Kljub tisočem eksoplanetov, ki so jih astronomi odkrili v zadnjih letih, je velik izziv določiti, ali je kateri od njih mogoče bivati ali ne. Ker teh planetov ne moremo preučiti neposredno, so znanstveniki prisiljeni iskati posredne indikacije. Ti so znani kot biosignarije, ki jih sestavljajo kemični stranski proizvodi, ki jih povezujemo z organskim življenjem, ki se pojavlja v atmosferi planeta.
Nova študija skupine znanstvenikov NASA predlaga novo metodo iskanja možnih znakov življenja izven našega Osončja. Ključno, priporočajo, je, da izkoristijo pogoste zvezdne nevihte hladnih, mladih pritlikavih zvezd. Te nevihte vržejo ogromne oblake zvezdnega materiala in sevanja v vesolje, medsebojno delujejo z atmosfero eksoplanetov in ustvarjajo biosignare, ki bi jih bilo mogoče zaznati.
Študija z naslovom "Atmosferske žarometi življenja z eksoplanetov okoli zvezd G in K" se je nedavno pojavila v Znanstvena poročila o naravi. Pod vodstvom Vladimirja S. Airapetiana, višjega astrofizika iz oddelka za heliofiziko znanosti (HSD) v NASA Goddard Center za vesoljske polete, je skupina vključevala člane Nasinega raziskovalnega centra Langley, vključenih znanstvenih sistemov in aplikacij (SSAI) in ameriške univerze .
Raziskovalci tradicionalno iščejo znake kisika in metana v eksoplanetnih atmosferah, saj gre za dobro znane stranske produkte organskih procesov. Sčasoma se ti plini kopičijo in dosežejo količine, ki bi jih bilo mogoče zaznati s spektroskopijo. Vendar pa je ta pristop zamuden in zahteva, da astronomi preživijo dneve, ko poskušajo opazovati spektre z oddaljenega planeta.
Toda po besedah Airapetiana in njegovih sodelavcev je mogoče iskati grobe podpise na potencialno bivalnih svetovih. Ta pristop bi se opiral na obstoječo tehnologijo in vire ter bi trajal bistveno manj časa. Kot je Airapetian pojasnil v sporočilu za NASA:
"Iščemo molekule, ki so nastale iz temeljnih življenjskih pogojev, zlasti molekularnega dušika, ki predstavlja 78 odstotkov naše atmosfere. To so osnovne molekule, ki so biološko prijazne in imajo močno infrardečo oddajanje moči, kar povečuje naše možnosti, da jih zaznamo. "
S pomočjo življenja na Zemlji kot predloge sta Airapetian in njegova ekipa zasnovala novo metodo za iskanje ali znake stranskih produktov vodne pare, dušika in kisika v atmosferi eksoplanetov. Pravi trik pa je izkoristiti vrste ekstremnih vesoljskih vremenskih dogodkov, ki se dogajajo z aktivnimi pritlikavimi zvezdami. Ti dogodki, ki izpostavljajo planetarno ozračje izbruhom sevanja, povzročajo kemične reakcije, ki jih astronomi lahko izberejo.
Ko gre za zvezde, kot je naše Sonce, rumeni škrat tipa G, so takšni vremenski dogodki pogosti, ko so še mladi. Vendar pa je znano, da so druge rumene in oranžne zvezde aktivne več milijard let in ustvarjajo nevihte energijskih, nabitih delcev. A zvezde rdečega pritlikavca M, ki so najpogostejši tip v vesolju, ostajajo aktivne skozi vse svoje dolgo življenje, občasno pa svoje planete podvrgajo mini-plamenom.
Ko dosežejo eksoplanet, reagirajo z atmosfero in povzročijo kemično disociacijo dušika (N²) in kisika (O2) plina v enojne atome, vodne pare pa v vodik in kisik. Razdeljeni dušikovi in kisikovi atomi nato povzročijo kaskado kemičnih reakcij, ki povzročajo hidroksil (OH), bolj molekularni kisik (O) in dušikov oksid (NO) - kar znanstveniki imenujejo "atmosferski svetilniki".
Ko zvezdna svetloba zadene atmosfero planeta, te molekule svetilnika absorbirajo energijo in oddajajo infrardeče sevanje. Znanstveniki lahko s preučitvijo določenih valovnih dolžin tega sevanja ugotovijo, kateri kemični elementi so prisotni. Moč signala teh elementov je tudi znak atmosferskega tlaka. Skupaj ti odčitki omogočajo znanstveniku določitev gostote in sestave ozračja.
