мають повільне обертання, або ж мають плавно замкнені планети, що робить конвективні бурі малоймовірними.
Це трапляється досить часто для земних планет, які розташовані навколо низькомасових, надпрохолодних зірок типу M (червоний карлик). Для цих планет їх близькість до зірки-господаря означає, що гравітаційний вплив буде досить сильним, щоб уповільнити або повністю зупинити їх обертання. Коли це відбувається, на дні планети утворюються густі хмари, захищаючи її від великої кількості зірки.
Команда виявила, що, хоча це може підтримувати прохолодний день і запобігати зростанню водяної пари, кількість ближнього інфрачервоного випромінювання (NIR) може забезпечити достатню кількість тепла, щоб змусити планету ввести вологий парниковий стан. Особливо це стосується типу М та інших прохолодних карликових зірок, які, як відомо, створюють більше на шляху NIR. Оскільки це випромінювання нагріває хмари, водна пара підніметься у стратосферу.
Для вирішення цього питання Фуджі та її команда спиралися на тривимірні моделі загальної циркуляції (GCM), які включають циркуляцію атмосфери та неоднорідність клімату. Заради своєї моделі команда почала з планети, яка мала атмосферу Землі і була повністю покрита океанами. Це дозволило команді чітко побачити, як зміни відстані від різних типів зірок впливатимуть на умови на планетах.
Ці припущення дозволили команді чітко побачити, як зміна орбітальної відстані та типу зоряного випромінювання впливає на кількість водяної пари в стратосфері. Як пояснив доктор Фуджі в прес-релізі NASA:
"Використовуючи модель, яка реалістичніше імітує атмосферні умови, ми відкрили новий процес, який контролює придатність екзопланет і буде спрямовувати нас у визначенні кандидатів для подальшого вивчення ... Ми знайшли важливу роль для випромінювання, яке випромінює зірка, та ефекту, який це робить впливає на циркуляцію атмосфери екзопланети для створення вологого парникового стану ».
Зрештою, нова модель команди продемонструвала, що оскільки зірка з низькою масою випромінює основну частину свого світла на довжинах хвиль NIR, вологі парникові стану призведуть до того, що планети будуть близько до них навколо. Це призвело б до того, що умови на їхніх поверхнях порівнянні з тим, що Земля переживає у тропіках, де умови гарячі та вологі, замість гарячих та сухих.
Більше того, їх модель вказувала на те, що керовані NIR процесами збільшують вологу в стратосфері поступово, до того, що екзопланети, що орбітують ближче до зірок, можуть залишатися мешкаючими. Цей новий підхід до оцінки потенційної пригодності дозволить астрономам моделювати циркуляцію планетарних атмосфер та особливості цієї циркуляції, що не може зробити одновимірні моделі.
Надалі команда планує оцінити, як зміни в планетарних характеристиках - такі, як сила тяжіння, розмір, атмосферний склад та поверхневий тиск - можуть впливати на циркуляцію водяної пари та її придатність. Це разом із їх тривимірною моделлю, яка враховує схеми планетарного циркуляції, дозволить астрономам з більшою точністю визначати потенційну придатність для віддалених планет. Як зазначив Ентоні Дель Геніо:
"Поки ми знаємо температуру зірки, ми можемо оцінити, чи можуть планети, близькі до своїх зірок, перебувати у вологому парниковому стані. Сучасна технологія буде спрямована на обмеження виявлення невеликої кількості водяної пари в атмосфері екзопланети. Якщо води буде виявлено достатньо, це, ймовірно, означає, що планета перебуває у вологому парниковому стані ».
Крім того, що пропонує астрономам більш комплексний метод визначення придатності до екзопланет, це дослідження також є гарною новиною для мисливців на екзопланети, які сподіваються знайти заселені планети навколо зірок типу М. Зорки типу "низька маса" ультра-прохолодних М-типів є найпоширенішою зіркою у Всесвіті, що становить приблизно 75% усіх зірок у Чумацькому Шляху. Знання того, що вони можуть підтримувати житлові екзопланети, значно збільшує шанси на пошук.
Крім того, це дослідження - ДУЖЕ хороша новина, враховуючи недавній розслідування, яке поставило під сумнів здатність зірок типу М розміщувати житлові планети. Це дослідження було проведено у відповідь на безліч планет земної кулі, які були виявлені навколо довколишніх червоних карликів. Вони виявили, що в цілому зірки червоних карликів відчувають занадто багато спалаху і можуть позбавити їх планети своєї атмосфери.
До них відносяться система 7-планети TRAPPIST-1 (три з яких розташовані в зоні проживання зірки) та найближча до Сонячної системи екзопланета, Proxima b. Велика кількість планет, подібних до Землі, виявлених навколо зірок типу М у поєднанні з природним довголіттям цього класу зірок, змусило багатьох в астрофізичній спільноті ризикувати, що червоні карликові зірки, можливо, є найбільш вірогідним місцем для пошуку мешкаючих екзопланет.
З цього останнього дослідження, яке вказує на те, що ці планети могли бути заселені, здавалося б, куля фактично повертається у їхній двір!
