Siitä lähtien, kun ensimmäinen eksoplaneetta vahvistettiin vuonna 1992, tähtitieteilijät ovat löytäneet tuhansia maailmoja aurinkokunnan ulkopuolelle. Kun yhä enemmän löytöjä tapahtuu koko ajan, eksoplaneettojen tutkimuksen painopiste on alkanut siirtyä hitaasti eksoplaneettojen löytämisestä eksoplaneettojen karakterisointiin. Pohjimmiltaan tutkijat etsivät nyt eksoplaneettojen koostumuksen määrittämistä sen selvittämiseksi, voisiko ne tukea elämää.
Keskeinen osa tätä prosessia on selvittää, kuinka paljon vettä on eksoplaneetoilla, mikä on välttämätöntä elämälle sellaisena kuin me sen tiedämme. Äskettäisessä tieteellisessä konferenssissa tutkijaryhmä esitteli uuden tutkimuksen, joka osoittaa, että vesi on todennäköisesti tärkeä osa niitä eksoplaneetteja, joiden koko on kaksi tai neljä kertaa maapallon kokoinen. Näillä havainnoilla on vakavia vaikutuksia elämän etsimiseen aurinkokunnan ulkopuolella.
Tutkimuksesta tehtiin esitys, jonka otsikko oli ”Kasvumallin tulkinta planeettojen koon jakautumisesta”, joka pidettiin Bostonissa Goldschmidt-konferenssissa 2018. Istunnon aikana, jonka otsikko oli ”Äärimmäisen ilmakehän paeta kuumailta eksoplaneeteilta”, ryhmä esitti tuloksia, jotka osoittivat, että vesimaailmat voivat olla yleisempiä kuin aiemmin ajateltiin.
Nämä havainnot perustuivat tutkimuslaitoksen tietoihin Keplerin avaruusteleskooppi ja Gaia Suorituskykyä tutkittiin kansainvälisen tutkijaryhmän toimesta, tutkijana tohtori Dr. Li Zeng - tutkija Harvardin yliopiston maa- ja planeettatieteiden laitokselta. Kuten he ilmoittivat, Kepler operaatio on tarkkaan mitannut yli 4000 eksoplanetaattiehdokkaan säteet, niiden kiertoratojen ja muiden parametrien kanssa.
Nämä eksoplanetaattiehdokkaat voidaan jakaa kahteen kokoluokkaan: ne, joilla on 1,5-kertainen maapallon säde, ja ne, joiden keskimääräinen maapallon säde on noin 2,5. Yhdistettynä massan ja viimeisimpiin sädemittauksiin Gaia Tehtävä, joukkue pystyi kehittämään mallin näiden planeettojen sisäisestä rakenteesta. Edelliseen luokkaan kuuluvien planeettojen uskotaan olevan kivisiä, mutta jälkimmäisten uskotaan yleensä olevan maapallon supermaasta Neptunuksen kokoisiin kaasujätteisiin.
Li: n ja hänen kollegoidensa kehittämän mallin mukaan monet vahvistetuista eksoplaneetoista, jotka ovat välillä kaksi tai neljä kertaa maapallon kokoiset, voivat kuitenkin olla vesimaailmia. Näillä planeetoilla noin 50% massasta on vettä, kun taas veden osuus on vain 0,2% maan massasta. Kuten tohtori Zeng selitti esityksen aikana:
”Oli valtava yllätys tajuaa, että vesimaailman on oltava niin monta… Olemme tarkastelleet kuinka massa suhtautuu säteen suhteen, ja olemme kehittäneet mallin, joka saattaa selittää suhteen. Malli osoittaa, että ne eksoplaneetit, joiden säde on noin x1,5 Maapallon sädettä, ovat yleensä kallioisia planeettoja (tyypillisesti x5 Maapallon massasta), kun taas ne, joiden säde on x2,5 Maapallonsäde (joiden massa on noin x10 ovat todennäköisesti vesimaailmat ”.
