Huolimatta tuhansista eksoplaneetoista, jotka tähtitieteilijät ovat löytäneet viime vuosina, on suuri haaste päättää, onko jokin niistä asuttava vai ei. Koska emme voi tutkia näitä planeettoja suoraan, tutkijat pakotetaan etsimään epäsuoria indikaatioita. Näitä kutsutaan biosignaateiksi, jotka koostuvat kemiallisista sivutuotteista, jotka yhdistämme orgaaniseen elämään, joka näkyy planeetan ilmakehässä.
NASA: n tutkijoiden ryhmän uusi tutkimus ehdottaa uutta menetelmää potentiaalisten elämän merkkien etsimiseksi aurinkokunnan ulkopuolella. Tärkeintä on, että he suosittelevat hyödyntämään viileiden, nuorten kääpiötähteiden usein esiintyviä myrskyjä. Nämä myrskyt räjäyttävät valtavia tähtimateriaalien ja säteilyn pilviä avaruuteen vuorovaikutuksessa eksoplaneetan ilmakehän kanssa ja tuottaen havaittavissa olevia biosignaaleja.
Tutkimus, jonka otsikko on ”Elämän ilmakehän valonheittimet eksoplaneetoista ympärillä G ja K-tähdet”, ilmestyi äskettäin Luonnontieteelliset raportit. NASA: n Goddard-avaruuslentokeskuksen Heliophysics Science Divisionin (HSD) vanhemman astrofysiikan johtajan Vladimir S. Airapetianin johtamassa ryhmässä oli jäseniä NASA: n Langleyn tutkimuskeskuksesta, Science Systems and Applications Incorporated (SSAI): sta ja Amerikan yliopistosta. .
Perinteisesti tutkijat ovat etsineet hapen ja metaanin merkkejä eksoplaneetta-ilmakehässä, koska nämä ovat orgaanisten prosessien tunnettuja sivutuotteita. Ajan myötä nämä kaasut kertyvät, saavuttaen määrät, jotka voitiin havaita spektroskopialla. Tämä lähestymistapa on kuitenkin aikaa vievä ja vaatii, että tähtitieteilijät viettävät päiviä yrittäessään tarkkailla kaukana olevan planeetan spektriä.
Mutta Airapetianin ja hänen kollegoidensa mukaan on mahdollista etsiä karkeampia allekirjoituksia mahdollisesti asuttavissa maailmoissa. Tämä lähestymistapa tukeutuisi olemassa olevaan tekniikkaan ja resursseihin ja vie huomattavasti vähemmän aikaa. Kuten Airapetian selitti NASA: n lehdistötiedotteessa:
”Etsimme molekyylejä, jotka ovat muodostuneet elämän perusedellytyksistä - erityisesti molekyylityppeä, joka on 78 prosenttia ilmakehästämme. Nämä ovat emäksisiä molekyylejä, jotka ovat biologisesti ystävällisiä ja joilla on voimakas infrapunasäteilyteho, mikä lisää mahdollisuuksiamme havaita ne. "
Käyttäessään elämää maapallolla mallina, Airapetian ja hänen tiiminsä suunnittelivat uuden menetelmän, jolla etsitään tai merkkejä vesihöyryn, typen ja happikaasun sivutuotteista eksoplaneettojen ilmakehissä. Todellinen temppu on kuitenkin hyödyntää sellaisia äärimmäisiä avaruussäätapahtumia, joita tapahtuu aktiivisilla kääpiötähteillä. Nämä tapahtumat, jotka altistavat planeettaympäristön säteilypurskeille, aiheuttavat kemiallisia reaktioita, joita tähtitieteilijät voivat valita.
G-tyyppisen keltaisen kääpiön kaltaisten aurinkomme tähtien suhteen tällaiset säätapahtumat ovat yleisiä, kun ne ovat vielä nuoria. Muiden keltaisten ja oranssien tähtien tiedetään kuitenkin pysyvän aktiivisina miljardeja vuosia tuottaen energisten, varautuneiden hiukkasten myrskyjä. Ja M-tyypin (punainen kääpiö) tähdet, yleisimpiä tyyppejä maailmankaikkeudessa, pysyvät aktiivisina koko pitkän käyttöiänsä ajan, altistaen ajoittain planeettaansa mini-soihdut.
Kun nämä saavuttavat eksoplaneetan, ne reagoivat ilmakehän kanssa ja aiheuttavat typen (N2) ja hapen (O2) kaasun kemiallisen dissosioitumisen yhdeksi atomiksi ja vesihöyryn vetyksi ja happeksi. Hajotetut typpi- ja happiatomit aiheuttavat sitten kaskadin kemiallisia reaktioita, jotka tuottavat hydroksyyliä (OH), enemmän molekyylin happea (O) ja typpioksidia (NO) - mitä tutkijat kutsuvat ”ilmakehän majakoiksi”.
Kun tähtivalo osuu planeetan ilmakehään, nämä majakkamolekyylit absorboivat energiaa ja lähettävät infrapunasäteilyä. Tutkimalla tämän säteilyn erityisiä aallonpituuksia tutkijat pystyvät määrittämään, mitä kemiallisia alkuaineita on läsnä. Näiden elementtien signaalinvoimakkuus on myös osoitus ilmakehän paineesta. Yhdessä nämä lukemat antavat tutkijoille mahdollisuuden määrittää ilmakehän tiheys ja koostumus.
