Nasa in druge vesoljske agencije v prihodnost polagajo velike nade na področje raziskav zunaj sončnega planeta. V zadnjem desetletju je število znanih eksoplanetov doseglo zgolj 4000, pričakovati pa bo še veliko več, ko bodo teleskopi naslednje generacije začeli uporabljati. In s toliko študij eksoplanetov se cilji raziskav počasi premikajo od procesa odkrivanja in proti karakterizaciji.
Na žalost znanstvenike še vedno muči dejstvo, da je tisto, za kar menimo, da je »območje bivanja«, veliko domnev. Mednarodna skupina raziskovalcev je pred tem objavila članek, v katerem so navedli, kako bi lahko prihodnje raziskave eksoplaneta presegale primere, ki so primerljivi z Zemljo, kot indikacije za bivanje, in uporabili bolj celovit pristop.
Časopis z naslovom »Napovedi za območja, ki jih je mogoče uporabiti, in kako jih preizkusiti« se je nedavno pojavil na spletu in je bil kot bela knjiga predložen v desetletno raziskavo o astronomiji in astrofiziki Astro 2020. Skupino za njo je vodil Ramses M. Ramirez, raziskovalca z Instituta za znanost o Zemlji-življenje (ELSI) in Inštituta za vesoljske znanosti (SSI), ki so se mu pridružili soavtorji in sopodpisniki s 23 univerz in institucij.
Namen desetletne raziskave je upoštevati predhodno dosežen napredek na različnih raziskovalnih področjih in določiti prednostne naloge za prihodnje desetletje. Kot taka raziskava daje ključno usmeritev Nasi, Nacionalni vesoljski fundaciji (NSF) in Ministrstvu za energijo, ko načrtujejo svoje astronomske in astrofizične raziskovalne cilje za prihodnost.
Trenutno se mnogi od teh ciljev osredotočajo na preučevanje eksoplanetov, kar bo v prihodnjih letih koristilo od uvedbe teleskopov nove generacije, kot so James Webb vesoljski teleskop (JWST) in Infrardeči teleskop s širokim poljem (WFIRST), pa tudi zemeljske opazovalnice, kot so izjemno velik teleskop (ELT), tridesetmetrski teleskop in velikanski teleskop Magellan (GMT).
Ena glavnih nalog raziskovanja eksoplanetov je iskanje planetov, na katerih bi lahko obstajalo zunajzemeljsko življenje. V zvezi s tem znanstveniki označujejo planete kot "potencialno bivalne" (in zato vredne nadaljnjih opazovanj) glede na to, ali krožijo v območju bivanja zvezd (HZ) ali ne. Zaradi tega je smiselno pogledati, kaj gre v opredelitev HZ.
Kot sta v svojem prispevku navedla Ramirez in njegovi sodelavci, je ena od pomembnejših vprašanj glede življenjske razmere eksoplaneta stopnja domnev. Da bi jo razbili, večina definicij HZ predvideva prisotnost vode na površini, saj je to edino topilo, ki trenutno ve, da živi življenje. Te iste opredelitve predvidevajo, da življenje zahteva skalnat planet z tektonsko dejavnostjo, ki kroži okoli svetle in tople zvezde.
Vendar so nedavne raziskave postavile dvom v številne od teh predpostavk. To vključuje študije, ki kažejo, kako atmosferski kisik ne pomeni samodejno prisotnosti življenja, še posebej, če je ta kisik posledica kemične disociacije in ne fotosinteze. Druge raziskave so pokazale, kako lahko prisotnost kisika v zgodnjih obdobjih evolucije planeta prepreči naraščanje osnovnih življenjskih oblik.
Obstajajo tudi nedavne študije, ki kažejo, kako tektonika plošč morda ni potrebna za nastanek življenja in da tako imenovani "vodni svetovi" morda ne bodo mogli podpreti življenja (vendar še vedno lahko). Poleg tega imate teoretično delo, ki nakazuje, da bi se življenje lahko razvijalo v morjih metana ali amoniaka na drugih nebesnih telesih.
