Kui otsitakse maailmu, mis toetaksid maapealset elu, tuginevad teadlased praegu „madala rippuva puuvilja” lähenemisviisile. Kuna me teame ainult ühte tingimuste komplekti, mille korral elu võib õitseda - s.t seda, mis meil siin Maa peal on -, on mõistlik otsida maailmu, kus on samad tingimused. Nende hulka kuulub asumine tähe asustatavas tsoonis, stabiilse atmosfääri olemasolu ja võime hoida pinnal vedelat vett.
Siiani on teadlased toetunud meetoditele, mis muudavad veeauru tuvastamise maapealsete planeetide atmosfääris väga keeruliseks. Kuid tänu NASA Goddardi kosmoseuuringute instituudi (GISS) Yuka Fujii juhitud uuele uuringule võib see muutuda. Kasutades uut kolmemõõtmelist mudelit, mis võtab arvesse globaalseid ringluse mustreid, näitab see uuring ka, et elamiskõlblikud eksoplaneedid võivad olla tavalisemad, kui me arvasime.
Uuring pealkirjaga “NIR-juhitud maapealsete maapealsete sünkroonselt pöörlevate sünkroonselt pöörlevate atmosfääri ülemiste atmosfääride ilmumine” ilmus hiljuti Astrofüüsikaline ajakiri. Lisaks dr Fujiile, kes on ka Tokyo tehnoloogiainstituudi maateaduste instituudi liige, kuulusid uurimisrühma Anthony D. Del Genio (GISS) ja David S. Amundsen (GISS ja Columbia ülikool).
Lihtsustatult öeldes on vedel vesi eluks hädavajalik, nagu me seda tunneme. Kui planeedil pole piisavalt sooja atmosfääri, et säilitada vedelikuvett oma pinnal piisava aja jooksul (miljardite aasta järjekorras), siis on ebatõenäoline, et elu suudab tekkida ja areneda. Kui planeet on tähest liiga kaugel, külmub selle pinnavesi; kui see on liiga lähedal, aurustub selle pinnavesi ja see läheb ruumi.
Kui varem on eksoplaneetide atmosfääris tuvastatud vett, siis kõigil juhtudel olid planeedid massiivsed gaasihiiglased, kes tiirlesid nende tähtede lähedale. (teise nimega “Kuumad Jupiterid”). Nagu Fujii ja tema kolleegid oma uuringus väidavad:
“Ehkki kuumade Jupiterite atmosfääris on tuvastatud H2O-signatuure, on molekulaarsignatuuride, sealhulgas H2O-de tuvastamine parasvöötme maapealsetel planeetidel väikese planeedi raadiuse ja väikese skaala kõrguse tõttu (madalama temperatuuri ja eeldatavasti suurema keskmise korral) eriti keeruline. molekulmass). ”
Maapealsete (s.o kiviste) eksoplaneetide osas olid varasemad uuringud sunnitud vee olemasolu arvutamiseks tuginema ühemõõtmelistele mudelitele. See koosnes vesinikukadude mõõtmisest, kus stratosfääri veeaur jaotati ultraviolettkiirguse mõjul vesinikuks ja hapnikuks. Mõõtes vesiniku kosmosesse kadumise kiirust, hindasid teadlased pinnal veel leiduva vedela vee kogust.
Nagu dr Fujii ja tema kolleegid selgitavad, tuginevad sellised mudelid mitmetele eeldustele, mida ei saa käsitleda, sealhulgas soojuse ja veeauru aurude globaalne transport, aga ka pilvede mõju. Põhimõtteliselt ennustasid varasemad mudelid, et veeauru jõudmiseks stratosfääri peaks nende eksoplaneetide pikaajaline pinnatemperatuur olema üle 66 ° C (150 ° F) kõrgem kui see, mida me siin Maa peal kogeme.
Need temperatuurid võivad tekitada pinnale võimsaid konvektiivseid torme. Need tormid ei saanud aga olla põhjuseks, miks vesi jõuab stratosfääri aeglaselt pöörlevate planeetide saabumisel niiskesse kasvuhoonesse - kus veeaur intensiivistab kuumust. On teada, et planeedid, mis tiirlevad lähedalt oma vanemate tähtede vahel, pöörlevad aeglaselt või on planeetidega loodetes lukustatud, muutes konvektiivsed tormid ebatõenäoliseks.
See juhtub üsna sageli maapealsete planeetide puhul, mis asuvad väikese massiga, ülilahedate, M-tüüpi (punase kääbuse) tähtede ümber. Nende planeetide jaoks tähendab nende lähedus vastuvõtva tähe lähedusse seda, et selle gravitatsiooniline mõju on piisavalt tugev, et nende pöörlemist aeglustada või täielikult peatada. Kui see juhtub, moodustuvad planeedi päevaossa paksud pilved, mis kaitsevad seda tähe suure osa valguse eest.
Töörühm leidis, et kuigi see võib hoida päevaäärt jahedana ja takistada veeauru tõusu, võib lähi-infrapunakiirguse (NIR) hulk anda piisavalt soojust, et põhjustada planeedi sisenemist niiskesse kasvuhoone seisundisse. See kehtib eriti M-tüüpi ja teiste lahedate kääbustähtede kohta, mis teatavasti annavad NIR-i viisil rohkem. Kuna see kiirgus soojendab pilvi, tõuseb veeaur stratosfääri.
