Ko gre za iskanje svetov, ki bi lahko podpirali zunajzemeljsko življenje, se znanstveniki trenutno zanašajo na pristop "nizko visečega sadja". Ker vemo le za en sklop pogojev, pod katerimi lahko uspeva življenje - to je tisto, kar imamo tukaj na Zemlji - je smiselno iskati svetove, ki imajo enake pogoje. Mednje spadajo območje nastanitve zvezde, stabilno ozračje in vzdrževanje tekoče vode na površini.
Do zdaj so se znanstveniki zanašali na metode, ki otežujejo zaznavanje vodne pare v ozračju zemeljskih planetov. Toda zahvaljujoč novi študiji, ki jo je vodil Yuka Fujii iz Nasinega inštituta Goddard za vesoljske študije (GISS), se bo to morda kmalu spremenilo. Z uporabo novega tridimenzionalnega modela, ki upošteva globalne vzorce kroženja, tudi ta študija kaže, da so bivalni eksoplaneti morda pogostejši, kot smo mislili.
Študija z naslovom "NIR, ki jo poganjajo vlažne zgornje atmosfere sinhrono vrtečih se zmernih zemeljskih eksoplanetov" se je nedavno pojavila v The Astrophysical Journal. Poleg dr. Fujiija, ki je tudi član inštituta za znanost o življenju Zemlje na tokijskem tehnološkem inštitutu, sta v raziskovalni skupini sodelovali Anthony D. Del Genio (GISS) in David S. Amundsen (GISS in univerza Columbia).
Preprosto povedano, tekoča voda je bistvena za življenje, kot ga poznamo. Če planet nima dovolj toplega ozračja, da bi na svoji površini vzdrževal tekočo vodo dovolj dolgo (zaporedoma več milijard let), potem je malo verjetno, da bo življenje lahko nastalo in se razvijalo. Če je planet oddaljen od svoje zvezde, bo njegova površinska voda zmrznila; če je preblizu, bo njegova površinska voda izhlapela in se izgubila v vesolju.
Medtem ko so vodo že prej odkrivali v atmosferi eksoplanetov, so bili planeti ogromni plinski velikani, ki so krožili zelo blizu svojih zvezd. (aka. "Vroči Jupiterji"). Kot v svoji študiji navajata Fujii in njeni sodelavci:
"Čeprav so bili v atmosferi vročih Jupitrov odkriti podpisi H2O, je odkrivanje molekulskih podpisov, vključno z H2O, na zmernih zemeljskih planetih izredno zahtevno, zaradi majhnega planetarnega polmera in majhne višine skale (zaradi nižje temperature in verjetno večje povprečne vrednosti) molekularna teža)."
Ko gre za kopenske (t.i. skalnate) eksoplanete, so se prejšnje študije za izračun prisotnosti vode prisilile, da se opirajo na enodimenzionalne modele. To je obsegalo merjenje izgube vodika, kjer se vodna para v stratosferi razgradi na vodik in kisik zaradi izpostavljenosti ultravijoličnemu sevanju. Znanstveniki bi z merjenjem hitrosti izgube vodika v vesolju ocenili količino tekoče vode, ki je še vedno prisotna na površju.
Vendar pa, kot pojasnjujeta dr. Fujii in njeni sodelavci, se takšni modeli opirajo na več domnev, ki jih ni mogoče obravnavati, vključno s svetovnim transportom toplote in vodnih hlapov ter vplivi oblakov. V preteklosti so prejšnji modeli predvidevali, da bodo dolgoročne temperature na teh eksoplanetih za dosego vodne pare v stratosferi morale biti za več kot 66 ° C (150 ° F) višje od tiste, ki jo doživljamo tukaj na Zemlji.
Te temperature bi lahko ustvarile močne konvektivne nevihte na površju. Vendar te nevihte ne morejo biti razlog, da voda doseže stratosfero, ko gre za počasi vrteče se planete, ki vstopajo v vlažno rastlinjaško stanje - kjer vodna para povečuje toploto. Znano je, da imajo planeti, ki krožijo tesno do matičnih zvezd, ki imajo počasno vrtenje ali pa so dobro zaklenjeni s svojimi planeti, zato so konvektivne nevihte malo verjetne.
To se zgodi precej pogosto pri zemeljskih planetih, ki se nahajajo okoli zvezd z nizko maso, ultra kul, rdečega pritlikavca. Za te planete njihova bližina zvezde gostitelja pomeni, da bo gravitacijski vpliv dovolj močan, da upočasni ali popolnoma zaustavi njihovo vrtenje. Ko se to zgodi, se na dnu planeta oblikujejo debeli oblaki, ki jih ščitijo pred večino zvezde.
Skupina je ugotovila, da čeprav bi to lahko ohranilo podnevi hladno in preprečilo naraščanje vodne pare, bi lahko količina bližje infrardečega sevanja (NIR) zagotovila dovolj toplote, da bi planet lahko vstopil v vlažno rastlinjaško stanje. To še posebej velja za zvezde tipa M in druge hladne pritlikave zvezde, za katere je znano, da proizvajajo več na način NIR. Ko to sevanje segreva oblake, se bo vodna para dvigala v stratosferi.
