З погляду на майбутнє, НАСА та інші космічні агенції покладають великі надії на сферу досліджень позасонячної планети. Протягом останнього десятиліття кількість відомих екзопланет сягала 4000, і багато інших, як очікується, знайдуться після того, як телескопи наступного покоління будуть введені в експлуатацію. І так багато екзопланет для вивчення, цілі дослідження повільно відсуваються від процесу відкриття і до характеристики.
На жаль, вчених досі мучить той факт, що те, що ми вважаємо "житловою зоною", має багато припущень. Звертаючись до цього, міжнародна команда дослідників нещодавно опублікувала документ, в якому вони вказали, як майбутні дослідження на екзопланеті можуть виглядати за межами прикладів Землі як ознаки придатності до існування та застосовувати більш комплексний підхід.
Документ під назвою "Прогнози житлових зон та їх тестування" нещодавно з'явився в Інтернеті і був поданий у якості білої книги до Десятичного опитування Астро-2020 та астрофізики. Команду, що стоїть за нею, очолював Рамзес М. Рамірес, науковий співробітник Інституту науки про земне життя (ELSI) та Інституту космічних наук (SSI), до якого приєдналися співавтори та співавтори з 23 університетів та установ.
Мета декадального дослідження - розглянути раніше досягнутий прогрес у різних галузях досліджень та визначити пріоритети на наступне десятиліття. Таким чином, опитування дає вирішальне керівництво NASA, Національному космічному фонду (NSF) та Міністерству енергетики, коли вони планують свої цілі в галузі астрономії та астрофізики на майбутнє.
В даний час багато з цих цілей зосереджені на дослідженні екзопланет, що принесе користь у найближчі роки від розгортання телескопів наступного покоління, як Космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST) та Широкопольовий інфрачервоний космічний телескоп (WFIRST), а також наземні обсерваторії, такі як надзвичайно великий телескоп (ELT), телескоп тридцятиметровий і телескоп Giant Magellan (GMT).
Одним із головних пріоритетів досліджень екзопланет є пошук планет, де могло б існувати позаземне життя. У зв'язку з цим вчені визначають планети як "потенційно мешканців" (і, отже, вартих подальших спостережень), виходячи з того, чи обертаються вони навколо житлових зон своїх зірок (HZ). З цієї причини доцільно поглянути на те, що входить у визначення ГЗ.
Як зазначають Рамірес та його колеги у своєму документі, одне з найважливіших питань, що стосуються приживлюваності екзопланет, - це рівень припущень, які робляться. Для її розбиття більшість визначень ГЗ передбачають наявність води на поверхні, оскільки це єдиний розчинник, який, на сьогоднішній день, знає, що проживає. Ці самі визначення передбачають, що для життя потрібна скеляста планета з тектонічною активністю, що обертається навколо навколо відповідної яскравої і теплої зірки.
Однак останні дослідження поставили під сумнів багато з цих припущень. Сюди входять дослідження, які вказують на те, як атмосферний кисень не означає автоматично життя, особливо якщо цей кисень є результатом хімічної дисоціації, а не фотосинтезу. Інші дослідження показали, як присутність кисневого газу в перші періоди еволюції планети може запобігти наростанню основних форм життя.
Крім того, були проведені останні дослідження, які показали, як тектоніка плит може не знадобитися для життя, і так звані "водні світи", можливо, не зможуть підтримати життя (але все-таки могли б). Крім того, у вас є теоретична робота, яка дозволяє припустити, що життя могло розвиватися у морях метану чи аміаку на інших небесних тілах.
Ключовий приклад - Місяць Титана Сатурна, який може похвалитися середовищем, багатим пребіотичними умовами та органічною хімією - які, на думку вчених, можуть підтримувати екзотичні форми життя. Зрештою, вчені шукають такі відомі біомарки, як вода та вуглекислий газ, тому що вони пов'язані з життям на Землі, єдиним відомим прикладом життєдайної планети.
Але, як Рамірес пояснив Space Magazine електронною поштою, цей спосіб мислення (де аналоги Землі вважаються придатними для життя) все ще загрожує проблемами:
"Класичне визначення мешканської зони є помилковим, оскільки його побудова в основному базується на орієнтованих на Землю кліматологічних аргументах, які можуть або не можуть застосовуватися до інших потенційно мешканців планети. Наприклад, передбачається, що багатобарвна атмосфера CO2 може підтримуватися на потенційно мешканських планетах поблизу зовнішнього краю житлової зони. Однак такі високі рівні CO2 токсичні для земних рослин і тварин, і тому без кращого розуміння меж життя ми не знаємо, наскільки розумне це припущення.
"Класичний HZ також передбачає, що CO2 і H2O є ключовими парниковими газами, що підтримують потенційно мешкаючі планети, але в кількох дослідженнях за останні роки було розроблено альтернативні визначення ХЗ, використовуючи різні комбінації парникових газів, включаючи ті, які, хоча і відносно незначні на Землі, можуть бути важливий для інших потенційно мешканців планети ».