Kuitenkin kun tarkastellaan näiden planeettojen kiertoradan ominaisuuksia (ts. Kuinka lähellä ne kiertävät vastaavia tähtiään), alkaa muodostua erittäin mielenkiintoinen kuva. Kuten Li selitti, nämä ”vesimaailmat” eivät ole niinkään kallioisia planeettoja, joita peittävät syvät valtameret, vaan aivan uuden tyyppisiä planeettoja, joille ei ole vastaavaa aurinkokunnassa.
"Tämä on vettä, mutta ei niin yleisesti täällä maan päällä. Niiden pintalämpötilan odotetaan olevan 200 - 500 celsiusastetta ”, hän sanoi. ”Niiden pinta voidaan suojata vesihöyryllä hallitsevassa ilmakehässä, alla on nestemäinen vesikerros. Syvemmälle ajatellen voidaan löytää, että tämä vesi muuttuu korkeapaineiseksi jäätykseksi ennen kuin saavutamme kiinteän kivisen ytimen. Mallin kauneus on se, että se selittää kuinka koostumus liittyy tunnettuihin tosiasioihin näistä planeetoista. "
Ehkä vielä yllättävämpää oli, kuinka yleisiä nämä planeetat näyttävät olevan. Tutkimuksensa mukaan Li ja hänen kollegansa ilmoittivat, että noin 35% kaikista tunnetuista eksoplaneetoista, jotka ovat maata suurempia, pitäisi olla vesirikas. Lisäksi he olettavat, että ne muodostuivat todennäköisesti tavalla, joka on samanlainen kuin miten kaasu jättiläisten ytimet uskotaan muodostuvan - kivinen ydin, jota ympäröivät haihtuvan materiaalin kerrokset, jotka on paineistettu kiinteiksi.
Tällä löytöllä on luonnollisesti merkittäviä vaikutuksia elämän etsimiseen aurinkokunnan ulkopuolella. Tähän saakka ajatus siitä, että vesi on välttämätöntä elämälle, kuten tiedämme, on ollut tiedemiesten ennakkotapaus. Mutta jos tämä tutkimus on oikein, näyttää siltä, että vettä on paljon runsaammin eksoplaneetoilla kuin aikaisemmin, ja se voi olla esteenä elämälle sellaisena kuin tiedämme sen.
Jos todellakin vesimaailmat koostuvat kuumasta, höyryisestä ilmakehästä ja tiheistä jääkerroksista lähempänä ytimiä, silloin elämän olisi vaikeaa syntyä näille maailmoille. Pohjimmiltaan äärimmäinen kuumuus ja riittämättömän auringonvalon, hydrotermisen toiminnan ja maa-alueiden massan saatavuuden puute tekisivät melko vihamielisen ympäristön. Siitä huolimatta tutkimus tarjoaa joitain mielenkiintoisia mahdollisuuksia, kun kyse on eksoplaneettojen karakterisoinnista ja siellä tapahtuvan näkemisestä.
Tulevaisuuteen nähden Li ja hänen kollegansa ovat toiveikkaita siitä, että äskettäin lanseerattu Exoplanet Survey-satelliitin kauttakulku (TESS) löytää monia muita näistä vesimaailmista. Tämän jälkeen sitä seuraa maapallolla sijaitsevat kaukoputket - ja pian käyttöön otettavat James Webbin avaruuskaukoputki (JWST) - joka tarjoaa spektroskooppisia mittauksia, jotka auttavat tutkijoita karakterisoimaan näiden planeettojen koostumuksia ja ilmakehää.
Kuten Massachusettsin teknillisen instituutin (MIT) planeettatieteen professori Sara Seager ja TESS-tehtävän varajohtaja tiedejohtaja, sanoi:
”On hämmästyttävää ajatella, että arvoitukselliset keskikokoiset eksoplaneetit voisivat olla vesimaailmat, joissa on valtava määrä vettä. Toivottavasti tulevaisuuden ilmakehän havainnot - paksut höyry-ilmakehät - voivat tukea tai kumota uusia havaintoja. ”
Sillä välin siellä on vielä paljon kivisiä maailmoja, joita on tutkittava elämän merkkejä varten!
