Tulevikku vaadates on NASA-l ja teistel kosmoseagentuuridel suured päikeseliste planeetide uuringute lootused. Viimase kümnendi jooksul on teadaolevate eksoplaneetide arv jõudnud häbelikult 4000-ni ja kui järgmise põlvkonna teleskoobid kasutusele võetakse, leitakse neid tõenäoliselt veel palju. Ja nii paljude eksoplaneetide uurimisel on teaduse eesmärgid aeglaselt eemaldunud avastamisprotsessist ja iseloomustamise poole.
Kahjuks vaevavad teadlasi endiselt tõsiasi, et sellele, mida peame „elamiskõlblikuks tsooniks”, on tehtud palju eeldusi. Sellega seoses avaldas rahvusvaheline teadlaste töörühm hiljuti paberi, milles nad osutasid, kuidas tulevased eksoplaneetide uuringud võiksid vaadata Maa analoogilistest näidetest kaugemale kui asustatavuse näitajaid, ja võtta kasutusele põhjalikum lähenemisviis.
Paber pealkirjaga “Habitable Zone ennustused ja kuidas neid testida” ilmus hiljuti veebis ja see edastati valge paberina Astro 2020 aastakümnete astronoomia ja astrofüüsika uuringule. Selle taga olnud meeskonda juhtis Maa-Elu Teaduse Instituudi (ELSI) ja Kosmoseteaduse Instituudi (SSI) teadur Ramses M. Ramirez, kellega liitusid kaasautorid ja kaasallkirjastajad 23 ülikoolist ja asutusest.
Dekadaalse uuringu eesmärk on kaaluda erinevates uurimisvaldkondades varem tehtud edusamme ja seada prioriteedid järgmiseks kümnendiks. Sellisena annab uuring olulisi juhiseid NASA-le, Riiklikule Kosmosefondile (NSF) ja energeetikaosakonnale, kui nad kavandavad oma astronoomia ja astrofüüsika teadusuuringute eesmärke tulevikus.
Praegu keskenduvad paljud neist eesmärkidest eksoplaneetide uurimisele, mis on lähiaastatel kasuks järgmise põlvkonna teleskoopide, näiteks James Webbi kosmoseteleskoop (JWST) ja Laivälja infrapuna kosmoseteleskoop (WFIRST), samuti maapealsed vaatluskeskused nagu Äärmiselt Suur Teleskoop (ELT), Kolmekümnemeetrine teleskoop ja Hiiglasliku Magellani teleskoop (GMT).
Eksoplaneetide uurimise üks olulisemaid prioriteete on planeetide otsimine, kus maakeraväline elu võiks eksisteerida. Sellega seoses määravad teadlased planeedid potentsiaalselt elamiskõlblikeks (ja seetõttu väärivad järelmeetmeid) lähtuvalt sellest, kas nad tiirlevad oma tähtede asustamistsoonides (HZ) või mitte. Sel põhjusel on mõistlik heita pilk HZ määratlemisele.
Nagu Ramirez ja tema kolleegid oma paberis märkisid, on eksoplaneedi planeeritavuse üks peamisi probleeme tehtud eelduste tase. Selle lagundamiseks eeldatakse enamikes HZ-de määratlustes vee olemasolu pinnal, kuna see on ainus lahusti, mida teadaolevalt peremeesorganismid elavad. Need samad määratlused eeldavad, et elu eeldab tektoonilise aktiivsusega kivist planeeti, mis tiirleb sobivalt heleda ja sooja tähe ümber.
Hiljutised uuringud on aga paljude nende eelduste osas kahtluse alla seadnud. See hõlmab uuringuid, mis näitavad, kuidas atmosfääri hapnik ei tähenda automaatselt elu olemasolu - eriti kui see hapnik on keemilise dissotsiatsiooni, mitte fotosünteesi tulemus. Muud uuringud on näidanud, kuidas hapniku gaasi olemasolu planeedi arengu varajastel perioodidel võiks ära hoida põhiliste eluvormide tõusu.