У попередньому дослідженні доктор Рамірес показав, як присутність метану та водню також може спричинити його
На щастя, ці визначення матимуть можливість перевірити, завдяки розгортанню телескопів наступного покоління. Не тільки вчені зможуть перевірити деякі давні припущення, на яких ґрунтуються ГЗ,
«Телескопи наступного покоління можуть випробувати зону проживання, шукаючи передбачуване підвищення атмосферного тиску СО2 на відстань, що потенційно мешкають планети від зірок. Це також дозволить перевірити, чи карбонат-силікатний цикл, який, як вважають багато людей, зберігав нашу планету протягом більшої частини своєї історії, є універсальним процесом чи ні ".
У цьому процесі силікатні породи перетворюються на вуглецеві породи через вивітрювання та ерозію, тоді як вуглецеві породи перетворюються на силікатні породи завдяки вулканічній та геологічній активності. Цей цикл забезпечує довгострокову стабільність атмосфери Землі, підтримуючи рівні рівні CO2 протягом часу. Це також ілюструє те, як тектоніка води та плит є важливою для життя, як ми це знаємо.
Однак такий тип циклу може існувати лише на планетах, які мають землю, що фактично виключає "водні світи". Вважається, що ці екзопланети - які можуть бути поширеними навколо зірок типу М (червоний карлик) - містять до 50% води за масою. При такій кількості води на їх поверхнях "водні світи", ймовірно, мають щільні шари льоду на кордоні своєї мантії, запобігаючи таким чином гідротермальну активність.
Але, як уже зазначалося, є деякі дослідження, які свідчать про те, що ці планети все-таки могли бути заселеними. Хоча велика кількість води перешкоджатиме поглинанню вуглекислого газу скелями і пригнічує вулканічну активність, симуляції показали, що ці планети все ще можуть циркулювати вуглець між атмосферою та океаном, тим самим підтримуючи клімат стабільним.
Якщо існують ці типи океанічних світів, каже доктор Рамірес, вчені могли б виявити їх через їх нижчу планетарну щільність та атмосферу високого тиску. І тут є справа різних парникових газів, які не завжди є ознакою теплішої планетарної атмосфери, залежно від типу зірки.
"Хоча метан зігріває нашу планету, ми виявили, що метан насправді охолоджує поверхні житлових зон планети на орбітах червоних карликових зірок!" він сказав. "Якщо це так, велика кількість атмосферного метану на таких планетах може означати замерзлі умови, які, можливо, непридатні для життя хостингу. Ми зможемо спостерігати це в планетарних спектрах ».
Якщо говорити про червоних карликів, то триває дискусія щодо того, чи зможуть планети, які обертаються навколо цих зірок, підтримувати атмосферу чи ні. За останні кілька років було зроблено багато відкриттів, які дозволяють припустити, що скельні планети, розташовані під тиском, є поширеними навколо червоних карликових зірок, і вони орбітують у межах відповідних ГЗ зірок.
Однак наступні дослідження посилили теорію про те, що нестабільність червоних карликових зірок, ймовірно, призведе до сонячних спалахів, які позбавлять будь-яких планет, обертаючи їх навколо їх атмосфери. Нарешті, Рамірес та його колеги стверджують, що житлові планети можуть знаходитись на орбіті того, що (донедавна) вважалося малоймовірним кандидатом.
Це були б основні послідовності зірок типу А - як Сіріус А, Альтаїр та Вега - які, як вважалося, занадто яскраві та гарячі, щоб бути придатними для заселення. Про цю можливість сказав доктор Рамірес:
«Мені також цікаво дізнатись, чи існує життя на заселених зональних планетах, що обходять навколо A-зірок. Опублікованих оцінок життєдіяльності планети A-зірки не було багато, але деякі архітектури наступного покоління планують їх дотримуватися. Незабаром ми дізнаємось більше про придатність A-зірок до життя ».
Зрештою, такі дослідження, які ставлять під сумнів визначення "житлової зони", стануть у нагоді, коли розпочнуться наукові операції. Завдяки більш високій роздільній здатності та більш чутливим інструментам вони зможуть перевірити і підтвердити багато прогнозів, зроблених вченими.
Ці тести також підтвердять, чи може життя існувати там лише так, як ми це знаємо, або також за параметрами, які ми вважаємо “подібними до Землі”. Але, як додав Рамірес, дослідження, яке він та його колеги провели, також підкреслює, наскільки важливо те, що ми продовжуємо інвестувати в передові технології телескопа:
«Наш документ також наголошує на важливості постійних інвестицій у передові технології телескопа. Нам потрібно вміти знайти та охарактеризувати якомога більше житлових зон планети, якщо ми хочемо максимізувати наші шанси знайти життя. Однак я також сподіваюся, що наш документ надихає людей мріяти за наступні 10 років. Я справді вірю, що з часом з’являться місії, які будуть набагато більш спроможними, ніж усе, що ми зараз розробляємо. Наші нинішні зусилля - це лише початок набагато більш відданого прагнення до нашого виду ».
Засідання Десятирічного опитування 2020 року проводиться спільно Радою з фізики та астрономії та Космічною комісією Національної академії наук, після чого слід оприлюднити звіт приблизно через два роки.