Ključni primer je Saturnov Luna Titan, ki se ponaša z okoljem, ki je bogato s prebiotičnimi razmerami in organsko kemijo - za katere nekateri znanstveniki menijo, da lahko podpirajo eksotične oblike življenja. Na koncu znanstveniki iščejo znane biomarkerje, kot sta voda in ogljikov dioksid, ker sta povezana z življenjem na Zemlji, edinim znanim primerom planeta, ki nosi življenje.
A kot je Ramirez razložil vesoljski reviji po e-pošti, je ta miselnost (kjer analogi Zemlje veljajo kot primerni za življenje) še vedno preplavljena s težavami:
„Klasična opredelitev območja bivanja je napačna, ker njena zasnova temelji predvsem na zemeljsko usmerjenih klimatoloških argumentih, ki se lahko uporabljajo ali ne uporabljajo za druge potencialno bivalne planete. Na primer, predvideva, da se lahko atmosfere z več barmi CO2 podpirajo na potencialno bivalnih planetih blizu zunanjega roba območja bivanja. Vendar so tako visoke ravni CO2 strupene za zemeljske rastline in živali, zato brez boljšega razumevanja meja življenja ne vemo, kako smiselna je ta domneva.
"Klasični HZ prav tako predvideva, da sta CO2 in H2O ključna toplogredna plina, ki vzdržujejo potencialno bivalne planete, vendar je v številnih študijah v zadnjih letih razvila alternativne opredelitve HZ, ki uporabljajo različne kombinacije toplogrednih plinov, vključno s tistimi, ki bi na Zemlji lahko bili relativno majhni. Pomembno za druge planete, ki jih lahko bivamo. "
V prejšnji študiji dr. Ramireza je pokazal, kako lahko povzroči tudi prisotnost metana in vodikovega plina
Na srečo bodo te definicije lahko preizkusile zahvaljujoč uvajanju teleskopov nove generacije. Ne le, da bodo znanstveniki lahko preizkusili nekatere dolgoletne predpostavke, na katerih temeljijo HZ-ji,
»Teleskopi naslednje generacije bi lahko preizkusili območje bivanja z iskanjem predvidenega povečanja atmosferskega tlaka CO2 dlje, kot so potencialno bivalni planeti od njihovih zvezd. To bi tudi preizkusilo, ali je karbonatno-silikatni cikel, za katerega mnogi verjamejo, da je naš planet obdržal večino zgodovine, univerzalni postopek ali ne. "
V tem procesu se silikatne kamnine s pomočjo vremenskih vplivov in erozije pretvorijo v ogljične kamnine, ogljične kamnine pa se prek vulkanskih in geoloških aktivnosti pretvorijo v silikatne kamnine. Ta cikel zagotavlja dolgoročno stabilnost Zemljinega ozračja z ohranjanjem ravni CO2 v času. Prav tako ponazarja, kako pomembna je voda in tektonska plošča za življenje, kot ga poznamo.
Vendar lahko takšen cikel obstaja samo na planetih s kopnim, kar dejansko izključuje "vodne svetove". Ti eksoplaneti - ki so lahko običajni okoli zvezd M (rdeče pritlikavke) - naj bi bili do 50 mas.% Vode. S to količino vode na njihovih površinah bodo vodni svetovi verjetno imeli na svojih mejah jedro-plast goste plasti ledu, kar preprečuje hidrotermalno aktivnost.
Kot že omenjeno, obstaja nekaj raziskav, ki kažejo, da bi bili ti planeti še vedno bivalni. Medtem ko bi obilo vode preprečilo absorbcijo ogljikovega dioksida v kamninah in zmanjšalo vulkansko aktivnost, so simulacije pokazale, da lahko ti planeti še vedno krožijo ogljik med atmosfero in oceanom ter tako ohranjajo podnebje stabilno.
