При поиске потенциально обитаемых экзопланет ученые вынуждены придерживаться подхода низко висящих фруктов. Поскольку Земля - единственная известная нам планета, которая способна поддерживать жизнь, этот поиск в основном сводится к поиску планет, «похожих на Землю». Но что, если Земля не является метрикой для обитаемости, о которой мы все думаем?
Это было темой основной лекции, недавно прочитанной на Конгрессе геохимии Гольдшмидта, который проходил с 18 по 23 августа в Барселоне, Испания. Здесь группа исследователей, поддерживаемых НАСА, объяснила, как анализ того, что входит в определение обитаемых зон (ГЗ), показывает, что некоторые экзопланеты могут иметь лучшие условия для жизни, чем сама Земля.
Презентация была основана на исследовании под названием «Ограниченная зона обитания для сложной жизни», которое появилось в июньском выпуске 2019 года. Астрофизический журнал. Исследование было проведено исследователями из Калифорнийского технологического института, Института космических исследований имени Годдарда, Института астробиологии НАСА, Постдокторской программы НАСА, Виртуальной планетарной лаборатории NExSS, Космического института науки «Синий мрамор» и нескольких университетов.
Как они указывают в своем исследовании, ГЗ обычно определяются как диапазон расстояний от звезды-хозяина, в пределах которой на поверхности может существовать жидкая вода. Однако это не учитывает атмосферную динамику, необходимую для обеспечения стабильности климата, которая включает обратную связь карбоната с силикатом для поддержания температуры поверхности в определенном диапазоне.
Поскольку доступны только косвенные методы для определения того, на что похожи условия на отдаленных экзопланетах, астрономы полагаются на сложные модели климата и эволюции планеты. В ходе презентации своего синтеза этого подхода во время основной лекции доктор Стефани Олсон из Чикагского университета (соавтор исследования) описал поиск, чтобы определить лучшие условия для жизни на экзопланетах:
«НАСА в поисках жизни во Вселенной сфокусировано на так называемых планетах обитаемой зоны, которые представляют собой миры, в которых есть потенциал для жидких океанов. Но не все океаны одинаково гостеприимны - и некоторые океаны будут лучше жить, чем другие из-за их глобальных моделей циркуляции.
«Наша работа была направлена на выявление экзопланетных океанов, которые обладают наибольшей способностью вести изобильную и активную жизнь во всем мире. Жизнь в океанах Земли зависит от апвеллинга (восходящего потока), который возвращает питательные вещества из темных глубин океана в освещенные солнцем части океана, где живет фотосинтетическая жизнь. Больше апвеллинга означает больше питательных веществ, что означает большую биологическую активность. Вот условия, которые нам нужно искать на экзопланетах ».
В рамках своего исследования Олсен и ее коллеги смоделировали, какие условия могут быть на различных типах экзопланет с использованием программного обеспечения ROCKE-3D. Эта модель общей циркуляции (GCM) была разработана Институтом космических исследований имени Годдарда (GISS) НАСА для изучения различных точек в истории Земли и других планет земной системы Солнечной системы (таких как Меркурий, Венера и Марс).
Это программное обеспечение также может быть использовано для моделирования того, каким будет климат и среда обитания океана на различных типах экзопланет. После моделирования множества возможных экзопланет (основываясь на более чем 4000 обнаруженных к настоящему времени), они смогли определить, какие виды экзопланет являются наиболее вероятными для развития и поддержания процветающих биосфер.
Это состояло в использовании модели циркуляции океана, которая определяла, какие экзопланеты будут иметь наиболее эффективный апвеллинг и, таким образом, смогут поддерживать океаны в гостеприимных условиях. Они обнаружили, что планеты с более высокой плотностью атмосферы, более медленными скоростями вращения и наличием континентов приводят к более высоким скоростям апвеллинга.
Главный вывод из этого заключается в том, что Земля не может быть оптимально обитаемой, учитывая ее довольно высокую скорость вращения. «Это удивительный вывод», - сказал доктор Олсон, - «он показывает нам, что условия на некоторых экзопланетах с благоприятными схемами циркуляции океана могут быть лучше приспособлены для поддержания жизни, которая более многочисленна или более активна, чем жизнь на Земле».
Это своего рода хорошие новости / плохие новости. С одной стороны, это развеивает иллюзию того, что Земля является стандартом, по которому можно измерять другие потенциально обитаемые экзопланеты. С другой стороны, это указывает на то, что жизнь в нашей Вселенной может быть более обильной, чем указывали предыдущие консервативные оценки.
Но, как указал Олсен, всегда будет разрыв между жизнью и тем, что мы можем обнаружить из-за ограничений в нашей технологии. Таким образом, это исследование является значительным в том смысле, что оно побуждает астрономов направлять свои усилия на подгруппу экзопланет, которая, скорее всего, будет отдавать предпочтение «крупным глобально активным биосферам, где жизнь будет легче обнаружить - и где отсутствие обнаружения будет наиболее значимым».
Это станет возможным в ближайшее десятилетие благодаря внедрению телескопов следующего поколения, таких как Космический телескоп Джеймса Вебба (JWST), что астрономы ожидают, чтобы быть полезными в характеристике атмосферы и поверхностных сред экзопланет. Другие телескопы, которые все еще находятся на чертежной доске, могут пойти еще дальше - отчасти благодаря таким исследованиям.
«В идеале, эта работа будет информировать проект телескопа, чтобы гарантировать, что будущие миссии, - сказал доктор Олсон, - такие как предлагаемые концепции телескопов LUVOIR или HabEx, будут иметь правильные возможности; теперь мы знаем, что искать, поэтому нам нужно начать искать ».
Когда дело доходит до поиска свидетельств жизни за пределами нашей Солнечной системы (или внутри нее), знание того, на что обращать внимание, может быть даже более важным, чем наличие самых совершенных инструментов для этого. В ближайшие годы астрономы получат преимущества передовых технологий и усовершенствованных методов, используя все, что мы узнали до сих пор, чтобы найти свидетельства жизни, отличные от нашей.
