Când vine vorba de căutarea unor lumi care ar putea susține viața extraterestră, oamenii de știință se bazează în prezent pe abordarea „fructelor cu agățare scăzută”. Deoarece nu cunoaștem decât un set de condiții în care viața poate prospera - adică ceea ce avem aici pe Pământ - are sens să căutăm lumi care au aceleași condiții. Acestea includ să fie localizate în zona locuibilă a unei stele, să aibă o atmosferă stabilă și să poată menține apa lichidă la suprafață.
Până acum, oamenii de știință s-au bazat pe metode care îngreunează detectarea vaporilor de apă în planetele terestre din atmosferă. Dar, mulțumită unui nou studiu condus de Yuka Fujii de la Institutul Goddard pentru Studii Spațiale (NASA) al NASA, s-ar putea să fie o schimbare. Folosind un nou model tridimensional care ține cont de tiparele circulației globale, acest studiu indică, de asemenea, că exoplanetele locuibile pot fi mai frecvente decât ne-am gândit.
Studiul, intitulat „NIR Atmosfere superioare umede ale exoplanetelor terestre temperare rotative sincron”, a apărut recent în Jurnalul Astrofizic. Pe lângă dr. Fujii, care este, de asemenea, un membru al Earth-Life Science Institute la Tokyo Institute of Technology, echipa de cercetare a inclus Anthony D. Del Genio (GISS) și David S. Amundsen (GISS și Columbia University).
Pentru a spune simplu, apa lichidă este esențială pentru viață așa cum o cunoaștem. Dacă o planetă nu are o atmosferă suficient de caldă pentru a menține apa lichidă pe suprafața sa pentru o perioadă suficientă de timp (de ordinul a miliarde de ani), atunci este puțin probabil ca viața să poată să apară și să evolueze. Dacă o planetă este prea îndepărtată de steaua ei, apa ei de suprafață va îngheța; dacă este prea aproape, apa sa de suprafață se va evapora și se va pierde în spațiu.
În timp ce apa a fost detectată în atmosfera exoplanetelor înainte, în toate cazurile, planetele erau giganti masivi de gaz care orbitau foarte aproape de stelele lor. (de asemenea, „Jupiteri calde”). După cum afirmă Fujii și colegii ei în studiul lor:
„Deși semnăturile H2O au fost detectate în atmosfera Jupiterelor fierbinți, detectarea semnăturilor moleculare, inclusiv H2O, pe planetele terestre temperate este extrem de dificilă, din cauza razei planetare mici și a înălțimii la scară mică (din cauza temperaturii mai scăzute și a mediei, probabil, mai mare). greutate moleculară)."
Când vine vorba de exoplanete terestre (adică stâncoase), studiile anterioare au fost nevoite să se bazeze pe modele unidimensionale pentru a calcula prezența apei. Aceasta a constat în măsurarea pierderilor de hidrogen, unde vaporii de apă din stratosferă sunt descompuse în hidrogen și oxigen din expunerea la radiații ultraviolete. Măsurând rata cu care se pierde hidrogenul în spațiu, oamenii de știință ar estima cantitatea de apă lichidă încă prezentă la suprafață.
Cu toate acestea, după cum explică dr. Fujii și colegii săi, astfel de modele se bazează pe mai multe presupuneri care nu pot fi abordate, care includ transportul global de căldură și vapori de vapori de apă, precum și efectele norilor. Practic, modelele anterioare au prezis că pentru ca vaporii de apă să ajungă la stratosferă, temperaturile de suprafață pe termen lung pe aceste exoplanete ar trebui să fie cu peste 66 ° C (150 ° F) mai mari decât ceea ce experimentăm aici pe Pământ.
Aceste temperaturi ar putea crea furtuni convective puternice la suprafață. Cu toate acestea, aceste furtuni nu ar putea fi motivul pentru care apa ajunge în stratosferă atunci când vine vorba de planetele rotative lent care intră într-o stare de seră umedă - unde vaporii de apă intensifică căldura. Planetele care orbitează aproape de stelele lor părinte sunt cunoscute fie că au o rotație lentă, fie că sunt blocate în ordine cu planetele lor, făcând astfel improbabile furtunile convective.
Acest lucru se întâmplă destul de des pentru planetele terestre care sunt situate în jurul unor stele de masă joasă, ultra cool, de tip M (pitic roșu). Pentru aceste planete, apropierea lor de steaua gazdă înseamnă că influența gravitațională va fi suficient de puternică pentru a încetini sau a opri complet rotația lor. Când se întâmplă acest lucru, nori groși se formează în partea de zi a planetei, protejându-l de o mare parte din lumina stelei.
Echipa a descoperit că, deși acest lucru ar putea menține răcoarea zilei și să împiedice creșterea vaporilor de apă, cantitatea de radiații aproape de infraroșu (NIR) ar putea furniza suficientă căldură pentru a provoca o planetă să intre într-o stare de seră umedă. Acest lucru este valabil în special pentru stelele pitice tip M și alte stele pitice, despre care se știe că produc mai mult în calea NIR. Pe măsură ce această radiație se încălzește norii, vaporii de apă se vor ridica în stratosferă.