Samuti on hiljuti avaldatud uuringuid, mis on näidanud, kuidas plaaditektoonika ei pruugi eluks vajalikuks osutuda ja et nn veemaailmad ei pruugi elu toetada (kuid võiksid siiski). Lisaks on teil teoreetilisi töid, mis viitavad sellele, et elu võiks areneda metaani või ammoniaagi meredel teistes taevakehades.
Selle peamine näide on Saturni kuu Titan, mis uhkeldab keskkonda, milles on rikkalikult prebiootilisi tingimusi ja orgaanilist keemiat - mida mõned teadlased võiksid eksootiliste eluvormide jaoks toetada. Lõpuks otsivad teadlased teadaolevaid biomarkereid nagu vesi ja süsinikdioksiid, kuna neid seostatakse eluga Maal, mis on ainus teadaolev näide elu kandvast planeedist.
Kuid nagu Ramirez selgitas ajakirjale Space Magazine, on selle mõtteviisiga (kus Maa analooge peetakse eluks sobivaks) endiselt probleeme:
„Klassikaline asustatava tsooni määratlus on puudulik, kuna selle rajamine põhineb peamiselt maakesksetel klimatoloogilistel argumentidel, mis võivad olla või mitte olla rakendatavad teistele potentsiaalselt asustatavatele planeetidele. Näiteks eeldatakse, et mitme ribaga CO2 atmosfääri saab toetada potentsiaalselt asustatavatel planeetidel, mis asuvad asustatava tsooni välisserva lähedal. Kuid nii kõrge süsinikdioksiidi tase on Maa taimedele ja loomadele mürgine ning seega ei saa me elupiiride parema mõistmiseta teada, kui mõistlik see eeldus on.
„Klassikalises HZ-s eeldatakse ka, et CO2 ja H2O on peamised kasvuhoonegaasid, mis võimaldavad elamiskõlblikke planeete säilitada, kuid viimaste aastate mitmetes uuringutes on välja töötatud alternatiivsed HZ-määratlused, milles kasutatakse erinevaid kasvuhoonegaaside kombinatsioone, sealhulgas selliseid, mis, ehkki Maal on suhteliselt väikesed, võiksid olla oluline teiste potentsiaalselt asustatavate planeetide jaoks. ”
Ühes varasemas uuringus näitas dr Ramirez, kuidas võib põhjustada ka metaani ja vesiniku olemasolu
Õnneks on tänu uue põlvkonna teleskoopide kasutuselevõtmisele võimalus neid määratlusi testida. Teadlased saavad mitte ainult katsetada mõnda pikaajalist oletust, millel HZ põhinevad,
Järgmise põlvkonna teleskoobid saaksid elamiskõlblikku tsooni testida, otsides atmosfääri CO2 rõhu prognoositavat tõusu, seda kaugemal, kui potentsiaalselt elavad planeedid asuvad nende tähtedest. See prooviks ka seda, kas karbonaat-silikaattsükkel, mis paljude arvates on meie planeedi suure osa ajaloo jooksul elamiskõlblikuks hoidnud, on universaalne protsess või mitte. "
Selle protsessi käigus muundatakse silikaatkivimid ilmastiku ja erosiooni kaudu süsinikkivimiteks, vulkaanilise ja geoloogilise aktiivsuse kaudu aga süsinikkivimid silikaatkivimiteks. See tsükkel tagab Maa atmosfääri pikaajalise stabiilsuse, hoides CO2 taset aja jooksul ühtlasena. See illustreerib ka seda, kuidas vesi ja plaaditektoonika on eluks olulised, nagu me seda tunneme.
Seda tüüpi tsüklid võivad eksisteerida ainult maa peal asuvatel planeetidel, mis välistab tõhusalt “veemaailmad”. Arvatakse, et need eksoplaneedid - mis võivad olla tavalised M-tüüpi (punase kääbuse) tähtede ümber - moodustavad massist kuni 50% vett. Sellise veekogusega nende pinnal on „veemaailmadel” nende südamikuvaiba piiril tõenäoliselt tihedad jääkihid, takistades sellega hüdrotermilist aktiivsust.
Kuid nagu juba märgitud, on mõned uuringud näidanud, et need planeedid võiksid siiski elada. Kuigi vee rohkus takistaks kivimite süsinikdioksiidi imendumist ja pärsiks vulkaanilist aktiivsust, on simulatsioonid näidanud, et need planeedid võisid atmosfääri ja ookeani vahel ikkagi süsinikku tsirkuleerida, hoides kliima stabiilsena.
