За последние несколько десятилетий тысячи вне-солнечных планет были обнаружены в нашей галактике. По состоянию на 28 июля 2018 года в 2814 планетных системах было подтверждено в общей сложности 3374 внесолнечных планет. Хотя большинство этих планет были газовыми гигантами, все большее их число имеет земную (то есть скалистую) природу и было обнаружено, что они вращаются в пределах соответствующих обитаемых зон своих звезд (HZ).
Однако, как показывает случай с Солнечной системой, ГЗ не обязательно означают, что планета может поддерживать жизнь. Несмотря на то, что Венера и Марс находятся на внутренней и внешней границах Солнечной ГЗ (соответственно), ни одна из них не способна поддерживать жизнь на своей поверхности. И поскольку все больше потенциально обитаемых планет обнаруживаются постоянно, новое исследование предполагает, что, возможно, пришло время уточнить наше определение обитаемых зон.
Исследование, озаглавленное «Более всеобъемлющая обитаемая зона для поиска жизни на других планетах», недавно появилось в сети. Исследование было проведено доктором Рамсесом М. Рамиресом, научным сотрудником Института наук о Земле и жизни в Токийском технологическом институте. В течение многих лет доктор Рамирес принимал участие в изучении потенциально обитаемых миров и создавал климатические модели для оценки процессов, которые делают планеты пригодными для обитания.
Как указал д-р Рамирес в своем исследовании, наиболее общее определение обитаемой зоны - это круглая область вокруг звезды, где температуры поверхности на орбитальном теле было бы достаточно для поддержания воды в жидком состоянии. Однако само по себе это не означает, что планета пригодна для жизни, и необходимо принять во внимание дополнительные соображения, чтобы определить, может ли жизнь действительно существовать там. Как доктор Рамирес рассказал Space Magazine по электронной почте:
«Самым популярным воплощением HZ является классический HZ. Это классическое определение предполагает, что наиболее важными парниковыми газами на потенциально обитаемых планетах являются углекислый газ и водяной пар. Также предполагается, что обитаемость на таких планетах поддерживается карбонатно-силикатным циклом, как в случае с Землей. На нашей планете карбонатно-силикатный цикл питается тектоникой плит.
«Карбонатно-силикатный цикл регулирует перенос углекислого газа между атмосферой, поверхностью и внутренним пространством Земли. Он действует в качестве планетарного термостата в течение длительного периода времени и гарантирует, что в атмосфере не будет слишком много CO2 (планета становится слишком горячей) или слишком мало (планета становится слишком холодной). Классическая HZ также (как правило) предполагает, что обитаемые планеты обладают общим запасом воды (например, общим количеством воды в океанах и морях), по размеру сравнимым с земным ».
Это то, что можно назвать подходом «низко висящих фруктов», когда ученые искали признаки обитаемости, основываясь на том, что нам, людям, больше всего знакомо. Учитывая, что единственный пример обитаемости, который у нас есть, - это планета Земля, исследования экзопланет были сосредоточены на поиске планет, «похожих на Землю» по составу (то есть скалистым), орбите и размеру.
Однако в последние годы это определение подверглось сомнению в результате новых исследований. Поскольку исследования экзопланет отошли от простого обнаружения и подтверждения существования тел вокруг других звезд и перешли к характеристике, появились новые формулировки ГЦ, которые пытались охватить разнообразие потенциально обитаемых миров.
Как объяснил д-р Рамирес, эти новые составы дополняют традиционные представления о ГЦ, считая, что обитаемые планеты могут иметь различный состав атмосферы:
«Например, они учитывают влияние дополнительных парниковых газов, таких как CH4 и H2, которые считаются важными для ранних условий как на Земле, так и на Марсе. Добавление этих газов делает обитаемую зону шире, чем это было бы предсказано классическим определением HZ. Это замечательно, потому что планеты, которые считаются вне HZ, как TRAPPIST-1h, теперь могут быть внутри него. Также утверждается, что планеты с плотной атмосферой CO2-CH4 вблизи внешнего края ГЦ из более горячих звезд могут быть обитаемыми, потому что такие атмосферы трудно поддерживать без присутствия жизни ».
