Када је у питању тражење света који би могли да подрже ванземаљски живот, научници се тренутно ослањају на приступ „воћа са малим виском“. Будући да знамо само за један низ услова под којима живот може напредовати - тј. Оно што имамо овде на Земљи - има смисла тражити светове који имају исте услове. Они укључују да се налазе унутар зоне за становање звезде, да имају стабилну атмосферу и да могу да одржавају течну воду на површини.
До сада су се научници ослањали на методе које отежавају откривање водене паре у атмосфери земаљских планета. Али захваљујући новој студији коју је водио Иука Фујии из НАСА-иног Института Годдард за свемирске студије (ГИСС), то ће се можда ускоро променити. Користећи нови тродимензионални модел који узима у обзир обрасце глобалне циркулације, ово истраживање такође указује да су егзопланети који се могу становати можда чешћи него што смо мислили.
Студија под називом „Ниртачке горње атмосфере вођене НИР-ом синхроно ротирајућих умерених земаљских егзопланета“ недавно се појавила у Тхе Астропхисицал Јоурнал. Поред др Фујиија, који је такође члан Института за знаност о Земљи-живот на Токијском технолошком институту, у истраживачком тиму су били и Антхони Д. Дел Генио (ГИСС) и Давид С. Амундсен (ГИСС и Универзитет Цолумбиа).
Једноставно речено, течна вода је од суштинског значаја за живот какав знамо. Ако планета нема довољно топлу атмосферу да одржава течну воду на својој површини довољно времена (поредак милијарди година), онда је мало вероватно да ће живот моћи да настане и еволуира. Ако је планета предалеко од своје звезде, њена површинска вода ће се смрзнути; ако је преблизу, њена површинска вода ће испаравати и изгубити се у простору.
Док је вода раније откривена у атмосфери егзопланета, у свим случајевима планете су биле огромни гасни дивови који су орбитали врло блиско својим звездама. (ака. "Хот Јупитерс"). Како Фујии и њене колеге наводе у својој студији:
„Иако су откривени потписи Х2О у атмосфери врућих Јупитера, детектовање молекуларних потписа, укључујући Х2О, на умереним земаљским планетима је изузетно изазовно, због малог планетарног радијуса и мале висине скале (због ниже температуре и вероватно већег просека молекуларна тежина)."
Када је у питању земаљска (тј. Стеновита) егзопланета, претходна истраживања су била приморана да се ослањају на једнодимензионалне моделе да би израчунали присуство воде. То се састојало од мерења губитка водоника, где се водена пара у стратосфери разлаже на водоник и кисеоник излагањем ултраљубичастом зрачењу. Мерењем брзине којом се водоник губи у простору, научници би проценили количину течне воде која је још присутна на површини.
Међутим, како објашњавају др. Фујии и њене колеге, такви се модели ослањају на неколико претпоставки које се не могу ријешити, а које укључују глобални транспорт топлине и водене паре, као и ефекте облака. У основи, претходни модели су предвиђали да ће за постизање водене паре у стратосфери дугорочне површинске температуре на тим егзопланетима морати бити више од 66 ° Ц (150 ° Ф) више од онога што доживљавамо овде на Земљи.
Ове температуре би могле створити снажне конвективне олује на површини. Међутим, ове олује не могу бити разлог што вода допире до стратосфере када је ријеч о полако ротирајућим планетима који улазе у влажно стакленичко стање - гдје водена пара појачава топлину. Познато је да планете које орбитирају блиско својим матичним звијездама или имају лагану ротацију или да буду добро закључане својим планетама, па чине конвективне олује мало вјероватним.
То се догађа често код земаљских планета које су смештене око звезда ниске масе, ултра цоол, типа М (црвени патуљак). За ове планете њихова близина звезди домаћина значи да ће гравитациони утицај бити довољно јак да успори или потпуно заустави њихову ротацију. Када се то догоди, на дну планете формирају се густи облаци који га штите од већег дела звезде.
Тим је открио да, иако би ово могло одржати хладан дан и спречити пораст водене паре, количина близу инфрацрвеног зрачења (НИР) могла би да обезбеди довољно топлоте да планета уђе у влажно стакленичко стање. Ово се посебно односи на М-тип и друге хладне патуљасте звезде, за које се зна да производе више на путу НИР-а. Како ово зрачење загрева облаке, водена пара ће порасти у стратосфери.
