Privind spre viitor, NASA și alte agenții spațiale au speranțe mari în domeniul cercetării extrasolare a planetei. În ultimul deceniu, numărul exoplanetelor cunoscute a atins doar un timid de 4000, iar multe altele sunt de așteptat să fie găsite odată cu punerea în funcțiune a telescoapelor viitoare. Și cu atât de multe exoplanete de studiat, obiectivele cercetării s-au abătut încet din procesul de descoperire și spre caracterizare.
Din păcate, oamenii de știință sunt încă plâns de faptul că ceea ce considerăm a fi o „zonă locuibilă” este supus multor presupuneri. În acest sens, o echipă internațională de cercetători a publicat recent o lucrare în care au indicat modul în care sondajele exoplanetare viitoare ar putea privi dincolo de exemplele analogice ale Pământului ca indicii ale locuinței și să adopte o abordare mai cuprinzătoare.
Lucrarea, intitulată „Previziunile zonei habitabile și modul de testare a acestora”, a apărut recent online și a fost trimisă ca o carte albă la Studiul Astro 2020 Decadal privind Astronomie și Astrofizică. Echipa din spatele ei a fost condusă de Ramses M. Ramirez, cercetător al Earth-Life Science Institute (ELSI) și Space Science Institute (SSI), căruia i s-au alăturat co-autori și co-semnatari din 23 de universități și instituții.
Scopul sondajului decadal este de a lua în considerare progresele înregistrate anterior în diferite domenii de cercetare și de a stabili prioritățile pentru următorul deceniu. Ca atare, sondajul oferă îndrumări cruciale NASA, Fundația Spațială Națională (NSF) și Departamentul Energiei, în timp ce își planifică obiectivele de cercetare în domeniul astronomiei și astrofizicii pentru viitor.
În prezent, multe dintre aceste obiective se concentrează pe studiul exoplanetelor, care vor beneficia în următorii ani de implementarea de telescoape de nouă generație, precum Telescopul spațial James Webb (JWST) și Telescop spațial infraroșu larg (WFIRST), precum și observatoare la sol, cum ar fi Telescopul extrem de mare (ELT), Telescopul de treizeci de metri și Telescopul gigant Magellan (GMT).
Una dintre prioritățile majore ale cercetării exoplanetelor este căutarea planetelor unde ar putea exista viață extraterestră. În acest sens, oamenii de știință desemnează planetele ca fiind „potențial-locuibile” (și, prin urmare, demne de observații de urmărire) pe baza dacă orbitează sau nu în zonele locuibile ale stelelor lor (HZ). Din acest motiv, este prudent să aruncăm o privire la ceea ce intră în definirea unui HZ.
Așa cum Ramirez și colegii săi au indicat în lucrarea lor, una dintre problemele majore legate de locuința exoplanetelor este nivelul ipotezelor făcute. Pentru a o descompune, majoritatea definițiilor HZ-urilor presupun prezența apei la suprafață, deoarece acesta este singurul solvent cunoscut în prezent de viața gazdă. Aceeași definiții presupun că viața necesită o planetă stâncoasă cu activitate tectonică orbitând pe o stea luminosă și caldă corespunzător.
Cu toate acestea, cercetările recente au pus la îndoială multe dintre aceste presupuneri. Aceasta include studii care indică modul în care oxigenul atmosferic nu înseamnă automat prezența vieții - mai ales dacă oxigenul este rezultatul disocierii chimice și nu al fotosintezei. Alte cercetări au arătat cum prezența gazelor de oxigen în primele perioade ale evoluției unei planete ar putea împiedica creșterea formelor de viață de bază.
De asemenea, au existat studii recente care au arătat cum este posibil ca tectonica plăcilor să nu fie necesară pentru ca viața să apară și că așa-numitele „lumi ale apei” nu pot fi capabile să susțină viața (dar încă ar putea). Pe lângă toate acestea, aveți lucrări teoretice care sugerează că viața ar putea evolua în mările de metan sau amoniac pe alte corpuri cerești.
Exemplul cheie aici este luna lui Saturn Titan, care se mândrește cu un mediu bogat în condiții prebiotice și chimie organică - despre care unii oameni de știință cred că ar putea susține forme de viață exotice. În cele din urmă, oamenii de știință caută biomarkeri cunoscuți precum apa și dioxidul de carbon, deoarece acestea sunt asociate cu viața de pe Pământ, singurul exemplu cunoscut al unei planete purtătoare de viață.
Dar, după cum a explicat Ramirez pentru Space Magazine prin e-mail, această mentalitate (în care analogii Pământului sunt considerați potriviți pentru viață) este încă plină de probleme:
„Definiția clasică a zonei locuibile este defectuoasă, deoarece construcția sa se bazează în principal pe argumente climatologice centrate pe Pământ, care pot fi sau nu aplicabile altor planete potențial locuibile. De exemplu, se presupune că atmosferele cu mai multe bare de CO2 pot fi suportate pe planete potențial locuibile în apropierea marginii exterioare a zonei locuibile. Cu toate acestea, nivelurile atât de ridicate de CO2 sunt toxice pentru plantele și animalele Pământului și, fără o mai bună înțelegere a limitelor vieții, nu știm cât de rezonabilă este această presupunere.
