Etsiessäsi potentiaalisesti asuttavia eksoplaneetteja, tutkijat pakotetaan noudattamaan matalan roikkuvan hedelmän lähestymistapaa. Koska Maa on ainoa tiedämme planeetta, joka kykenee tukemaan elämää, tämän etsinnän lähtökohtana on etsiä planeettoja, jotka ovat ”Maan kaltaisia”. Mutta entä jos Maa ei ole asettamiskelpoisuuden mittari, jonka me kaikki luulemme olevan?
Tästä keskustelutilaisuudesta käytiin äskettäin Goldschmidtin geokemian kongressi, joka pidettiin 18. elokuuta - 23. elokuuta Barcelonassa, Espanjassa. Täällä NASA: n tukemat tutkijat ryhmä selitti, kuinka asutettavien alueiden (HZ) määrittämiseen liittyvän tutkimuksen perusteella voidaan todeta, että joillakin eksoplaneetoilla voi olla paremmat elinvoimaisuuden olosuhteet kuin maapallolla itsessään on.
Esitys perustui tutkimukseen, jonka otsikko oli ”Rajoitettu asumisalue monimutkaiselle elämälle”, joka ilmestyi kesäkuun 2019 numerossa The Astrophysical Journal. Tutkimuksen suorittivat tutkijat Caltechista, NASA Goddardin avarustutkimusinstituutista, NASA Astrobiologiainstituutista, NASAn tutkijatohtoriohjelmasta, NExSS: n virtuaaliplaneettalaboratoriosta, Sinimarmorin avaruusinstituutista ja useista yliopistoista.
Kuten he osoittavat tutkimuksessaan, HZ: t määritellään yleisesti etäisyyksiksi isäntätähdestä, jonka sisällä nestemäistä vettä voi esiintyä pinnalla. Tässä ei kuitenkaan oteta huomioon ilmakehän dynamiikkaa, jota tarvitaan ilmaston vakauden takaamiseksi - johon sisältyy karbonaattisilikaatin palaute pinnan lämpötilan pitämiseksi tietyllä alueella.
Koska vain epäsuorat menetelmät ovat käytettävissä mittaamaan, mitkä olosuhteet ovat etäisillä eksoplaneetoilla, tähtitieteilijät ovat riippuvaisia hienostuneista planeettojen ilmaston ja evoluution malleista. Esitellessään tämän lähestymistavan synteesiä keynote-luennon aikana, tohtori Stephanie Olson Chicagon yliopistosta (tutkimuksen yksi kirjoittaja) kuvasi etsintää parhaiden ympäristöjen tunnistamiseksi elämälle eksoplaneetoilla:
”NASA: n elämähaku maailmankaikkeudessa on keskittynyt ns. Habitable Zone-planeettoihin, jotka ovat maailmoja, joilla on potentiaalia nestemäisten vesien valtamereille. Mutta kaikki valtameret eivät ole yhtä vieraanvaraisia - ja joillakin valtamereillä on maailmanlaajuisen levitysmallinsa vuoksi parempia asumispaikkoja kuin toisilla.
”Työssämme on pyritty tunnistamaan eksoplaneettojen valtameret, joilla on suurin kyky isännöidä maailmanlaajuisesti runsasta ja aktiivista elämää. Maapallon valtamerten elämä riippuu ylävirtauksesta (ylöspäin virtauksesta), joka palauttaa ravinteet valtameren pimeistä syvyyksistä valtameren aurinkoisiin osiin, joissa fotosynteettinen elämä elää. Lisää huippunsa tarkoittaa enemmän ravintoaineiden palautumista, mikä tarkoittaa enemmän biologista aktiivisuutta. Nämä ovat olosuhteet, joita meidän on etsittävä eksoplaneetoilta ”.