Astronomi že desetletja uporabljajo model, s katerim so izračunali, kako nastane ozon (O³) v Zemljini atmosferi iz kisika, ki je izpostavljen sončnemu sevanju. Z istim modelom - in ga povezali s vesoljskimi vremenskimi dogodki, ki jih pričakujemo od hladnih aktivnih zvezd - sta Airapetian in njegovi sodelavci želeli izračunati, koliko dušikovega oksida in hidroksila bo nastalo v zemeljski atmosferi in koliko ozona bi bilo uničeno .
Da bi to dosegli, so se posvetovali s podatki iz Nasine misije Iomosfera Iomosfera Mezosfera Energetika Dinamika (TIMED), ki že leta preučuje nastanek svetilnikov v Zemljini atmosferi. Natančneje, uporabili so podatke iz njegovega ozvočenja atmosfere z instrumentom širokopasovne radiometrije (SABER), ki jim je omogočil, da simulirajo, kako se lahko v atmosferi zunanjih planetov pojavijo infrardeči opazovanja teh svetilnikov.
Kot je povedal Martin Mlynczak, glavni znanstveni sodelavec SABER-a v NASA-inem raziskovalnem centru Langley in soavtor prispevka:
"Glede na to, kar vemo o infrardečem sevanju, ki ga oddaja Zemljina atmosfera, je ideja, da pogledamo eksoplanete in vidimo, kakšne signale lahko zaznamo. Če najdemo signale eksoplaneta v skoraj enakem razmerju kot Zemljin, bi lahko rekli, da je planet dober kandidat za življenje v življenju. "
Ugotovili so, da je pogostost intenzivnih zvezdnih neviht neposredno povezana z močjo toplotnih signalov, ki prihajajo iz atmosferskih svetilnikov. Kolikor več je neviht, več molekul svetilnikov ustvari signal, dovolj močan, da ga lahko opazujemo z Zemlje s vesoljskim teleskopom in temelji na samo dveh urah opazovalnega časa.
Ugotovili so tudi, da lahko tovrstna metoda odstrani eksoplanete, ki nimajo zemeljskega magnetnega polja, ki naravno posega v nabito delce Sonca. Prisotnost takšnega polja je tisto, kar zagotavlja, da se atmosfera planeta ne odstrani, zato je bistvenega pomena za bivanje. Kot je pojasnil Airapetian:
"Planet potrebuje magnetno polje, ki ščiti ozračje in ščiti planet pred zvezdnimi nevihtami in sevanjem. Če zvezdni vetrovi niso tako ekstremni, da bi stisnili magnetno polje eksoplaneta blizu njegove površine, magnetno polje preprečuje pobeg iz atmosfere, zato je v ozračju več delcev in močnejši infrardeči signal. "
Ta nov model je pomemben iz več razlogov. Po eni strani prikazuje, kako se raziskave, ki so omogočile podrobne študije Zemljine atmosfere in kako vpliva na vesoljsko vreme, zdaj usmerjajo v proučevanje eksoplanetov. Navdušujoče je tudi zato, ker bi lahko omogočilo nove študije bivanja eksoplanetov okoli določenih razredov zvezd - od številnih vrst rumene in oranžne do hladne, rdeče pritlikave zvezde.
Rdeči palčki so najpogostejša vrsta zvezde v vesolju, saj predstavljajo 70% zvezd v spiralnih galaksijah in 90% v eliptičnih galaksijah. Na podlagi nedavnih odkritij astronomi ocenjujejo, da imajo rdeče pritlikave zvezde zelo verjetno sisteme skalnih planetov. Raziskovalna skupina tudi predvideva, da bodo vesoljski instrumenti naslednje generacije, kot je vesoljski teleskop James Webb, povečali verjetnost, da bodo po tem modelu našli bivalne planete.
Kot je povedal William Danchi, Goddardov višji astrofizik in soavtor študije:
"Nova spoznanja o potencialu za življenje na eksoplanetih so kritično odvisna od interdisciplinarnih raziskav, v katerih se podatki, modeli in tehnike uporabljajo iz štirih znanstvenih oddelkov NASA Goddard: heliofizike, astrofizike, planetarnih in zemeljskih znanosti. Ta mešanica ustvarja edinstvene in močne nove poti za raziskovanje eksoplanetov. "
Do takrat, ko ne moremo neposredno preučevati eksoplanetov, je vsak razvoj, zaradi katerega so biosignare bolj opazne in jih je lažje zaznati, izjemno dragocen. Projekt Blue and Breakthrough Starshot v prihodnjih letih upa, da bo izvedel prve neposredne študije sistema Alpha Centauri. Vmes pa so izboljšani modeli, ki nam omogočajo raziskovanje neštetih drugih zvezd za potencialno bivalne eksoplanete.
Ne le, da bodo močno izboljšali naše razumevanje, kako pogosti so takšni planeti, morda nas bodo samo usmerili v smer ene ali več Zemljinih 2.0!
