Pokiaľ ide o hľadanie svetov, ktoré by mohli podporovať mimozemský život, vedci sa v súčasnosti spoliehajú na prístup „ovocia s nízkym visením“. Pretože vieme iba jeden súbor podmienok, za ktorých môže život prosperovať - t. J. To, čo tu máme na Zemi, má zmysel hľadať svety, ktoré majú rovnaké podmienky. Patria medzi ne umiestnenie v obývateľnej zóne hviezdy, stabilná atmosféra a schopnosť udržiavať na povrchu tekutú vodu.
Vedci sa doteraz spoliehali na metódy, ktoré veľmi sťažujú zisťovanie vodnej pary v atmosfére pozemských planét. Ale vďaka novej štúdii vedenej Yukou Fujii z Goddardovho inštitútu pre vesmírne štúdie NASA (GISS) sa to pravdepodobne zmení. Použitím nového trojrozmerného modelu, ktorý zohľadňuje vzorce globálneho obehu, táto štúdia tiež naznačuje, že obývateľné exoplanety môžu byť bežnejšie, ako sme si mysleli.
Štúdia s názvom „Vlhké horné atmosféry poháňané NIR synchrónne rotujúcich miernych suchozemských exoplanet“ sa nedávno objavila v The Astrofyzical Journal, Okrem Dr. Fujii, ktorý je tiež členom Inštitútu vied o živote na Zemi v Tokijskom technologickom inštitúte, medzi výskumný tím patrili Anthony D. Del Genio (GISS) a David S. Amundsen (GISS a Columbia University).
Zjednodušene povedané, tekutá voda je pre život nevyhnutná, ako ju poznáme. Ak planéta nemá dostatočne teplú atmosféru na to, aby udržala tekutú vodu na svojom povrchu dostatočne dlhú dobu (rádovo miliardy rokov), potom je nepravdepodobné, že by sa život mohol objaviť a vyvíjať. Ak je planéta príliš vzdialená od svojej hviezdy, jej povrchová voda zamrzne; ak je príliš blízko, jeho povrchová voda sa vyparí a stratí sa do vesmíru.
Kým voda bola predtým detekovaná v atmosfére exoplanet, vo všetkých prípadoch boli planéty obrovské plynové giganty, ktoré obiehali veľmi tesne k svojim hviezdam. (známy ako „horúci Jupitéri“). Ako Fujii a jej kolegovia uvádzajú vo svojej štúdii:
„Aj keď boli v atmosfére horúcich jupiterov zistené signatúry H2O, detekcia molekulárnych signatúr, vrátane H2O, na miernych pozemských planétach je pre malý planetárny polomer a malú výšku stupnice (kvôli nižšej teplote a pravdepodobne väčšej strednej hodnote) mimoriadne náročná. molekulová hmotnosť). “
Pokiaľ ide o pozemské (t. J. Skalnaté) exoplanety, predchádzajúce štúdie boli nútené spoliehať sa na jednorozmerné modely na výpočet prítomnosti vody. Spočívalo to v meraní straty vodíka, pri ktorej sa vodná para v stratosfére rozkladá na vodík a kyslík vystavením ultrafialovému žiareniu. Meraním rýchlosti úniku vodíka do vesmíru by vedci odhadli množstvo tekutej vody stále prítomnej na povrchu.
Ako však vysvetľujú Dr. Fujii a jej kolegovia, takéto modely sa spoliehajú na niekoľko predpokladov, ktoré nie je možné vyriešiť, medzi ktoré patrí globálny prenos tepla a vodnej pary, ako aj účinky mrakov. Predchádzajúce modely v podstate predpovedali, že na to, aby vodné pary dosiahli stratosféru, by dlhodobé povrchové teploty na týchto exoplanetách museli byť o viac ako 66 ° C (150 ° F) vyššie, než aké tu prežívame na Zemi.
Tieto teploty môžu na povrchu vytvárať silné konvekčné búrky. Tieto búrky však nemohli byť príčinou toho, že voda sa dostáva do stratosféry, pokiaľ ide o pomaly rotujúce planéty vstupujúce do vlhkého skleníkového stavu - kde vodná para zosilňuje teplo. Je známe, že planéty, ktoré obiehajú tesne k svojim materským hviezdam, majú buď pomalú rotáciu, alebo sú so svojimi planétami vzájomne uzamknuté, a preto nie sú pravdepodobné konvektívne búrky.
Stáva sa to často v prípade pozemských planét, ktoré sú umiestnené okolo nízkohmotných, mimoriadne chladných hviezd typu M (červený trpaslík). Pre tieto planéty znamená ich blízkosť k hostiteľskej hviezde to, že jej gravitačný vplyv bude dostatočne silný na to, aby spomalil alebo úplne zastavil ich rotáciu. Ak k tomu dôjde, na boku planéty sa vytvoria silné oblaky, ktoré ich chránia pred veľkým množstvom svetla hviezdy.
Tím zistil, že hoci by to mohlo udržať chladný deň a zabrániť stúpaniu vodnej pary, množstvo infračerveného žiarenia (NIR) by mohlo poskytnúť dostatok tepla na to, aby planéta vstúpila do vlhkého skleníkového stavu. Platí to najmä pre hviezdy typu M a ďalšie chladné trpasličí hviezdy, o ktorých je známe, že produkujú viac v ceste NIR. Keď toto žiarenie zahreje mraky, vodná para stúpa do stratosféry.