Olsen ja hänen kollegansa mallinntivat tutkimuksensa vuoksi, mitkä olosuhteet todennäköisesti vaihtelevat erilaisille eksoplaneetoille ROCKE-3D-ohjelmistoa käyttämällä. Tämän yleisen verenkierrosmallin (GCM) kehitti NASA: n Goddard-avaruustutkimusinstituutti (GISS) tutkimaan maapallon ja muiden aurinkokunnan maanpäällisten planeettojen (kuten elohopea, Venus ja Mars) historian eri kohtia.
Tätä ohjelmistoa voidaan käyttää myös simuloimaan ilmaston ja valtameren elinympäristöjä erityyppisillä eksoplaneetoilla. Mallineensa monille mahdollisille eksoplaneetoille (perustuen tähän mennessä löydettyyn yli 4000: een) he pystyivät määrittämään, minkä tyyppiset eksoplaneetit todennäköisimmin kehittävät ja ylläpitävät kukoistavia biosfäärejä.
Tämä koostui valtamerten kiertomallin käytöstä, joka yksilöi, mitkä eksoplaneetit olisivat tehokkaimmin huipussaan ja pystyisivät siten ylläpitämään valtameriä vieraanvaraisissa olosuhteissa. He havaitsivat, että planeetat, joilla on korkeampi ilmakehän tiheys, hitaammat pyörimisnopeudet ja maanosien läsnäolo, tuottavat kaikki korkeammat huippunopeudet.
Tärkein takea tästä on se, että maapallo ei ehkä ole optimaalisesti asuttava, ottaen huomioon sen melko nopea pyörimisnopeus. "Tämä on yllättävä johtopäätös", tohtori Olson sanoi, "se osoittaa meille, että olosuhteet joillakin eksoplaneetoilla, joilla on suotuisat valtameren kiertokuvit, voisivat sopia paremmin sellaisen elämän tukemiseen, joka on runsaampaa tai aktiivisempaa kuin elämä maan päällä."
Tämä on eräänlainen hyvä uutinen / huono uutinen. Toisaalta se purkaa tavallaan illuusion, että Maa on standardi, jolla muut mahdollisesti asuttavat eksoplaneetat voidaan mitata. Toisaalta se osoittaa, että elämä voi olla runsaampaa universumissamme kuin aikaisemmat konservatiiviset arviot osoittaisivat.
Mutta kuten Olsen huomautti, tekniikan rajoituksista johtuen elämän ja sen, jonka voimme havaita, välillä on aina aukko. Tämä tutkimus on siksi merkityksellinen siinä mielessä, että se rohkaisee tähtitieteilijöitä ohjaamaan ponnistelujaan eksoplaneettojen osajoukolle, joka suosii todennäköisesti ”suuria, maailmanlaajuisesti aktiivisia biosfäärejä, joissa elämä on helpointa havaita ja joissa ei-havainnoilla on merkitystä”.
Tämä on mahdollista tulevina vuosikymmeninä seuraavan sukupolven teleskooppien käyttöönoton ansiosta James Webbin avaruuskaukoputki (JWST), jonka tähtitieteilijät odottavat auttavan karakterisoimaan eksoplaneettojen ilmapiiriä ja pintaympäristöjä. Muut kaukoputket, jotka ovat edelleen piirustuspöydällä, voisivat mennä vielä pidemmälle - kiitos osittain tämänkaltaisille tutkimuksille.
"Ihannetapauksessa tämä työ antaa teleskooppisuunnittelulle varmuuden siitä, että tulevilla tehtävillä", sanoi tohtori Olson, "kuten ehdotetulla LUVOIR- tai HabEx-teleskooppikonseptilla, on oikeat ominaisuudet; Nyt tiedämme mitä etsiä, joten meidän on alkaa etsiä ”.
Kun on kysymys todisteista elämästä aurinkokunnan ulkopuolella (tai sen sisällä), tietäminen, mitä etsiä voi olla vielä tärkeämpää kuin se, että meillä on edistyneimmät työkalut sen tekemiseen. Lähivuosina tähtitieteilijöille on hyötyä huipputeknologiasta ja parannetuista menetelmistä hyödyntämällä kaikkea mitä olemme tähän mennessä oppineet löytääksesi todisteita muusta kuin omasta elämästä.