Vuosikymmenien ajan tähtitieteilijät ovat myös käyttäneet mallia laskeakseen kuinka otsoni (O³) muodostuu maan ilmakehässä hapesta, joka altistuu auringonsäteilylle. Airapetian ja hänen kollegansa käyttivät samaa mallia ja pariliitos sen avaruussääolosuhteisiin, joita odotetaan viileiltä, aktiivisilta tähtiiltä, yrittivät laskea, kuinka paljon typpioksidia ja hydroksyyliä muodostuisi maapallomaisessa ilmakehässä ja kuinka paljon otsonia tuhoutuisi. .
Tämän saavuttamiseksi he käyttivät tietoja NASA: n termosfäärin ionosfäärin mesosfäärisen energian dynamiikan (TIMED) tehtävästä, joka on jo vuosien ajan tutkinut majakojen muodostumista maan ilmakehässä. Erityisesti he käyttivät tietoja sen ilmakehän kuulostamisesta käyttämällä laajakaistaisen säteilyn säteilymittaria (SABRE), joka antoi heidän simuloida kuinka näiden majakojen infrapunahavainnot saattavat näkyä eksoplaneetanin ilmakehässä.
Kuten Martin Mlynczak, SABER: n avustava tutkija NASA: n Langleyn tutkimuskeskuksessa ja tutkimuksen kirjoittaja, ilmoitti:
”Kun otetaan huomioon mitä tiedämme maan ilmakehän lähettämästä infrapunasäteilystä, ajatuksena on katsoa eksoplaneetteja ja nähdä, millaisia signaaleja voimme havaita. Jos löydämme eksoplaneetan signaaleja melkein samassa suhteessa kuin maan, voimme sanoa, että planeetta on hyvä ehdokas elämän järjestämiseen. "
He havaitsivat, että voimakkaiden tähtimyrskyjen taajuus oli suoraan yhteydessä ilmakehän majakoista tulevien lämmösignaalien voimakkuuteen. Mitä enemmän myrskyjä esiintyy, sitä enemmän majakkamolekyylejä syntyy, jotka tuottavat riittävän voimakkaan signaalin, jotta niitä voidaan tarkkailla maapallolta avaruusteleskoopilla, ja jotka perustuvat vain kahden tunnin havaintoaikaan.
He havaitsivat myös, että tällainen menetelmä voi kitkata eksoplaneettoja, joilla ei ole maapallomaista magneettikenttää, jotka ovat luonnossa vuorovaikutuksessa Auringon latautuneiden hiukkasten kanssa. Tällaisen kentän läsnäolo varmistaa sen, että planeetan ilmapiiriä ei poisteta, ja siksi se on välttämätöntä asettamiselle. Kuten Airapetian selitti:
”Planeetta tarvitsee magneettikentän, joka suojaa ilmakehää ja suojaa planeettaa tähtimyrskyiltä ja säteilyltä. Jos tähtituulet eivät ole niin äärimmäisiä, että ne puristavat eksoplaneetan magneettikentän lähellä pintaa, magneettikenttä estää ilmakehän poistumisen, joten ilmakehässä on enemmän hiukkasia ja voimakkaampi tuloksena oleva infrapunasignaali. "
Tämä uusi malli on merkittävä monista syistä. Toisaalta se osoittaa, kuinka tutkimusta, joka on mahdollistanut yksityiskohtaisen tutkimuksen maan ilmakehästä ja miten se on vuorovaikutuksessa avaruussään kanssa, viedään nyt eksoplaneettojen tutkimukseen. Se on myös jännittävä, koska se voisi mahdollistaa uusien tutkimusten eksoplaneettojen asumiskelpoisuudesta tiettyjen tähtiluokkien ympärillä - monen tyyppisistä keltaisista ja oranssista tähtiä viileisiin, punaisiin kääpiötähtiin.
Punaiset kääpiöt ovat yleisimpiä tähtilajeja maailmankaikkeudessa, ja niiden osuus spiraaligalaksekseista on 70% ja elliptisissä galakseissa 90%. Lisäksi viimeaikaisten löytöjen perusteella tähtitieteilijät arvioivat, että punaisilla kääpiötähteillä on hyvin todennäköisesti kivisiä planeettoja. Tutkimusryhmä ennakoi myös, että seuraavan sukupolven avaruusinstrumentit, kuten James Webbin avaruusteleskooppi, lisäävät todennäköisyyttä löytää asuttavia planeettoja tämän mallin avulla.
Kuten William Danchi, Goddard-vanhempi astrofysiikko ja tutkimuksen yhteiskirjailija, sanoi:
”Uudet käsitykset eksoplaneettojen mahdollisista elämämahdollisuuksista riippuvat kriittisesti monitieteisestä tutkimuksesta, jossa hyödynnetään tietoja, malleja ja tekniikoita NASA Goddardin neljästä tiedejaosta: heliofysiikka, astrofysiikka, planeetta- ja maatieteet. Tämä seos tuottaa ainutlaatuisia ja tehokkaita uusia reittejä eksoplaneettojen tutkimukseen. ”
Siihen saakka, kunnes pystymme tutkimaan eksoplaneetteja suoraan, mikä tahansa kehitys, joka tekee biosignaaureista havaittavissa ja helpommin havaittavissa, on uskomattoman arvokasta. Tulevina vuosina Project Blue ja Breakthrough Starshot toivovat suorittavansa ensimmäiset suorat tutkimukset Alpha Centauri -järjestelmästä. Mutta sillä välin, parannetut mallit, joiden avulla voimme tutkia lukemattomia muita tähtiä mahdollisesti asuttaville eksoplaneetoille, ovat kultaisia!
He eivät vain paranna huomattavasti ymmärrystämme siitä, kuinka yleisiä tällaiset planeetat ovat, vaan ne saattavat vain osoittaa meille yhden tai useamman Earth 2.0: n suuntaan!