Na riešenie tohto problému sa Fujii a jej tím spoliehali na trojrozmerné modely všeobecnej cirkulácie (GCM), ktoré zahŕňajú atmosférickú cirkuláciu a klimatickú heterogenitu. Kvôli svojmu modelu tím začal s planétou, ktorá mala zemskú atmosféru a bola úplne pokrytá oceánmi. Tím umožnil jasne vidieť, ako zmeny vzdialenosti od rôznych typov hviezd ovplyvnia podmienky na povrchu planét.
Tieto predpoklady umožnili tímu jasne vidieť, ako zmena orbitálnej vzdialenosti a typ hviezdneho žiarenia ovplyvnili množstvo vodných pár v stratosfére. Ako vysvetlil Dr. Fujii v tlačovej správe NASA:
„Použitím modelu, ktorý realistickejšie simuluje atmosférické podmienky, sme objavili nový proces, ktorý riadi obývateľnosť exoplanet a povedie nás pri identifikácii kandidátov na ďalšie štúdium ... Zistili sme dôležitú úlohu pre typ žiarenia, ktoré hviezda emituje, a jeho účinok má atmosférický obeh exoplanety pri vytváraní vlhkého skleníkového stavu. “
Nový model tímu nakoniec ukázal, že keďže hviezda s nízkou hmotnosťou vyžaruje väčšinu svojho svetla na vlnovej dĺžke NIR, vlhký skleníkový stav bude mať za následok, že planéty budú obiehať blízko nich. To by vyústilo do podmienok na ich povrchoch, ktoré by boli porovnateľné s tým, čo Zem zažije v trópoch, kde sú podmienky horúce a vlhké, namiesto horúcich a suchých.
Navyše ich model naznačil, že procesy riadené NIR postupne zvyšovali vlhkosť v stratosfére do tej miery, že exoplanety obiehajúce bližšie k ich hviezdam by mohli zostať obývateľné. Tento nový prístup k posudzovaniu potenciálnej obývateľnosti umožní astronómom simulovať cirkuláciu planétovej atmosféry a osobitné črty tejto cirkulácie, čo nie je niečo, čo nedokážu jednorozmerné modely.
V budúcnosti tím plánuje vyhodnotiť, ako by zmeny v planetárnych charakteristikách - ako gravitácia, veľkosť, zloženie atmosféry a povrchový tlak - mohli ovplyvniť cirkuláciu a obývateľnosť vodných pár. Toto spolu s ich trojrozmerným modelom, ktorý berie do úvahy vzorce planétového obehu, umožní astronómom s väčšou presnosťou určiť potenciálnu obývateľnosť vzdialených planét. Ako uviedol Anthony Del Genio:
„Pokiaľ vieme teplotu hviezdy, môžeme odhadnúť, či majú planéty v blízkosti svojich hviezd potenciál byť vo vlhkom skleníkovom stave. Súčasná technológia sa posunie na hranicu na detekciu malého množstva vodnej pary v atmosfére exoplanety. Ak je dostatok vody na detekciu, pravdepodobne to znamená, že planéta je vo vlhkom skleníkovom stave. “
Okrem toho, že astronómom ponúka komplexnejšiu metódu na určovanie obývateľnosti exoplanet, je táto štúdia tiež dobrou správou pre poľovníkov, ktorí dúfajú, že nájdu okolo hviezd typu M obývateľné planéty. Nízkohmotné, mimoriadne chladné hviezdy typu M sú najbežnejšou hviezdou vo vesmíre, čo predstavuje približne 75% všetkých hviezd v Mliečnej dráhe. Vedieť, že by mohli podporovať obývateľné exoplanety, výrazne zvyšuje pravdepodobnosť ich nájdenia.
Táto štúdia je navyše veľmi dobrá správa vzhľadom na nedávny výskum, ktorý vrhá vážne pochybnosti o schopnosti hviezd typu M hostiť obývateľné planéty. Tento výskum sa uskutočnil ako reakcia na mnohé pozemské planéty, ktoré sa v posledných rokoch objavili okolo blízkych červených trpaslíkov. Odhalili to, že vo všeobecnosti červené hviezdy trpaslíkov zažívajú príliš veľa vzplanutia a môžu zbaviť svoje planéty ich atmosféry.
Patrí medzi ne systém 7 planét TRAPPIST-1 (z ktorých tri sú umiestnené v zóne obývateľnej hviezdou) a najbližší exoplanet k slnečnej sústave Proxima b. Samotný počet planét podobných Zemi, ktorý sa objavil okolo hviezd typu M, spojený s prirodzenou dlhovekosťou tejto triedy, viedol mnoho ľudí v astrofyzikálnej komunite k tomu, aby sa odvážili riskovať, že červené trpasličí hviezdy môžu byť najpravdepodobnejším miestom na nájdenie obývateľných exoplaniet.
S touto najnovšou štúdiou, ktorá naznačuje, že tieto planéty by mohli byť koniec koncov obývateľné, by sa zdalo, že lopta je skutočne naspäť na svojom ihrisku!