Fujii in njena ekipa sta se za reševanje tega vprašanja oprli na tridimenzionalne modele splošnega kroženja (GCM), ki vključujejo kroženje atmosfere in klimatsko heterogenost. Skupina je zaradi svojega modela začela z planetom, ki je imel zemeljsko ozračje in je bil v celoti prekrit z oceani. To je ekipi omogočilo, da jasno vidi, kako bodo razlike v oddaljenosti od različnih vrst zvezd vplivale na pogoje na površinah planetov.
Te predpostavke so ekipi omogočile, da jasno vidi, kako spreminjanje orbitalne razdalje in vrste zvezdnega sevanja vpliva na količino vodne pare v stratosferi. Kot je v sporočilu za tisk NASA pojasnil doktor Fujii:
"Z modelom, ki bolj realistično simulira atmosferske razmere, smo odkrili nov postopek, ki nadzoruje bivalnost eksoplanetov in nas bo vodil pri določanju kandidatov za nadaljnje študije ... Našli smo pomembno vlogo glede na vrsto sevanja, ki jo zvezda oddaja, in učinek, ki ga ima vpliva na kroženje atmosfere eksoplaneta za ustvarjanje vlažnega rastlinjaškega stanja. "
Na koncu je novi model ekipe pokazal, da ker zvezda z nizko maso oddaja večino svoje svetlobe pri valovnih dolžinah NIR, bo zaradi vlažnega rastlinjaka stanje planetov krožilo blizu njih. To bi povzročilo razmere na njihovih površinah, ki so primerljive s tistimi, ki jih Zemlja doživlja v tropih, kjer so pogoji vroči in vlažni, namesto vročih in suhih.
Še več, njihov model je nakazal, da postopki, ki jih poganja NIR, postopoma povečujejo vlago v stratosferi, tako da lahko eksoplaneti, ki krožijo bližje svojim zvezdam, ostanejo v njem bivalni prostori. Ta nov pristop k oceni potencialne življenjske sposobnosti bo astronomom omogočil, da simulirajo kroženje planetarnih atmosfer in posebnosti tega kroženja, kar enodimenzionalni modeli ne zmorejo.
V prihodnosti skupina načrtuje oceno, kako bi lahko spremembe v planetarnih lastnostih - kot so gravitacija, velikost, atmosferska sestava in površinski tlak - vplivale na kroženje vodne pare in na bivalnost. To bo skupaj z njihovim tridimenzionalnim modelom, ki upošteva vzorce planetarnega kroženja, astronomom omogočilo, da z večjo natančnostjo določijo potencialno bivalnost oddaljenih planetov. Kot je navedel Anthony Del Genio:
"Dokler vemo, kakšna je temperatura zvezde, lahko ocenimo, ali imajo planeti blizu njihovih zvezd možnost, da so v vlažnem rastlinjaškem stanju. Trenutna tehnologija bo spodbuda do omejitve zaznavanja majhnih količin vodne pare v ozračju eksoplaneta. Če je zaznati dovolj vode, to verjetno pomeni, da je planet v vlažnem rastlinjaškem stanju. "
Poleg tega, da astronomom ponuja celovitejšo metodo za določitev življenjske dobe eksoplanetov, je ta študija dobra novica tudi za lovce na eksoplanete, ki upajo najti planete okoli zvezd tipa M. Zvezde tipa M z majhno maso so najbolj običajne zvezde v vesolju, saj predstavljajo približno 75% vseh zvezd na Mlečni poti. Vedo, da bi lahko podprli bivalne eksoplanete, močno poveča možnosti za iskanje.
Poleg tega je ta študija ZELO dobra novica glede na nedavne raziskave, ki so resno dvomile v sposobnost zvezd tipa M, da gostijo bivalne planete. Ta raziskava je bila izvedena kot odgovor na številne zemeljske planete, ki so jih v zadnjih letih odkrili okoli bližnjih rdečih škratov. Razkrili so, da so zvezde rdečih pritlikav na splošno preveč bliskovite in bi lahko odstranile svoje planete iz njihove atmosfere.
Sem spadajo sistem sedmih planetov TRAPPIST-1 (trije se nahajajo v zvezdni coni) in najbližji eksoplanet Osončju, Proxima b. Veliko število zemeljskih planetov, odkritih okoli zvezd tipa M, skupaj s tem razredom naravne dolgoživosti zvezd, je mnoge v astrofizični skupnosti spodbudilo, da bi si lahko ogledali, da bodo rdeče pritlikave zvezde najverjetneje mesto za iskanje eksoplanetov, ki jih lahko bivajo.
S to zadnjo raziskavo, ki kaže, da bi lahko bili ti planeti navsezadnje bivalni, bi se žoga učinkovito vrnila na njihovo dvorišče!