Одно из таких исследований было проведено доктором Рамирезом и Лизой Калтенеггер, доцентом Института Карла Сагана в Корнелльском университете. Согласно документу, который они выпустили в 2017 году, который появился в Astrophysical Journal Letters,охотники за экзопланетами могли бы найти планеты, которые когда-нибудь станут обитаемыми из-за присутствия вулканической активности, которая была бы заметна при наличии газообразного водорода (H2) в их атмосфере.
Эта теория является естественным продолжением поиска «похожих на Землю» условий, которые считают, что атмосфера Земли не всегда была такой, как сегодня. По сути, ученые-планетологи предполагают, что миллиарды лет назад в ранней атмосфере Земли имелись обильные запасы газообразного водорода (H2из-за вулканического выделения газов и взаимодействия между молекулами водорода и азота в этой атмосфере Земля сохраняла тепло достаточно долго для развития жизни.
В случае Земли этот водород в конечном итоге улетел в космос, что, как полагают, имеет место для всех планет земной группы. Однако на планете, где существует достаточный уровень вулканической активности, присутствие газообразного водорода в атмосфере можно сохранить, что позволит создать парниковый эффект, который сохранит их поверхности в тепле. В этом отношении присутствие газообразного водорода в атмосфере планеты может продлить ГЦ звезды.
По словам Рамиреса, существует также фактор времени, который обычно не учитывается при оценке ГЗ. Короче говоря, звезды развиваются с течением времени и излучают различные уровни радиации в зависимости от их возраста. Это имеет эффект изменения, где достигает HZ звезды, который может не охватывать планету, которая в настоящее время изучается. Как объяснил Рамирес:
«Было показано, что M-карлики (действительно крутые звезды) настолько яркие и горячие, когда они впервые образуются, что они могут высыхать любые молодые планеты, которые позже будут определены как классические HZ. Это подчеркивает тот факт, что просто потому, что планета в настоящее время находится в обитаемой зоне, это не означает, что она действительно обитаема (не говоря уже о населенном). Мы должны быть в состоянии следить за этими случаями.
Наконец, существует проблема того, какие виды астрономов звездной системы наблюдали в поисках экзопланет. В то время как во многих обзорах изучалась звезда желтого карлика G-типа (именно этим является наше Солнце), в последнее время многие исследования были сосредоточены на звездах M-типа (красный карлик) в последнее время из-за их долговечности и того факта, что они считаются наиболее вероятное место, чтобы найти скалистые планеты, которые вращаются в пределах ГЗ своих звезд.
«В то время как большинство предыдущих исследований были посвящены системам с одной звездой, недавняя работа предполагает, что обитаемые планеты могут быть обнаружены в системах с двойными звездами или даже в системах красного гиганта или белого карлика, потенциально обитаемые планеты могут также принимать форму пустынных миров или даже океанических миров, которые намного влажнее, чем Земля », - говорит Рамирес. «Такие формулировки не только значительно расширяют пространство параметров для потенциально обитаемых планет для поиска, но и позволяют нам отфильтровывать миры, которые с наибольшей (и наименьшей) вероятностью могут принять жизнь».
В конце концов, это исследование показывает, что классический HZ не единственный инструмент, который можно использовать для оценки возможности внеземной жизни. Таким образом, Рамирес рекомендует, чтобы в будущем астрономы и охотники за экзопланетами дополняли классическую HZ дополнительными соображениями, высказанными этими новыми формулировками. При этом они просто могут максимизировать свои шансы найти жизнь когда-нибудь.
«Я рекомендую ученым уделять особое внимание ранним стадиям планетных систем, поскольку это помогает определить вероятность того, что планета, которая в настоящее время находится в современной обитаемой зоне, действительно заслуживает дальнейшего изучения, чтобы получить дополнительные доказательства жизни», - сказал он. «Я также рекомендую, чтобы различные определения HZ использовались вместе, чтобы мы могли наилучшим образом определить, какие планеты наиболее вероятно будут принимать жизнь. Таким образом, мы можем ранжировать эти планеты и определить, на какие из них потратить большую часть времени и энергии нашего телескопа. По пути мы также будем проверять, насколько верна концепция ГЗ, включая определение того, насколько универсален карбонатно-силикатный цикл в космическом масштабе ».