Pentru a rezolva acest lucru, Fujii și echipa sa s-au bazat pe modele de circulație generală tridimensionale (GCM) care încorporează circulația atmosferică și eterogenitatea climatică. De dragul modelului lor, echipa a început cu o planetă care avea o atmosferă asemănătoare Pământului și care era acoperită în întregime de oceane. Acest lucru a permis echipei să vadă clar modul în care variațiile distanței față de diferite tipuri de stele ar afecta condițiile pe suprafețele planetelor.
Aceste presupuneri au permis echipei să vadă clar modul în care schimbarea distanței orbitale și a tipului de radiații stelare au afectat cantitatea de vapori de apă din stratosferă. După cum a explicat dr. Fujii într-un comunicat de presă al NASA:
„Folosind un model care simulează mai realist condițiile atmosferice, am descoperit un nou proces care controlează locuința exoplanetelor și ne va ghida în identificarea candidaților pentru studii suplimentare ... Am găsit un rol important pentru tipul de radiații pe care o emite o stea și efectul pe care îl are are circulația atmosferică a unui exoplanet în ceea ce privește starea de seră umedă. "
La final, noul model al echipei a demonstrat că, deoarece steaua cu masă scăzută emite cea mai mare parte a luminii lor la lungimile de undă NIR, o stare de seră umedă va avea ca rezultat planetele care orbitează îndeaproape de ele. Acest lucru ar rezulta în condiții pe suprafețele lor comparabile cu ceea ce Pământul experimentează în tropice, unde condițiile sunt fierbinți și umede, în loc de cald și uscat.
Ba mai mult, modelul lor a indicat faptul că procesele determinate de NIR au crescut gradul de umiditate în stratosferă, până la punctul în care exoplanetele orbitate mai aproape de stelele lor ar putea rămâne locuibile. Această nouă abordare de evaluare a locuinței potențiale va permite astronomilor să simuleze circulația atmosferelor planetare și caracteristicile speciale ale acestei circulații, ceea ce este ceva ce nu poate face modelele unidimensionale.
În viitor, echipa intenționează să evalueze modul în care variațiile caracteristicilor planetare - cum ar fi gravitația, dimensiunea, compoziția atmosferică și presiunea de suprafață - ar putea afecta circulația și locuibilitatea vaporilor de apă. Acest lucru, împreună cu modelul lor tridimensional care ține cont de modelele de circulație planetară, le va permite astronomilor să stabilească locuința potențială a planetelor îndepărtate cu o precizie mai mare. După cum a indicat Anthony Del Genio:
„Atâta timp cât cunoaștem temperatura stelei, putem estima dacă planetele apropiate de stelele lor au potențialul de a fi în stare umedă de seră. Tehnologia actuală va fi împinsă la limită pentru a detecta cantități mici de vapori de apă în atmosfera unui exoplanet. Dacă există suficientă apă pentru a fi detectată, înseamnă că planeta este în stare de umiditate a serii. ”
Dincolo de a oferi astronomilor o metodă mai cuprinzătoare pentru determinarea locuinței exoplanetelor, acest studiu este, de asemenea, o veste bună pentru vânătorii de exoplanete care speră să găsească planete locuibile în jurul stelelor de tip M. Stelele de masă scăzută, ultra-răcoroase, de tip M, sunt cele mai comune stele din Univers, reprezentând aproximativ 75% din toate stelele din Calea Lactee. Știind că ar putea susține exoplanetele locuibile crește mult șansele de a găsi unul.
În plus, acest studiu este FOARTE o veste bună, dată fiind recentele cercetări care au pus la îndoială serioasă capacitatea stelelor de tip M de a găzdui planete locuibile. Această cercetare a fost realizată ca răspuns la numeroasele planete terestre care au fost descoperite în jurul piticilor roșii din apropiere în ultimii ani. Ceea ce au dezvăluit a fost că, în general, stelele pitice roșii experimentează prea multă flacără și ar putea dezbrăca planetele respective din atmosfera lor.
Acestea includ sistemul TRAPPIST-1 pe 7 planete (dintre care trei sunt situate în zona locuibilă a stelei) și cel mai apropiat exoplanet la Sistemul Solar, Proxima b. Numărul mare de planete similare Pământului descoperite în jurul stelelor de tip M, împreună cu această clasă de longevitate naturală a stelelor, a determinat mulți din comunitatea astrofizică să se aventureze că stelele pitice roșii ar putea fi cel mai probabil loc de a găsi exoplanete locuibile.
Cu acest ultim studiu, care indică faptul că aceste planete ar putea fi locuibile până la urmă, s-ar părea că mingea este efectiv înapoi în curtea lor!