„HZ clasic presupune, de asemenea, că CO2 și H2O sunt principalele gaze cu efect de seră care susțin planete potențial locuibile, însă mai multe studii din ultimii ani au dezvoltat definiții alternative de HZ folosind combinații diferite de gaze cu efect de seră, inclusiv cele care, deși relativ mici pe Pământ, ar putea fi important pentru alte planete potențial locuibile. "
Într-un studiu anterior, dr. Ramirez a arătat cum poate prezenta prezența metanului și a gazului de hidrogen
Din fericire, aceste definiții vor avea posibilitatea de a fi testate, datorită desfășurării de telescoape de generație viitoare. Nu numai oamenii de știință vor putea testa unele dintre ipotezele de lungă durată pe care se bazează HZ-urile,
„Telescoapele de generație următoare ar putea testa zona locuibilă prin căutarea unei creșteri previzionate a presiunii atmosferice de CO2 mai departe de planetele potențial locuibile de la stelele lor. De asemenea, acest lucru ar testa dacă ciclul carbonat-silicat, care este ceea ce mulți cred că a ținut planeta noastră locuibilă pentru o mare parte din istoria sa, este un proces universal sau nu. "
În acest proces, rocile de silicat sunt transformate în roci de carbon prin intemperii și eroziune, în timp ce rocile de carbon sunt transformate în roci silicate prin activitate vulcanică și geologică. Acest ciclu asigură stabilitatea pe termen lung a atmosferei Pământului prin menținerea nivelului de CO2 constant în timp. De asemenea, ilustrează modul în care apa și tectonica plăcilor sunt esențiale pentru viață așa cum o cunoaștem.
Cu toate acestea, acest tip de ciclu poate exista doar pe planetele care au pământ, care reglementează în mod eficient „lumile apei”. Aceste exoplanete - care pot fi comune în jurul stelelor de tip M (pitic roșu) - se consideră a fi de până la 50% apă în masă. Cu această cantitate de apă pe suprafețele lor, „lumile apei” sunt susceptibile să aibă straturi dense de gheață la granița mânecii lor, împiedicând astfel activitatea hidrotermică.
Dar după cum s-a menționat deja, există unele cercetări care indică faptul că aceste planete ar putea fi încă locuibile. În timp ce abundența de apă ar împiedica absorbția dioxidului de carbon de către roci și ar suprima activitatea vulcanică, simulările au arătat că aceste planete ar putea totuși să cicleze carbonul între atmosferă și ocean, menținând astfel climatul stabil.
Dacă aceste tipuri de lumi oceanice ar exista, spune Dr. Ramirez, oamenii de știință ar putea să le detecteze prin densitatea planetară mai mică și prin atmosfera de înaltă presiune. Și atunci există problema diferitelor gaze cu efect de seră, care nu sunt întotdeauna un indiciu al atmosferelor planetare mai calde, în funcție de tipul de stea.
„Deși metanul ne încălzește planeta, am descoperit că metanul răcește de fapt suprafețele planetelor zonei locuibile care orbitează stele pitice roșii!” el a spus. „Dacă acesta este cazul, cantități mari de metan atmosferic pe astfel de planete ar putea însemna condiții înghețate care sunt poate inadecvate pentru viața de găzduire. Vom putea observa acest lucru în spectre planetare. ”
Vorbind de pitici roșii, dezbaterea se declanșează cu privire la dacă planetele care orbitează aceste stele ar fi capabile să mențină o atmosferă. În ultimii ani, au fost făcute multiple descoperiri care sugerează că planetele stâncoase, blocate în ordine, sunt comune în jurul stelelor pitice roșii și că acestea orbitează în interiorul HZ-urilor respective.
Cu toate acestea, cercetările ulterioare au consolidat teoria potrivit căreia instabilitatea stelelor pitice roșii ar duce probabil la apariții de raze solare care ar dezbrăca orice planete care le orbitează din atmosfera lor. În cele din urmă, Ramirez și colegii săi ridică posibilitatea ca planete locuibile să fie găsite orbitând ceea ce (până de curând) a fost considerat un candidat improbabil.
Acestea ar fi stele principale de tip A - cum ar fi Sirius A, Altair și Vega - despre care se crede că sunt prea luminoase și fierbinți pentru a fi potrivite pentru locuință. Dr. Ramirez a spus despre această posibilitate:
„De asemenea, mă interesează să aflu dacă există viață pe planetele zonelor locuibile care orbitează stele A. Nu au existat o mulțime de aprecieri publicate privind locuința planetară A-Star, dar unele arhitecturi de generație următoare intenționează să le observe. În curând vom afla mai multe despre potrivirea stelelor A pentru viață. ”
În cele din urmă, studii ca acesta, care pun sub semnul întrebării definiția „zone locuibile”, vor veni la îndemână atunci când misiunile de generație viitoare vor începe operațiunile științifice. Cu instrumentele lor de rezoluție mai înaltă și mai sensibile, vor putea testa și valida multe dintre predicțiile făcute de oamenii de știință.
Aceste teste vor confirma, de asemenea, dacă viața ar putea exista sau nu doar așa cum o cunoaștem sau dincolo de parametrii pe care îi considerăm „similari Pământului”. Dar, după cum a adăugat Ramirez, studiul realizat de el și colegii săi evidențiază și cât de important este faptul că continuăm să investim în tehnologia avansată a telescopului:
„Lucrarea noastră subliniază, de asemenea, importanța unei investiții continue în tehnologia avansată a telescopului. Trebuie să fim capabili să găsim și să caracterizăm cât mai multe planete zonale locuibile, dacă dorim să ne maximizăm șansele de a găsi viață. Totuși, sper că hârtia noastră îi inspiră pe oameni să viseze dincolo de următorii 10 ani. Chiar cred că în cele din urmă vor exista misiuni care vor fi mult mai capabile decât orice proiectăm în prezent. Eforturile noastre actuale sunt doar începutul unui efort mult mai angajat pentru specia noastră. ”
Reuniunea Sondajului Decadal 2020 este găzduită în comun de Consiliul de Fizică și Astronomie și Consiliul de Studii Spațiale al Academiei Naționale de Științe și va fi urmată de un raport care va fi lansat aproximativ doi ani de acum încolo.