Če obstajajo te vrste oceanskih svetov, pravi dr. Ramirez, bi jih znanstveniki lahko zaznali po njihovi nižji planetarni gostoti in atmosferi pod visokim pritiskom. Potem pa je tu še vrsta različnih toplogrednih plinov, ki niso vedno pokazatelj toplejših planetarnih atmosfer, odvisno od vrste zvezde.
"Čeprav metan ogreva naš planet, smo ugotovili, da metan dejansko hladi površine bivalnih območij planetov, ki krožijo okoli rdečih palčkov zvezd!" rekel je. "V tem primeru bi visoke količine atmosferskega metana na takšnih planetih lahko pomenile zamrznjene pogoje, ki so morda neprimerni za življenje gostov. To bomo lahko opazovali v planetarnih spektrih. "
Ko govorimo o rdečih palčkih, razprava o tem, ali bodo planeti, ki krožijo okoli teh zvezd, lahko ohranili ozračje. V zadnjih nekaj letih je bilo narejenih več odkritij, ki nakazujejo, da so kamniti, plaščasti zaklenjeni planeti pogosti okoli zvezde rdečih palčkov in da krožijo znotraj HZ-jev svojih zvezd.
Vendar pa so poznejše raziskave okrepile teorijo, da bi nestabilnost rdečih pritlikavih zvezd verjetno povzročila sončne žarke, ki bi odstranili vse planete, ki so obkrožali njihovo atmosfero. Nazadnje Ramirez in njegovi sodelavci navajajo možnost, da bi lahko bivali planeti, ki krožijo po orbiti, kar je bilo (do nedavnega) veljalo za malo verjetno kandidatko.
To bi bile glavne zaporedne zvezde tipa A - kot Sirius A, Altair in Vega - za katere se je mislilo, da so preveč svetle in vroče, da bi bile primerne za bivanje. Dr. Ramirez je povedal o tej možnosti:
"Zanima me tudi, ali obstaja življenje na planetih, v katerih živijo okoli A-zvezd. Ni bilo veliko objavljenih ocen planetarne obstojnosti zvezd A, vendar jih nekatere arhitekture nove generacije načrtujejo. Kmalu bomo izvedeli več o primernosti A-zvezd za življenje. "
Končno bodo študije, kot je ta, ki postavljajo pod vprašaj definicijo "območja bivanja", koristne, ko bodo začele misije nove generacije v znanstvenih operacijah. S svojo višjo ločljivostjo in občutljivejšimi instrumenti bodo lahko preizkusili in potrdili številne napovedi znanstvenikov.
Ti testi bodo tudi potrdili, ali lahko življenje tam obstaja samo, kot ga poznamo, ali tudi zunaj parametrov, za katere menimo, da so »podobni Zemlji«. A kot je dodal Ramirez, študija, ki jo je izvedel skupaj s sodelavci, tudi poudarja, kako pomembno je, da še naprej vlagamo v napredno tehnologijo teleskopa:
„Naš prispevek poudarja tudi pomen nadaljnjih naložb v napredno tehnologijo teleskopov. Moramo biti sposobni najti in opisati čim več življenjskih območij planetov, če želimo povečati svoje možnosti za iskanje življenja. Vendar upam, da naš časopis navdihuje ljudi, da sanjajo šele čez naslednjih 10 let. Resnično verjamem, da bodo sčasoma nastale misije, ki bodo veliko bolj sposobne od vsega, kar trenutno oblikujemo. Naša sedanja prizadevanja so le začetek veliko bolj zavzetega prizadevanja za naše vrste. "
Zasedanje desetletne raziskave 2020 organizirata odbor za fiziko in astronomijo in odbor za vesoljske študije Nacionalne akademije znanosti, nato pa bo sledilo poročilo, ki bo objavljeno približno dve leti.