Selle lahendamiseks tuginesid Fujii ja tema meeskond kolmemõõtmelistele üldtsirkulatsioonimudelitele (GCM), mis hõlmavad õhuringlust ja kliima heterogeensust. Oma mudeli huvides alustas meeskond planeediga, millel oli Maa-sarnane atmosfäär ja mis oli täielikult ookeanide poolt kaetud. See võimaldas meeskonnal selgelt näha, kuidas kauguse erinevused erinevat tüüpi tähtedest mõjutavad planeetide pindade tingimusi.
Need eeldused võimaldasid meeskonnal selgelt näha, kuidas orbitaalkauguse ja tähekiirguse tüübi muutmine mõjutas stratosfääri veeauru kogust. Nagu dr Fujii NASA pressiteates selgitas:
„Kasutades atmosfääriolusid realistlikumalt jäljendavat mudelit, avastasime uue protsessi, mis kontrollib eksoplaneetide elamiskõlblikkust ja juhendab meid edasisteks uuringuteks vajalike kandidaatide kindlakstegemisel ... Leidsime tähe kiirguse tüübi ja selle mõju olulist rolli. on eksoplaneedi atmosfääri ringluses niiske kasvuhoone oleku kujundamisel. ”
Lõpuks näitas meeskonna uus mudel, et kuna väikese massiga tähed kiirgavad suurema osa oma valgusest NIR-lainepikkustel, põhjustab nende lähedale tiirlevate planeetide niiske kasvuhooneseisund. Selle tulemuseks oleksid tingimused nende pinnal, mis oleks võrreldav Maa troopikas kogetuga, kus kuuma ja kuiva asemel on kuum ja niiske.
Veelgi enam, nende mudel näitas, et NIR-juhitud protsessid suurendasid stratosfääris niiskust järk-järgult, kuni punktini, et nende tähtedele lähemal tiirlevad eksoplaneedid võivad jääda elamiskõlblikuks. See uus lähenemisviis võimaliku elamiskõlblikkuse hindamiseks võimaldab astronoomidel simuleerida planeedi atmosfääri ringlust ja selle ringluse eripära, mis on ühemõõtmeliste mudelite abil teostamata.
Tulevikus plaanib meeskond hinnata, kuidas planeedi omaduste muutused - näiteks raskusjõud, suurus, atmosfääri koostis ja pinnarõhk - võivad mõjutada veeauru ringlust ja asustatavust. See võimaldab koos nende kolmemõõtmelise mudeliga, mis võtab arvesse planeetide ringluse mustreid, võimaldada astronoomidel määrata kaugemate planeetide võimalikku asustatavust suurema täpsusega. Nagu Anthony Del Genio märkis:
„Kuni me teame tähe temperatuuri, võime hinnata, kas nende tähtede lähedal asuvatel planeetidel on potentsiaal olla niiskes kasvuhoones. Praegune tehnoloogia lükatakse piirini, et eksoplaneedi atmosfääris tuvastada väikeses koguses veeauru. Kui avastamiseks on piisavalt vett, tähendab see tõenäoliselt seda, et planeet on niiskes kasvuhoones. "
Lisaks astronoomidele terviklikuma meetodi pakkumisele eksoplaneedi elamiskõlblikkuse määramiseks, on see uuring hea uudis ka eksoplaneetide jahimeestele, kes loodavad leida M-tüüpi tähtede ümber elamiskõlblikke planeete. Madala massiga, ülilahedad, M-tüüpi tähed on Universumi kõige tavalisemad tähed, moodustades umbes 75% kõigist Linnutee tähtedest. Teadmine, et nad saaksid elamiskõlblikke eksoplaneete toetada, suurendab nende leidmise tõenäosust märkimisväärselt.
Lisaks on see uuring VÄGA hea uudis, arvestades hiljutist uurimistöö ulatust, mis on tekitanud tõsiseid kahtlusi M-tüüpi tähtede võimes võõrustada elamiskõlblikke planeete. See uuring viidi läbi vastusena paljudele maapealsetele planeetidele, mis on viimastel aastatel avastatud läheduses asuvate punaste kääbuste ümber. Mida nad paljastasid, oli see, et üldiselt kogevad punased kääbustähed liiga palju põlemist ja võivad nende atmosfääri ümbritsevad planeedid ära võtta.
Nende hulgas on 7-planeediline süsteem TRAPPIST-1 (millest kolm asuvad tähe asustatavas tsoonis) ja Päikesesüsteemile lähim eksoplaneet Proxima b. M-tüüpi tähtede ümber avastatud maakera sarnaste planeetide arv ja selle tähe loomuliku pikaealisuse klass on ajendanud paljusid astrofüüsikakogukonnas leidma, et punased kääbustähed võivad olla kõige tõenäolisem koht elamiskõlblike eksoplaneetide leidmiseks.
Selle värskeima uuringuga, mis näitab, et need planeedid võiksid elada, näib, et pall on tegelikult nende väljakul tagasi!