Kui seda tüüpi ookeanimaailmad eksisteerivad, väidavad dr Ramirez, teadlased, et teadlased saaksid neid tuvastada madalama planeeditiheduse ja kõrgrõhu atmosfääri kaudu. Ja siis on küsimus mitmesugustest kasvuhoonegaasidest, mis olenevalt tähe tüübist ei ole alati märke soojemast planeedi atmosfäärist.
"Kuigi metaan soojendab meie planeeti, leidsime, et metaan jahutab tegelikult punaste kääbustähtede ümber tiirlevate asustatavate tsoonide planeetide pindu!" ta ütles. „Kui see on nii, võivad kõrged atmosfääri metaanikogused sellistel planeetidel tähendada külmunud olusid, mis on võib-olla eluks sobimatud. Me saame seda planeetide spektrites jälgida. ”
Rääkides punastest kääbustest, arutleb küsimus, kas planeete, mis neid tähti tiirlevad, on võimalik atmosfääri säilitada. Viimase paari aasta jooksul on tehtud mitmeid avastusi, mis viitavad sellele, et kivised, loodete poolt lukustatud planeedid on punaste kääbustähtede ümber tavalised ja nad tiirlevad oma tähtede vastavates HZ-des.
Järgnevad uuringud on aga tugevdanud teooriat, mille kohaselt punaste kääbustähtede ebastabiilsus põhjustaks tõenäoliselt päikesekiirguse, mis eemaldaks kõik nende atmosfäärist tiirlevad planeedid. Lõpuks tõstatavad Ramirez ja tema kolleegid võimaluse, et orbiidil võiks leida elamiskõlblikke planeete, mida (kuni viimase ajani) on peetud ebatõenäoliseks kandidaadiks.
Need oleksid peamised A-tüüpi tähed - nagu Sirius A, Altair ja Vega -, mis arvati olevat liiga heledad ja kuumad, et sobivad elamiskõlblikuks. Dr Ramirez ütles sellest võimalusest:
„Samuti on mul huvitav teada saada, kas elu eksisteerib A-tähte tiirlevatel asustatavatel tsoonplaneetidel. A-tähe planeetide asustatavuse kohta pole palju avaldatud, kuid mõned järgmise põlvkonna arhitektuurid plaanivad neid jälgida. Saame peagi teada rohkem A-tähtede sobivusest eluks. ”
Lõppkokkuvõttes tulevad sellised uuringud, mis seavad kahtluse alla „elamiskõlbliku tsooni” määratluse, kasuks, kui järgmise põlvkonna missioonid alustavad teadustegevust. Suurema eraldusvõimega ja tundlikumate instrumentidega saavad nad testida ja kinnitada paljusid teadlaste ennustusi.
Need testid kinnitavad ka seda, kas elu võis eksisteerida seal ainult siis, kui me seda teame, või ka väljaspool parameetreid, mida peame „Maa-sarnaseks”. Kuid nagu Ramirez lisas, tõi tema ja ta kolleegide läbi viidud uuring ka välja, kui oluline on jätkata investeerimist täiustatud teleskoobi tehnoloogiasse:
„Meie töö rõhutab ka jätkuvate investeeringute tähtsust arenenud teleskoobi tehnoloogiasse. Peame suutma leida ja iseloomustada võimalikult palju asustatavaid vööndiplaneete, kui tahame oma eluvõimalusi maksimeerida. Kuid loodan ka, et meie paber inspireerib inimesi unistama kaugemale vaid järgnevast 10 aastast. Usun tõesti, et lõpuks tuleb missioone, mis on palju võimekamad kui miski, mida praegu kavandame. Meie praegused jõupingutused on alles algus paljudele pühendunud püüdlustele meie liikide vastu. ”
2020. aasta kümneaastase uuringu koosolekut korraldavad füüsika ja astronoomia juhatus ning Riikliku Teaduste Akadeemia kosmoseuuringute nõukogu ning sellele järgneb raport, mis avaldatakse umbes kahe aasta pärast.