Да би се позабавили овим проблемом, Фујии и њен тим ослањали су се на тродимензионалне моделе опште циркулације (ГЦМ) који укључују атмосферску циркулацију и климатску хетерогеност. Ради свог модела, тим је започео са планетом која је имала атмосферу налик Земљи и која је у потпуности прекривена океанима. То је омогућило тиму да јасно види како варијације удаљености од различитих врста звезда утичу на услове на површинама планета.
Ове претпоставке омогућиле су тиму да јасно види како промена орбиталне удаљености и врсте звјезданог зрачења утиче на количину водене паре у стратосфери. Као што је др Фујии објаснио у НАСА-ином саопћењу за јавност:
„Користећи модел који реалније симулира атмосферске услове, открили смо нови процес који контролише животну способност егзопланета и усмерава нас у идентификовању кандидата за даље истраживање… Пронашли смо важну улогу за врсту зрачења коју звезда емитује и утицај који делује има атмосферску циркулацију егзопланете у стварању влажног стакленичког стања. "
На крају, нови модел тима показао је да будући да звезда мале масе емитује највећи део своје светлости на таласним дужинама НИР-а, влажно стакленичко стање резултираће да планете орбитују блиско њима. То би резултирало условима на њиховим површинама упоредивим са оним што Земља доживљава у тропима, где су услови врући и влажни, уместо топлих и сувих.
Штавише, њихов модел је указивао да процеси вођени НИР-ом постепено повећавају влагу у стратосфери до тачке да егзопланете који орбитирају ближе својим звездама могу остати усељиви. Овај нови приступ процјени потенцијалне погодности становања омогућиће астрономима да симулирају циркулацију планетарне атмосфере и посебне карактеристике те циркулације, што је нешто што једнодимензионални модели не могу учинити.
У будућности, тим планира да процени како варијације у планетарним карактеристикама - попут гравитације, величине, атмосферског састава и површинског притиска - могу утицати на циркулацију водене паре и погодност за становање. То ће, заједно са њиховим тродимензионалним моделом који узима у обзир обрасце планетарне циркулације, омогућити астрономима да с већом тачношћу утврде потенцијално искоришћење удаљених планета. Као што је Антхони Дел Генио назначио:
„Све док знамо температуру звезде, можемо проценити да ли планете блиске њиховим звездама могу бити у стању влажног стакленика. Тренутна технологија ће бити гурнута до крајњих граница да открије мале количине водене паре у атмосфери егзопланете. Ако има довољно воде да се открије, то вероватно значи да је планета у влажном стакленичком стању. "
Осим што астрономима нуди свеобухватнију методу за одређивање животне навике егзопланета, ово истраживање је такође добра вест за ловце на егзопланете који се надају да ће моћи да пронађу насељене планете око звезда М-типа. Звезде малог типа, ултра-цоол, типа М су најчешћа звезда у Универзуму, а чине око 75% свих звезда у Млечном путу. Знање да би могле да подрже животне егзопланете увелике повећава изгледе за проналазак.
Поред тога, ова студија је ВЕЛИКО добра вест с обзиром на недавно истраживање које је довело у озбиљну сумњу способност звезда типа М да угостите планете настањене. Ово истраживање је спроведено као одговор на многе земаљске планете које су последњих година откривене око оближњих црвених патуљака. Оно што су открили је да, уопште, звезде црвених патуљака доживљавају превише бљеска и могу да скину своје планете са своје атмосфере.
Ту спадају систем планета ТРАППИСТ-1 са 7 планета (од којих су три смештена у зони станишта звезде) и најближа егзопланета Сунчевом систему, Прокима б. Огроман број планета сличних Земљи откривен око звезда типа М, у комбинацији са природном дуговјечношћу ове класе, натерао је многе у астрофизичкој заједници да се упусте у то да би црвене патуљасте звезде могле бити највеће место за проналазак животних егзопланета.
Са овом последњом студијом, која показује да би ове планете могле да буду усељиве, изгледа да се лопта ефективно враћа у њихов суд!
